水資源優化配置的多目標模型求解

孫紅娟+張力峰

摘要：水資源優化配置就是對現有水資源做科學的規劃，實現水資源的可持續開發利用和管理。文章闡述了水資源配置多目標優化模型及其求解方法。

關鍵詞：水資源優化配置；多目標優化模型；求解方法

中圖分類號：TV21文獻標識碼：A 文章編號： 1674-0432（2014）-13-25-11 水資源多目標優化的概念

多目標優化配置從水資源的可持續利用、開發、管理和保護出發，既考慮現實又顧及長遠，對現有水資源進行多目標優化，使水資源的配置盡可能最理想。多目標優化配置包括五層含義：優化區域特定；優化以可持續、公平、高效為原則；優化的最終目標是社會可持續發展和水資源可持續利用；優化配置對象為特定區域內的所有可利用水資源；優化配置由非工程措施和工程措施共同實現[1]。

2 多目標優化模型建立

多目標優化模型由決策因子、優化目標、目標函數和約束條件共同組成，三者具有一定的函數關系[2]。

2.1 決策因子與優化目標

決策因子由特定區域內的地形地貌、水源個數、用水需求個數確定。若將用水區域分為n個分區，那么決策因子的數量就等于n×分區水源個數×分區用水需求。

優化目標的確定由經濟效益目標、環境效益目標和社會效益目標組成。經濟效益目標就是通過優化配水，使區域內的直接經濟效益最大；環境效益目標就是優化配水不破壞區域環境，水質污染指標最低，環境污染程度最低；社會效益目標就是供水區域缺水程度最低，用戶對供水效果滿意程度最高。

2.2 優化模型函數、目標函數與約束條件

包括了三個優化目標的水資源優化配置模型函數為：

MaxF(x)= Max[f1(x)，f2(x)，f3(x)]

Min F(x)= Min[f1(x)，f2(x)，f3(x)]

經濟效益目標函數、環境效益目標函數和社會效益目標函數分別為：

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為了確保三個目標函數的值最大限度地滿足優化目標，還必須對水源可供水量、輸水能力、用戶需水量、區域協調發展等條件進行適當地約束和修正。這些約束條件分別為：

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3 多目標優化模型求解

多目標優化模型是一個多變量、非線性的模型，其求解有一定的難度。為了簡化求解，我們采用了逐漸逼近的方法，即先進行分區求解，分區優化。再在分區求解的基礎上，反復協調各分區求解結果，最終實現整個系統的結果最佳。

3.1 分區求解

將區域分解為k個分區，用已知的分區水源、預定的用水需求及約束條件，進行分區優化。優化采用多目標遺傳算法。第k分區的多目標遺傳算法優化公式為：

Fk（xk）= [f1k （xk），f2k （xk），f3k （xk）]

3.2系統協調

分區求解得到的解已經是相對優化的可行的解，但對整個區域來講，它們不是最優解。因此，需要對各分區解進行系統綜合協調，進而得到全區域最優解。協調公式與協調約束如下：

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參考文獻

[1]李淑芹,高偉,耿志勇.區域水資源優化配置模型應用研究[J].山東水利,2009,(1):28-29.

[2]杜守建，崔振才.區域水資源優化配置與利用[M].鄭州:黃河水利出版社,2009.

作者簡介：孫紅娟，本科學歷，吉林省防汛機動搶險隊，助理工程師，研究方向：水利水電工程施工管理。