[发明专利]流域水资源优化配置方法

说明书

本发明涉及水资源分配技术，其公开了一种流域水资源优化配置方法，解决各地区、各用水部分在水资源短缺情况下的用水矛盾问题，实现用水公平、效率和经济的水资源配置。该方法包括以下步骤：a.考虑初始水权分配的公平性，水资源配置系统的稳定性和水使用权分配的效率，构建水资源配置的多目标双层决策模型；b.对多目标双层决策模型进行求解，根据求解结果进行水资源配置。本发明分别从提高流域水资源分配的公平性、稳定性和经济效率角度出发，通过建立多目标双层模型，考虑流域管理者和分区管理者之间的斯坦伯格博弈关系，不同用水部门之间的纳什博弈关系，帮助流域管理者实现可持续的水资源分配和区域经济发展。

技术领域

本发明涉及水资源分配技术，具体涉及一种流域水资源优化配置方法。

背景技术

在现实生活水资源分配中，单一流域的初始水权由流域管理者分配给分区管理者(即一级市场)，分区管理者获得初始水权之后，再进行水使用权规划，应用于不同的用水部门(即二级市场)。在水资源充足的情况下，采用按需分配方案可以满足各个用水部门的需求；然而，对于如今水资源日益匮乏的社会，按需分配显然不能适用。

事实上，流域初始水权和水使用权分配过程中涉及到两类决策者，即流域管理者和分区管理者，流域管理者不干涉各分区管理者对于水使用权的分配，但是他的初始水权分配会影响各分区管理者的决策。同样地，各分区的决策对流域管理者的初始水权分配也是有影响的，即流域管理者和分区管理者之间存在斯坦伯格博弈的关系。除此之外，各分区下每一个用水部门也存在纳什博弈关系。

基于上述，在优化水资源配置的过程中，流域管理者进行初始水权分配时候需要遵循两个原则：一是保证利益分配公平，二是责任分担公平(公平合理原则)，分区管理者获得初始水权之后，也应该注意水资源的使用效率。所以，在整个水资源配置的过程中，不能仅仅考虑一个方面，而是应该兼顾经济、社会和生态这三个大方面的优化。

随着世界各地特别是发展中国家的水资源短缺日益严重，如何克服各地区、各用水部门间的用水矛盾，追求用水公平、效率和经济的水资源配置方案成为一项研究重点和难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种流域水资源优化配置方法，解决各地区、各用水部分在水资源短缺情况下的用水矛盾问题，实现用水公平、效率和经济的水资源配置。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

流域水资源优化配置方法，包括以下步骤：

a.考虑初始水权分配的公平性，水资源配置系统的稳定性和水使用权分配的效率，构建水资源配置的多目标双层决策模型；

b.对多目标双层决策模型进行求解，根据求解结果进行水资源配置。

作为进一步优化，步骤a中，所述多目标双层决策模型包括上层决策模型和下层决策模型，构建方法具体包括：

a1.上层决策模型的目标函数为：最大化水权分配的公平性和系统的稳定性；

其中，考虑水权分配的公平性的目标函数为：

其中，公平性用G表示，范围是[0,1]；随着G的增加，公平性逐渐降低；表示在分区i每单位用水所产生的经济效益；

启发于经济学中的幂指数，在构建稳定性目标函数前先构建一个辅助变量α_i的表达式：

其中，w_i表示分区i的权重，这是一个由流域管理者决定的参数，这个值越大表示分区i这个决策过程中所占权重更大；表示分区i最大的水需求量，Q_i表示分区i的实际分配水量；

那么，考虑水资源配置的稳定性的目标函数为：