一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法技术

本发明专利技术公开了一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，基于遗传规划建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线，计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标，通过采用Copula函数预测面临年度区域降水量，调整确定面临年度区域用水总量动态控制指标。本发明专利技术可以考虑南方丰水地区面临年度区域天然来水的丰枯变化，根据面临年度天然来水情势对区域用水总量静态控制指标进行适应性调整得到区域用水总量动态控制指标，实现不同来水频率的差别化管控，更好地发挥水资源的刚性约束作用，有助于提高区域水资源管理精细化水平和可操作性。化水平和可操作性。化水平和可操作性。

【技术实现步骤摘要】
一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法


[0001]本专利技术属于水资源管理领域，特别涉及一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法。

技术介绍

[0002]实行区域用水总量控制是最严格水资源管理制度的重要组成，合理地确定区域用水总量控制指标是实现科学化、精细化水资源管理的基础支撑。当前南方丰水地区的区域用水总量控制指标再分配得到，为一固定值和静态值，反映的是多年平均天然来水条件下(平水年)对区域用水总量的约束，并把这一用水总量静态控制指标用于实际某一面临年度的年度用水计划制定和用水总量考核中。
[0003]对于南方丰水地区而言，实际某一面临年度天然来水不是固定在平水年，而是呈现丰枯变化。此外，虽然实际某一面临年度区域工业、生活等用水量基本不受当年气象因子的影响，但气象因子变化对于农田灌溉用水量具有重要影响，导致区域年际间农田灌溉用水量和用水总量呈现明显的波动，有时不同年度可能相差很大。实际某一面临年度直接采用现有的年度用水总量静态控制指标没有与天然来水丰枯变化相适应，不利于实现水资源的科学化、精细化管理。因此，亟待研发南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，以适应面临年份的天然来水情势，提高区域水资源管理精细化水平和可操作性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，包括步骤：
[0006]步骤1，基于遗传规划建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线；
[0007]步骤2，计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标；
[0008]步骤3，采用Copula函数预测面临年度区域降水量；
[0009]步骤4，调整确定面临年度区域用水总量动态控制指标。
[0010]进一步的，所述基于遗传规划建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线，令H和P分别表示区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量，利用遗传规划进行符号回归建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线，基本步骤如下：
[0011](1)确定个体表达式结构，包括函数集F和终止符集T，F＝{+,
‑
,
×
,/,√,log, exp}，T＝{q,w}；
[0012](2)产生初始群体，利用混合法随机生成，生长法与完全法各50％，从函数集F及终止符集T中选择字符组成不同的公式作为初始个体，设定种群数量为M；
[0013](3)计算个体适应度，采用均方根误差作为适应度函数对个体的好坏进行评判，适应度的值越小，该个体越好；
[0014](4)生成新一代群体，执行遗传操作，生成新的个体，主要遗传操作包括：
①
复制，将已有的优良个体复制，加入新群体，并相应删除劣质个体；
②
交换，将选出的两个个体的部分节点进行交换，所产生的两个新个体加入新群体；
③
突变，随机改变个体的某一部分，将新个体插入新群体中；其中复制概率P
r
，交叉概率为P
c
，变异概率P
m
；
[0015](5)重复(3)、(4)，直至满足终止条件，选择最好结果作为最终解，其中 G代表迭代次数，初始种群为第0代，终止准则为达到最大迭代代数G
max
；
[0016]通过以上步骤得到区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线的显式表达式如下：
[0017][0018]其中，为利用遗传规划进行符号回归计算的农田灌溉亩均净用水量，P为年降水量，f
re
(
·
)表示利用遗传规划进行符号回归建立的区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量函数关系。
[0019]进一步的，所述计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标；具体为：
[0020](1)逐年计算区域历史年降水量系列的设计频率，从中挑选出最接近平水年降水量设计频率50％的年度，作为平水年的代表年；
[0021](2)统计计算该代表年农田灌溉用水量占用水总量的比例β，进而结合平水年区域用水总量静态控制指标W
ST
，通过下式计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标：
[0022]W
SA
＝β
·
W
ST
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0023]其中，W
SA
表示平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标。
[0024]进一步的，采用Copula函数预测面临年度区域降水量，具体步骤为：
[0025](1)确定区域年降水量的边缘概率分布函数；
[0026]采用Copula函数预测面临年度区域降水量；具体有：采用Gamma分布作为年降水量的边缘分布线型，并采用线性矩法估计边缘分布线型的参数；
[0027](2)利用Copula函数构建区域面临年度和前期年度降水量的联合概率分布函数；
[0028]根据区域历史年降水量系列的自相关性分析确定前期年度降水量对面临年度影响的最长滞时L，假设P
t
、P
t
‑
i
(i＝1,2,
…
L)分别表示区域面临年度和前期年度降水量，p
t
、p
t
‑
i
分别为相应的实现值，P
t
、P
t
‑
i
具有相同的边缘概率分布函数F
P
(
·
)，相应的概率密度函数为f
P
(
·
)；
[0029]P
t
、P
t
‑
i
的联合分布函数可以用二维Copula函数表示：
[0030]F(p
t
,p
t
‑
i
)＝C
θ
(F
P
(p
t
),F
P
(p
t
‑
i
))＝C
θ
(u,v)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0031]其中，θ为Copula函数的参数；u＝F
P
(p
t
),v＝F
P
(p
t
‑
i
)为边缘分布函数；
[0032]采用Gumbel
‑
Hougaard Copula函数构造区域面临年度和前期年度降水量的联合概率分布函数，其表达式如下：
[0033][0034]采用Kendall秩相关性系数法估计Gumbel
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，基于遗传规划建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线；步骤2，计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标；步骤3，采用Copula函数预测面临年度区域降水量；步骤4，调整确定面临年度区域用水总量动态控制指标。2.根据权利要求1所述的一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，其特征在于：所述基于遗传规划建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线，令H和P分别表示区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量，利用遗传规划进行符号回归建立区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线，基本步骤如下：(1)确定个体表达式结构，包括函数集F和终止符集T，F＝{+,
‑
,
×
,/,√,log,exp}，T＝{q,w}；(2)产生初始群体，利用混合法随机生成，生长法与完全法各50％，从函数集F及终止符集T中选择字符组成不同的公式作为初始个体，设定种群数量为M；(3)计算个体适应度，采用均方根误差作为适应度函数对个体的好坏进行评判，适应度的值越小，该个体越好；(4)生成新一代群体，执行遗传操作，生成新的个体，主要遗传操作包括：
①
复制，将已有的优良个体复制，加入新群体，并相应删除劣质个体；
②
交换，将选出的两个个体的部分节点进行交换，所产生的两个新个体加入新群体；
③
突变，随机改变个体的某一部分，将新个体插入新群体中；其中复制概率P
r
，交叉概率为P
c
，变异概率P
m
；(5)重复(3)、(4)，直至满足终止条件，选择最好结果作为最终解，其中G代表迭代次数，初始种群为第0代，终止准则为达到最大迭代代数G
max
；通过以上步骤得到区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量关系曲线的显式表达式如下：其中，为利用遗传规划进行符号回归计算的农田灌溉亩均净用水量，P为年降水量，f
re
(
·
)表示利用遗传规划进行符号回归建立的区域农田灌溉亩均净用水量和年降水量函数关系。3.根据权利要求1所述的一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，其特征在于：所述计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标；具体为：(1)逐年计算区域历史年降水量系列的设计频率，从中挑选出最接近平水年降水量设计频率50％的年度，作为平水年的代表年；(2)统计计算该代表年农田灌溉用水量占用水总量的比例β，进而结合平水年区域用水总量静态控制指标W
ST
，通过下式计算平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标：W
SA
＝β
·
W
ST
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，W
SA
表示平水年区域农田灌溉用水量静态控制指标。4.根据权利要求1所述的一种南方丰水地区面临年度用水总量控制指标动态调整方法，其特征在于：采用Copula函数预测面临年度区域降水量，具体步骤为：
(1)确定区域年降水量的边缘概率分布函数；采用Copula函数预测面临年度区域降水量；具体有：采用Gamma分布作为年降水量的边缘分布线型，并采用线性矩法估计边缘分布线型的参数；(2)利用Copula函数构建区域面临年度和前期年度降水量的联合概率分布函数；根据区域历史年降水量系列的自相关性分析确定前期年度降水量对面临年度影响的最长滞时L，假设P
t
、P
t
‑
i
(i＝1,2,
…
L)分别表示区域面临年度和前期年度降水量，p
t
、p
t
‑
i
分别为相应的实现值，P
t
、P
t
‑
i
具有相同的边缘概率分布函数F
P
(
·
)，相应的概率密度函数为f
P
(
·
)；P
t
、P
t
‑
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘章君，成静清，张静文，许新发，温天福，刘鑫，
申请(专利权)人：江西省水利科学院，
类型：发明
国别省市：