[发明专利]基于水权交易的水资源分配方法

说明书

本发明提出一种基于基于水权交易的水资源分配方法，属于水资源分配领域。本发明技术方案要点为：首先，判断可用水量是否大于等于需求用水量，若是则将需求用水量作为分配水量进行分配，否则设定假设条件、辅助变量、上层决策变量及下层决策变量，并建立双层多目标分配模型，所述双层多目标模型包括上层目标函数及下层目标函数；然后，基于破产理论和遗传算法分别对上层目标函数及下层目标函数进行求解。本发明考虑了蓝水虚拟水交易对水资源管理系统的促进作用，目的是明确水资源管理系统的内部结构，分析水务局和各用水部门的博弈关系，构建斯坦伯格‑纳什‑海萨尼均衡模型，设计智能求解算法，从而获取满意的水资源分配方案。

技术领域

本发明涉及水安全技术领域，特别涉及基于水权交易的水资源分配的领域。

背景技术

水资源与人类活动的开展密不可分，对于水需求主要来自四个部门：城镇居民、农业、工业和生态用水。随着社会经济的快速发展，人们日益增长的对水资源的需求，与气候变化导致的水资源量逐渐减少之间的矛盾日益显著。面对水资源需求的不断增加，以及各部门之间水资源使用的竞争关系，水资源合理分配显得尤为重要。数据显示，发展农业灌溉技术降低了农业对水资源的需求，但一些省份，主要位于中国北方，在一年的7个月里，仍然严重的缺水。即便如此，中国北方的净虚拟水出口水平相对较高，新疆、黑龙江、广西、湖南、河北和内蒙古出口了大量的农作物。面对中国北方严重缺水这一问题，南水北调工程是缓解许多地区缺水的一种短期方法，然而，它的代价是巨大的，可能导致生态环境被破坏。

因此，在不断变化的环境下，迫切需要一种水资源分配优化管理的软路径帮助解决这一问题。近年来，各种数学规划方法成功应用于水资源规划与管理活动中，如随机动态规划模型，多目标规划模型等；然而，已有的研究没有完整地描述水资源管理系统的内部决策结构，忽略了多个追随者的竞争博弈关系，事实上，由于决策主体不同，多目标规划理论不适用多个决策者的情况，而是要充分考虑博弈结构，来搭建数学模型。其次，学者们也提出过虚拟水交易、水权交易理论。但是，大多没有将其运用于解决未来某一规划年的实际水分配问题方面，多数是对过去一个时间段发生的行为进行定性分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水权交易的水资源分配方法，明确水资源管理系统的内部结构，分析水务局和各用水部门的博弈关系，构建斯坦伯格-纳什-海萨尼均衡模型，设计智能求解算法，从而获取满意的水资源分配方案。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：基于水权交易的水资源分配方法，包括如下步骤：

步骤1、判断可用水量是否大于等于需求用水量，若是则将需求用水量作为分配水量进行分配，否则进入步骤2；

步骤2、设定假设条件、辅助变量、上层决策变量及下层决策变量，并建立双层多目标分配模型，所述双层多目标模型包括上层目标函数及下层目标函数；

步骤3、基于破产理论和遗传算法分别对上层目标函数及下层目标函数进行求解。

具体地，步骤2中，上层目标函数的主体为水资源管理部分，下层目标函数的主体为各区用水部门，所述用水部门包括农业用水部门、工业用水部分、生活用水部分及生态用水部门。

进一步地，步骤2中，所述假设条件包括：

各地区获得的初始水权用于当前地区的使用，或在水市场进行交易，价格不得低于用水部门获取初始水权的最低价格，也不能高于用水部门获取初始水权的最高价格；

农作物用于跨区域交易，或跨国家交易。

具体地，步骤2中，所述辅助变量包括：