[发明专利]基于协调算法的灌区渠系实时配水方法

说明书

本发明公开了基于协调算法的灌区渠系实时配水方法，包括步骤1）根据灌区用水户的用水需求进行需水计划的上报；2）当灌区总水量＜用水户需水量总和时，建立实时配水调度模型；3）构建哈密顿函数求出各用水户分配水量的最优解；4）根据最优解，对各用水户所分配的流量和闸门开度进行调度。本发明提高水量调度的准确性和及时性，也提高了水资源的有效利用率。

技术领域

本发明涉及灌溉领域，具体涉及基于协调算法的灌区渠系实时配水方法。

背景技术

灌区供水以农业灌溉用水为主，兼有生活供水、工业用水和生态补水，灌区渠系是由干渠、支渠、斗渠等输水渠道组成，向农田区域进行输水灌溉。传统的配水调度多数局限在经验调度的方式，未能解决实际配水流量及需水流量前提下的配水调度，容易造成水资源浪费、配水调度不及时等问题，主要体现在：凭经验进行配水调度，水量调度准确性较低，容易造成水资源浪费；假定条件下进行水资源的配水调度，不能结合实际的渠系水资源情况进行有效的调度，造成配水调度不及时；水资源有限时，无法有效的协调生活、生产及农业灌溉水资源的有效分配。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于协调算法的灌区渠系实时配水方法，提高了配水调度的及时性，促进农业灌溉引水、生活供水、工业用水等方面的协调发展。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

基于协调算法的灌区渠系实时配水方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据灌区用水户的用水需求进行需水计划的上报，根据干、支、斗三级渠道水利用系数和田间水利用系数计算灌区用水户需水量，所述灌区用水户包括生活供水、农业灌溉配水和工业用水；

步骤S2：当灌区总水量≥用水户需水量总和时，直接按照用水户需水量进行调配；

步骤S3：当灌区总水量＜用水户需水量总和时，建立实时配水调度模型，所述配水调度模型的非线性离散时间系统状态方程如下：

x_i(k+1)＝f_i(x_i(k),u_i(k),z_i(k),k)

x_i(0)＝x_i0

其约束条件如下：

目标函数如下：

其中，x_i(0)是第i个用水户的初始流量状态，x_i是n_i维用水户的流量状态向量，u_i是m_i维用水户闸门开度向量，z_i是各用水户之间的r_i维相互影响向量，H_ij为第i个用水户对所在渠系等级j的影响；k是用水户的时间状态量，N_f是未来某一时刻的时间状态量，N是用水户的数量，h_i是用水户在N_f时刻状态下对干渠水量分配影响程度的关系函数，g_i是用水户在k时刻状态下对支渠水量分配影响程度的关系函数；

步骤S4：利用步骤S3构建的目标函数建立拉格朗日函数，在拉格朗日函数中引入共态变量，构建哈密顿函数求出各用水户分配水量的最优解；

步骤S5：根据步骤S4得到的最优解，对各用水户所分配的流量和闸门开度进行调度，实现灌区实时配水调度。

进一步地，所述步骤S1中灌区用水户的需水量预测计算方法如下：农业灌溉配水需水量预测：