本发明涉及水利技术,尤其是一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法和系统。
背景技术:
1、流域和区域防洪排涝方案组合设计在当前气候变化和快速城镇化背景下具有重要研究意义。随着极端天气事件频发和城市扩张加剧,传统的单一尺度、单一目标的防洪排涝方案已难以应对复杂的水文情况和多元化的社会需求。科学、合理的流域和区域防洪排涝方案不仅关系到人民生命财产安全,还直接影响区域经济发展和生态环境保护。协调统一的流域和区域防洪排涝方案组合方案,对于提高防洪排涝系统的整体效能,实现水安全、水生态、水环境的协同发展具有重要意义。
2、当前研究现状主要集中在以下几个方面:一是水文水动力模型的改进和应用,如分布式水文模型和二维水动力模型的耦合;二是多目标优化方法在防洪排涝工程布局中的应用,如遗传算法、粒子群算法等;三是气候变化和人类活动对水文过程影响的量化研究;四是基于gis和遥感技术的防洪排涝风险评估方法;五是生态友好型防洪排涝措施的研究,如海绵城市理念的应用。这些研究为流域和区域防洪排涝方案的设计提供了重要的理论和技术支持。
3、然而,现有研究仍存在一些亟待解决的技术问题。比如,多源异构数据的有效融合和不确定性量化仍是一个挑战,特别是在大尺度流域层面。再如,多尺度水文水动力过程的耦合模拟精度有待提高,尤其是在城市-区域-流域交界处。又如,不同空间尺度(流域、区域、城市)防洪排涝标准的协调性问题尚未得到有效解决。另外,考虑多目标(防洪、排涝、生态)的工程布局优化和调度策略制定方法仍需完善;如何在方案评估中全面考虑长期气候变化、社会经济发展和生态环境需求,并为决策者提供直观、可操作的决策支持工具,仍是一个重要挑战。
技术实现思路
1、发明目的,提供一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法和系统,以期解决现有技术存在的上述问题。
2、技术方案,提供一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,包括如下步骤:
3、步骤s1、获取包括气候-人类活动、生态系统服务和多尺度水文在内的多源数据,并进行标准化处理和特征提取,生成各自的标准化数据集;利用数据融合算法将不同类型的数据集整合,形成统一的社会-生态-水文系统数据集;对融合后的数据集进行不确定性分析,输出带有不确定性估计的综合数据集;
4、步骤s2、获取带有不确定性估计的综合数据集,利用自适应多尺度水文模型构建流域、区域和城市三个尺度的水文模型,生成水文过程模拟结果;基于水文模拟结果,应用多层次耦合水动力学模型进行水动力学模拟,输出流域-区域-城市多尺度水动力学模拟结果;采用多尺度洪涝互馈分析系统对水动力学模拟结果进行解析,得到描述流域-区域-城市洪涝互馈关系的定量指标集;结合预存储的防洪排涝工程数据,使用多目标防洪排涝协调性评估模型进行评估,输出防洪排涝协调性评估结果;基于气候-人类活动数据,应用气候-人类活动-水文耦合影响分析模型,得到气候变化和人类活动影响的定量评估结果;利用多源不确定性传播与累积模型对整个模拟过程进行不确定性传播分析,输出包含不确定性估计的综合模拟结果;
5、步骤s3、获取包含不确定性估计的综合模拟结果,利用多维标准组合生成算法生成一系列可能的流域、区域和城镇防洪排涝标准组合方案;采用多尺度标准影响评估模型对这些方案进行评估,分析其效果和可行性;使用标准衔接性分析算法进行标准衔接性分析,量化不同尺度标准之间的衔接程度和潜在冲突;应用多目标标准优化模型进行多目标标准优化,结合防洪排涝协调性评估结果,得到最优的防洪排涝标准组合方案;基于气候变化和人类活动影响评估结果,使用标准适应性评估系统评估标准方案的长期适应性,输出标准方案的适应性评估报告;
6、步骤s4、获取最优标准组合方案,结合预存储的现有防洪排涝工程数据,使用工程设施适应性评估模型评估现有工程设施在新标准下的适应性和改造需求;基于评估结果,采用多尺度工程布局优化算法生成一系列可能的工程布局方案;利用多目标工程效益评估模型对这些方案进行多目标效益评估;结合水文水动力模拟结果,应用自适应工程调度策略生成系统制定相应的工程调度策略;使用工程-调度协同优化模型进行工程布局与调度的协同优化,输出的工程布局优化方案和配套调度策略;
7、步骤s5、获取工程布局优化方案和配套调度策略,以及标准组合方案,利用多维效益评估系统进行综合效益评估;结合不确定性估计数据,采用多情景风险评估模型分析方案的风险与不确定性;基于预存储的社会经济数据,使用利益相关者影响分析系统评估方案对不同利益相关者的影响;综合前述评估结果,应用自适应方案优化算法对方案进行优化和调整;汇总所有步骤的关键结果,利用多维决策支持系统生成全面的决策支持信息,输出的决策支持报告。
8、根据本申请的另一个方面,还提供一种流域和区域防洪排涝方案组合设计系统,包括:
9、至少一个处理器;以及,
10、与至少一个所述处理器通信连接的存储器;其中,
11、所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令,所述指令用于被所述处理器执行以实现上述任一项技术方案所述的流域和区域防洪排涝方案组合设计方法。
12、有益效果,通过创新算法和模型的协同应用,并通过仿真模拟和实际验证,实现了从数据处理到最终决策的全流程优化,显著提高了流域和区域防洪排涝方案的设计质量和实施效果。
1.一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s1具体为:
3.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s2进一步为:
4.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s3进一步为:
5.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s4进一步为:
6.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s5进一步为:
7.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤s12具体为:
8.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,步骤s14具体为:
9.如权利要求1所述一种流域和区域防洪排涝方案组合设计方法,其特征在于,所述步骤15具体为:
10.一种流域和区域防洪排涝方案组合设计系统,其特征在于,包括:
