一种库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法、装置与流程

本发明涉及地表水资源优化调度，具体涉及一种库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法、装置。

背景技术：

1、低山丘陵滨湖灌区普遍存在典型的复合型水资源调度矛盾，区域供水完全依赖本地湖泊与零散小型库塘，制约因素突出。现有低山丘陵滨湖灌区的水资源配置存在以下多重技术瓶颈：耕地碎片化分布、地块高差悬殊，统一配水适配性差；毗邻开放式无控大型湖泊无人工调控构筑物，水位年际年内变幅极大，枯水期取水口失效、取水稳定性差；湖泊取水配套设施多、能耗高，常态化大规模取水经济性差；区域地形地质条件受限，无法修建大型水利枢纽及规模化调蓄工程；本地存量小型库塘数量众多、贴近田间，但长期零散独立运行，调蓄潜力未得到充分发挥，且区域无外部水源补给。

2、基于上述多重技术瓶颈，现有水资源配置技术存在明显短板，无法适配该类特殊受限场景：一是供水逻辑倒置，普遍优先取用湖泊水，忽视小型库塘低成本、近距离供水优势，未实现湖泊取水减量降本；二是未量化地形破碎、水位波动、库塘分布的三维耦合制约，无针对性分区配水、分工况调度策略，破碎耕地取水难、灌溉盲区多的问题长期存在；三是无大型枢纽适配调度体系，无法依托分布式库塘集群替代大型工程调蓄功能，水位波动抗干扰能力弱；四是方案比选仅考核灌溉保证率、供水量等常规指标，未将供水成本、湖泊取水减量效益、库塘资源盘活率作为核心评价指标，方案择优的经济性与实用性差。

3、综上，目前行业缺乏一种适配无外调水、无大型枢纽、耕地破碎、湖泊水位变幅大、供水成本差异化的库塘主导型水资源精细化配置与科学比选方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法、装置，以解决现有技术存在的低山丘陵耕地破碎取水难、无控湖泊水位变幅大取水不稳定、湖泊取水成本高、无大型水利枢纽调蓄能力不足、本地小型库塘利用率低、无外调水源补水等多重技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，该方法包括：

3、获取待配置灌区的基础属性数据集和实际供水运行特征，其中，待配置灌区兼具低山丘陵地貌与滨湖低洼特征，且不依托外调水、无大型调蓄枢纽工程；基于基础属性数据集和实际供水运行特征，对待配置灌区的供需耦合制约强度进行量化，得到待配置灌区的三维耦合效应强度指数，其中，三维耦合效应强度指数用于表征待配置灌区的地形取水、湖泊水位波动、库塘调蓄三者之间的联动约束关系；以耕地破碎度和地块平均高差为分级指标，基于三维耦合效应强度指数、待配置灌区的地形碎片化分布特征与田间配水适配条件，利用双指标阈值分级法，对待配置灌区的全域碎片化灌溉耕地进行单元类型划分，得到多个灌溉单元；基于库塘为低成本主体供水水源、湖泊为高成本应急补位水源的供水基准，利用最小限度湖泊补水量核定标准，计算每个灌溉单元在不同工况下的最小湖泊补水量，其中，不同工况包括湖泊丰水高水位工况、平水常规水位工况、枯水低水位工况；根据每个灌溉单元的多个最小湖泊补水量，构建待配置灌区的多个纯本地水源差异化配置方案；基于预设四维评价指标体系，利用熵权法和逼近理想解排序法，对多个纯本地水源差异化配置方案进行评价，并确定待配置灌区的目标纯本地水源差异化配置方案。

4、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过获取待配置灌区基础与供水特征，能够精准锁定灌区无外调水、无大型枢纽、低山丘陵滨湖、耕地破碎的受限场景边界。进一步，通过量化供需耦合制约强度并得到三维耦合效应强度指数，实现了地形、湖泊、库塘三者相互制约的矛盾强弱的直观量化，明确了灌区调度优化核心方向。进一步，通过双指标阈值分级划分灌溉单元，能够匹配地块高差与耕地破碎空间差异，消除全域统一配水带来的灌溉适配偏差，进而实现分区差异化供需测算基础。进一步，基于库塘为低成本主体供水水源、湖泊为高成本应急补位水源的供水基准，利用最小限度湖泊补水量核定标准，分工况核算各单元最小湖泊补水量，严格落实了库塘优先供水逻辑，同时，通过分水位工况能够精准控制湖泊取水规模，从源头削减了高成本湖泊取水用量。进一步，通过构建多套纯本地水源差异化配置方案，能够形成覆盖传统、均衡、优化三类调度模式的方案集，提供了完整可比的备选调度体系。进一步，结合熵权法和逼近理想解排序法对多个纯本地水源差异化配置方案进行评价并确定最优方案，兼顾了经济、供水、工程适配多维度需求，进而通过客观择优能够得到适配灌区禀赋的最优水资源配置方案。因此，通过实施本发明，针对无外调水、无大型调蓄枢纽的低山丘陵滨湖破碎灌区，实现了破碎耕地稳定供水、湖泊取水规模最小化、灌区供水运行成本降低，填补了纯本地受限灌区精细化配水技术的空白。

5、在一种可选的实施方式中，基于基础属性数据集和实际供水运行特征，对待配置灌区的供需耦合制约强度进行量化，得到待配置灌区的三维耦合效应强度指数，包括：

6、基于基础属性数据集和实际供水运行特征，按照预设筛选标准，获取多个耦合制约因子，其中，预设筛选标准包括机理相关性、维度完整性、区域适配性、数据可量化、指标独立性；利用层次分析法和熵权法，计算多个耦合制约因子的多个因子权重值；基于预设三维指标体系，利用多个耦合制约因子和多个因子权重值，计算多个指标综合评价值，其中，预设三维指标体系包括地形取水制约、湖泊水源波动制约、库塘调蓄能力制约；根据多个指标综合评价值，计算待配置灌区的三维耦合效应强度指数。

7、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过按照筛选标准筛选耦合制约因子，能够剔除信息重叠、机理无关、无法量化的指标，保证因子可完整表征三类系统制约关系，避免评价失真。进一步，通过结合层次分析法和熵权法计算因子权重，能够兼顾主观工程经验与客观数据离散特征，弱化人为赋值偏差，突出核心制约因子的影响占比。进一步，通过计算多个指标综合评价值，能够分别量化地形取水、湖泊水位、库塘调蓄单一维度的供需约束程度。进一步，通过计算三维耦合效应强度指数，能够定量化表征地形取水、湖泊水位波动、库塘调蓄三者之间的联动约束关系的综合矛盾等级，进而能够能够直观区分灌区调度压力强弱。因此，通过实施本发明，实现了地形、湖泊、库塘三维耦合制约关系的客观、分层量化，进而能够精准识别灌区核心供水矛盾来源与压力等级，为分区配水、差异化调度方案设计提供了量化依据，解决了传统技术无法定量刻画多要素耦合制约的缺陷。

8、在一种可选的实施方式中，基于库塘为低成本主体供水水源、湖泊为高成本应急补位水源的供水基准和最小限度湖泊补水量核定标准，计算每个灌溉单元在不同工况下的最小湖泊补水量，包括：

9、以库塘为低成本主体供水水源、湖泊为高成本应急补位水源的供水基准，分别计算每个灌溉单元在不同工况下的总需水量和总供水量，其中，每个灌溉单元的总需水量由农业灌溉、生活、工业、生态总需水量确定；根据每个灌溉单元的多个总需水量和多个总供水量，计算每个灌溉单元在不同工况下的供需缺口水量；基于最小限度湖泊补水量核定标准，根据每个灌溉单元的多个供需缺口水量，确定每个灌溉单元在不同工况下的最小湖泊补水量。

10、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过分工况核算各单元总需、总供水量，能够区分农业、生活、工业、生态多元用水需求，同时通过区分库塘稳定供水、湖泊随水位波动供水两类水源供给能力，能够精准匹配不同水位期供需边界。进一步，通过计算分单元分工况供需缺口水量，能够分层定位高位破碎区枯水期重度缺水、低位单元丰平水期水量富余等差异化缺水特征，并明确补水需求空间与时段。进一步，通过利用最小限度湖泊补水量核定标准确定最小湖泊补水量，严格限定了仅库塘供水不足时启用湖泊补水，补水规模仅抵消供需缺口，杜绝了冗余高成本湖泊取水。因此，通过实施本发明，建立了分区、分工况双层精细化供需平衡核算机制，进而利用库塘低成本供水基准约束湖泊取水上限，定量实现了湖泊取水规模最小化，并从供需测算层面降低了灌区长期供水运维成本。

11、在一种可选的实施方式中，基于预设四维评价指标体系，利用熵权法和逼近理想解排序法，对多个纯本地水源差异化配置方案进行评价，并确定待配置灌区的目标纯本地水源差异化配置方案，包括：

12、利用熵权法，计算预设四维评价指标体系中多个评价指标的多个权重值；基于多个评价指标和多个权重值，利用逼近理想解排序法，计算每个纯本地水源差异化配置方案的综合贴近度值；根据多个综合贴近度值，在多个纯本地水源差异化配置方案中确定待配置灌区的目标纯本地水源差异化配置方案。

13、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过熵权法计算评价指标权重，能够弱化次要指标干扰。进一步，通过逼近理想解排序法各方案综合贴近度，能够统一消除多评价指标量纲差异，量化了每套方案与理想最优配置方案的差距，实现了方案优劣可量化对比。进一步，利用各方案综合贴近度筛选目标配置方案，能够客观规避人为主观择优偏差，并选出兼顾供水稳定、经济低成本、适配破碎耕地场景的最优调度方案。因此，通过实施本发明，通过构建适配受限滨湖灌区专属的多维客观择优体系，打破了传统仅依托灌溉保证率单一指标选方案的局限，保障了优选方案贴合工程运维降本、盘活存量库塘、适配破碎地块的实际需求，且方案落地实用性更强。

14、在一种可选的实施方式中，该方法还包括：

15、对待配置灌区的不同工况进行模拟，并根据模拟结果，对目标纯本地水源差异化配置方案在无大型枢纽、无外调水条件下的效果进行验证，得到验证结果；根据验证结果，对目标纯本地水源差异化配置方案进行优化。

16、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过对待配置灌区的不同工况进行模拟并验证湖泊丰、平、枯极端水位场景下目标纯本地水源差异化配置方案的应用效果，进而利用验证结果对目标纯本地水源差异化配置方案进行优化，消除了极端水位工况下供水适配缺陷，保障了方案在湖泊水位大幅波动、无大型枢纽调蓄条件下长效稳定运行，提升了调度方案全周期适配性。

17、在一种可选的实施方式中，最小限度湖泊补水量核定标准包括：取水前置判定标准、取水量阈值控制标准、工况适配约束标准和全域最优配置标准。

18、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过形成四层递进约束规则，从启动条件、取水上限、分水位管控、全域统筹四个维度严格管控湖泊取水规模，系统性实现了湖泊取水最小化、灌区供水经济性提升。

19、在一种可选的实施方式中，多个纯本地水源差异化配置方案包括：传统湖泊主导方案、湖塘均衡配置方案和库塘主导最小取湖水优化方案。

20、本发明提供的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法，通过构建梯度差异化方案，能够清晰量化库塘主导调度模式相较于传统、均衡模式的综合优化增益，为方案择优提供了完整可比备选样本。

21、第二方面，本发明提供了一种库塘主导型灌区水资源配置方案确定装置，该装置包括：

22、获取模块，用于获取待配置灌区的基础属性数据集和实际供水运行特征，其中，待配置灌区兼具低山丘陵地貌与滨湖低洼特征，且不依托外调水、无大型调蓄枢纽工程；量化模块，用于基于基础属性数据集和实际供水运行特征，对待配置灌区的供需耦合制约强度进行量化，得到待配置灌区的三维耦合效应强度指数，其中，三维耦合效应强度指数用于表征待配置灌区的地形取水、湖泊水位波动、库塘调蓄三者之间的联动约束关系；划分模块，用于以耕地破碎度和地块平均高差为分级指标，基于三维耦合效应强度指数、待配置灌区的地形碎片化分布特征与田间配水适配条件，利用双指标阈值分级法，对待配置灌区的全域碎片化灌溉耕地进行单元类型划分，得到多个灌溉单元；计算模块，用于基于库塘为低成本主体供水水源、湖泊为高成本应急补位水源的供水基准，利用最小限度湖泊补水量核定标准，计算每个灌溉单元在不同工况下的最小湖泊补水量，其中，不同工况包括湖泊丰水高水位工况、平水常规水位工况、枯水低水位工况；构建模块，用于根据每个灌溉单元的多个最小湖泊补水量，构建待配置灌区的多个纯本地水源差异化配置方案；评价模块，用于基于预设四维评价指标体系，利用熵权法和逼近理想解排序法，对多个纯本地水源差异化配置方案进行评价，并确定待配置灌区的目标纯本地水源差异化配置方案。

23、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的库塘主导型灌区水资源配置方案确定方法。