一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，根据清淤规模，结合淤积物成分地质勘探，测算清淤工程可能产生的经济效益、社会效益、生态效益，根据清淤规模测算清淤工程的成本费用，建立费效比函数；模拟各方案实施后库区水流条件和水环境因子的变化，评价各清淤方案对河势稳定、河道行洪、航道安全、生态环境产生的影响，量化比较各方案的不利影响程度，建立影响程度目标函数；评价清淤工程输沙效果，计算清淤区域回淤速率，定义并求解库容可持续发展指数，从而构建多目标约束的优化体系模型，确定各目标函数权重系数，求解多目标模型的最优解，从而确定不利影响最小、库容可持续效果最佳、费效比最小的最优清淤方案。案。案。

A decision-making method of reservoir ecological dredging scheme based on multi-objective constraints

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法


[0001]本专利技术涉及水库清淤领域，具体涉及一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法。

技术介绍

[0002]水库生态清淤可有效增加水库库容、改善库区水环境条件，恢复水库调蓄功能，同时也有利于供水、灌溉、发电等功能的发挥。清淤泥沙可用于堤防填筑、建筑和工业材料、土壤修复等，可缓解目前砂石等矿产资源紧缺的状况。
[0003]目前水库清淤的决策方法尚有不足。过去清淤行为多参考航道疏浚工程和河道采砂工程，即清理碍航河段，或者清理砂石资源富集的河段，但水库清淤与航道疏浚和河道采砂的根本目的并不相同，水库清淤首要目的是恢复水库库容，保障水库功能的可持续发挥，促进水库的长期使用。同时，水库清淤与上述二者的制约条件也有区别，大部分水库因年代久远、淤积物富集的同时也使淤积中赋存了大量的污染物，因此水库清淤必须使用生态清淤设备并确保其污染物扩散范围符合有关规范规定。因此，水库清淤的决策是相对复杂的，除了考虑一般的费效比等经济因子，还需要考虑环境等综合影响以及水库功能恢复等因素，其决策过程难度非常大。因此，其改进和创新势在必行。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，可有效解决水库求解最优清淤方案的问题，可以指导水库清淤方案决策、设计及评价工作。
[0005]本专利技术解决的技术方案是：
[0006]一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，通过库区淤积特征，结合水库功能，开展地质勘察，确定水库清淤备选方案，从各方案的清淤效果、不利影响和费效比构建多目标约束体系：
[0007]首先根据清淤规模，结合淤积物成分地质勘探，测算清淤工程可能产生的经济效益、社会效益、生态效益，根据清淤规模测算清淤工程的成本费用，建立费效比函数；其次，模拟各方案实施后库区水流条件和水环境因子的变化，评价各清淤方案对河势稳定、河道行洪、航道安全、生态环境产生的影响，量化比较各方案的不利影响程度，建立影响程度目标函数；再次，模拟计算清淤工程实施后库区泥沙输移变化和河床地形变化，评价清淤工程输沙效果，计算清淤区域回淤速率，定义并求解库容可持续发展指数，从而构建多目标约束的优化体系模型，对费效比、不利影响和库容可持续效果等函数值进行归一化处理，确定各目标函数权重系数，求解多目标模型的最优解，从而确定不利影响最小、库容可持续效果最佳、费效比最小的最优清淤方案。
[0008]优选的，确定水库清淤备选方案时，首先基于水库现状地形和初始地形进行淤积分布，以及未来10年水库淤积趋势分析，得到现状水库总库容淤损率、兴利库容淤损率、淤
积部位以及未来10年的兴利库容淤损率和淤积部位；按照只清理取水口现状局部淤积体、清理现状兴利库容内淤积体、清理未来10年兴利库容内淤积体、清淤水库成库以来所有淤积4个清淤范围，同时避让生态红线和生态敏感区，避让库区涉水工程及设施运行规定要求的安全距离，确定微、小、中、大4个清淤备选方案的清淤范围。
[0009]未来10年水库淤积趋势分析的具体方法是基于HEC模型，建立一维库区全沙河床冲淤数学模型，按照一般河流模拟方案，选取包含丰水丰沙、枯水少沙和中水中沙典型水沙年的10年水沙序列，以现状实测地形为初设条件，进行库区泥沙淤积预测计算，统计未来10年库区兴利库容的淤积部位。
[0010]具体包括以下步骤：
[0011]A、筛选库区泥沙淤积区域；收集空库或建库初期库区地形测量，对现状库区开展1:2000库区校核洪水位以下地形测量，对空库地形和现状地形进行套绘，得到库区泥沙冲淤分布情况，包括总体淤积分布、兴利库容内的淤积分布和坝前取水口局部的淤积分布；
[0012]B、基于HEC模型，建立一维库区全沙河床冲淤数学模型，选取包含丰水丰沙、枯水少沙和中水中沙典型水沙年的10年水沙序列，以现状实测地形为初设条件，进行库区泥沙淤积预测计算，统计未来10年库区兴利库容的淤积部位。
[0013]C、对库区生态红线和环境敏感区进行调查，包括自然保护区、饮用水水源地、水产种质资源保护区、湿地公园等生态红线范围；按照只清理取水口现状局部淤积体、清理现状兴利库容内淤积体、清理未来10年兴利库容内淤积体、清淤水库成库以来所有淤积4个清淤范围，同时避让生态红线和生态敏感区，避让库区涉水工程及设施运行规定要求的安全距离，确定微、小、中、大4个清淤备选方案的清淤范围。
[0014]对确定的清淤范围进行地质勘察，得到淤积物垂向分布特性，确定清淤区域平面面积A(m2)、清淤深度h(m)、开挖边坡s，测算清淤总量Q(m3)：
[0015][0016]式中，n为清淤区域数量，i为清淤区域编号；
[0017]清淤区域平面面积A通过上述清淤范围步骤确定；开挖边坡s通过相关规范确定；对于微、小、中、大4个清淤备选方案的清淤深度h为：微：清理至兴利库容对应的水位线；小：清理至兴利库容对应的水位线；中：考虑未来10年增加的淤积厚度，在清理至兴利库容对应的水位线的基础上向下多开挖相同的淤积厚度；大：一致清理到初始库底；
[0018]地质勘察具体方法为：对上述步骤确定的清淤范围行地质勘察，每个区域每隔1km布置一条勘探剖面，每个剖面布置2个钻孔，每个钻孔至少每3m取一组原状样，对淤积物物理性质进行检测，包括淤积物粒径、密度、含水率、比重，得到各区域适宜开采的淤积物垂向分布，从而确定清淤区域平面面积A(m2)、清淤深度h(m)、、开挖边坡s，测算清淤总量Q(m3)，初步制定水库清淤备选方案。
[0019]最终确定与清淤范围一一对应的微、小、中、大四个水库清淤备选方案；
[0020]所述水库清淤备选方案相关变量表示为x＝[Q,n,A,h,s]；
[0021]优选的，建立费效比函数的具体方法包括以下步骤：
[0022]一、制定淤沙全级配资源化利用方案
[0023]根据地质勘察的结果，按照粒径大小将清淤物粒径划分为不同级别：[d0,d1]，[d1,
d2]…
[d
m
‑1,d
m
]，不同粒径区间物质总量分别表示为q1、q2、
…
q
m
，对清淤物中不同粒径泥沙提出资源化利用方案：清淤物中粒径小于0.15mm的用于土壤修复、粒径为0.15mm～5mm用于建筑材料，粒径大于5mm用于道路路基、堤防工程填筑；
[0024]二、测算工程产生的经济效益，包括资源收益、供水效益、发电效益，建立效益目标函数
[0025]清淤物质资源化产生的收益表示为：
[0026]B1＝∑q
j
p
j
[0027]其中：q
j
表示各粒径物质总量(m3)；
[0028]p
j
表示各粒径物质的单方纯收益(元/m3)；
[0029]供水效益指水库库容恢复后可增加的供水量产生的经济效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，其特征在于，通过库区淤积特征，结合水库功能，开展地质勘察，确定水库清淤备选方案，从各方案的清淤效果、不利影响和费效比构建多目标约束体系：首先根据清淤规模，结合淤积物成分地质勘探，测算清淤工程可能产生的经济效益、社会效益、生态效益，根据清淤规模测算清淤工程的成本费用，建立费效比函数；其次，模拟各方案实施后库区水流条件和水环境因子的变化，评价各清淤方案对河势稳定、河道行洪、航道安全、生态环境产生的影响，量化比较各方案的不利影响程度，建立影响程度目标函数；再次，模拟计算清淤工程实施后库区泥沙输移变化和河床地形变化，评价清淤工程输沙效果，计算清淤区域回淤速率，定义并求解库容可持续发展指数，从而构建多目标约束的优化体系模型，对费效比、不利影响和库容可持续效果等函数值进行归一化处理，确定各目标函数权重系数，求解多目标模型的最优解，从而确定不利影响最小、库容可持续效果最佳、费效比最小的最优清淤方案。2.根据权利要求1所述的基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，其特征在于，确定水库清淤备选方案时，首先基于水库现状地形和初始地形进行淤积分布，以及未来10年水库淤积趋势分析，得到现状水库总库容淤损率、兴利库容淤损率、淤积部位以及未来10年的兴利库容淤损率和淤积部位；按照只清理取水口现状局部淤积体、清理现状兴利库容内淤积体、清理未来10年兴利库容内淤积体、清淤水库成库以来所有淤积4个清淤范围，同时避让生态红线和生态敏感区，避让库区涉水工程及设施运行规定要求的安全距离，确定微、小、中、大4个清淤备选方案的清淤范围。对确定的清淤范围进行地质勘察，得到淤积物垂向分布特性，确定清淤区域平面面积A(m2)、清淤深度h(m)、开挖边坡s，测算清淤总量Q(m3)：式中，n为清淤区域数量，i为清淤区域编号；最终确定与清淤范围一一对应的微、小、中、大四个水库清淤备选方案；所述水库清淤备选方案相关变量表示为x＝[Q,n,A,h,s]。3.根据权利要求2所述的基于多目标约束的水库生态清淤方案决策方法，其特征在于，建立费效比函数的具体方法包括以下步骤：一、制定淤沙全级配资源化利用方案根据地质勘察的结果，按照粒径大小将清淤物粒径划分为不同级别：[d0,d1]，[d1,d2]
…
[d
m
‑1,d
m
]，不同粒径区间物质总量分别表示为q1、q2、
…
q
m
，对清淤物中不同粒径泥沙提出资源化利用方案：清淤物中粒径小于0.15mm的用于土壤修复、粒径为0.15mm～5mm用于建筑材料，粒径大于5mm用于道路路基、堤防工程填筑；二、测算工程产生的经济效益，包括资源收益、供水效益、发电效益，建立效益目标函数清淤物质资源化产生的收益表示为：B1＝∑q
j
p
j
其中：q

【专利技术属性】
技术研发人员：金中武，周银军，闫霞，姚仕明，李志晶，吴华莉，宫平，代娟，张杰，郭超，刘小斌，朱帅，张玉琴，马秀琴，闵凤阳，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：