基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層決策優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水資源管理，特別涉及水權(quán)的區(qū)域水資源分配決策方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二層決策優(yōu)化方法是一類(lèi)針對(duì)具有二層遞階結(jié)構(gòu)問(wèn)題的優(yōu)化方法。其主要研究具 有兩個(gè)層次系統(tǒng)的規(guī)劃與管理問(wèn)題。分為上層和下層，上下兩層問(wèn)題都具有各自的決策變 量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)。這種方法區(qū)別于其他優(yōu)化方法的一個(gè)主要方面是不再是一個(gè)決 策者進(jìn)行規(guī)劃與決策，而是有上下兩層決策者，上層決策者只是通過(guò)自己的決策去指導(dǎo)下 層決策者，并不直接干涉下層的決策；而下層的決策將上層的決策作為一個(gè)影響條件，其在 自己的可行域進(jìn)行自由決策，這就導(dǎo)致上層決策者在做任何決策的時(shí)候必須考慮到下層決 策者可能做出的反饋，以規(guī)避下層決策者的決策可能帶來(lái)的不利影響。
[0003] 在水資源短缺的今天，水資源的優(yōu)化配置顯得至關(guān)重要，由于水資源空間分配不 均等原因，許多地方存在水資源嚴(yán)重浪費(fèi)的情況，因此研究節(jié)約用水動(dòng)機(jī)，引入有效的節(jié)水 激勵(lì)機(jī)制是遏制水資源浪費(fèi)的主要研究方向，在這種情況下，傳統(tǒng)的計(jì)劃手段進(jìn)行水資源 配置已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的水資源需求的要求，因此，引入市場(chǎng)濟(jì)措施比如水權(quán)和水市 場(chǎng)成為了水資源優(yōu)化配置的一個(gè)重要因素。水權(quán)是指為了達(dá)到一些目的用水權(quán)利，比如說(shuō) 航行，用水甚至為了個(gè)人或者財(cái)政收入而交易水資源的權(quán)利，用水者的初始水權(quán)由水資源 管理者分配。當(dāng)用水者分配到了水權(quán)，這部分水權(quán)就會(huì)成為其個(gè)人財(cái)產(chǎn)，它們可以使用這部 分水也可以拿到水市場(chǎng)上進(jìn)行交易來(lái)獲得利益。水市場(chǎng)是指水權(quán)的交易機(jī)制，它已經(jīng)成為 獲得區(qū)域水資源優(yōu)化配置的有效的經(jīng)濟(jì)工具，因?yàn)樗芴岣哂盟头峙漕~效率。本發(fā)明考 慮了基于水權(quán)的區(qū)域水資源配置的優(yōu)化問(wèn)題，旨在提出一種新的水資源配置方案。
[0004] 在過(guò)去的幾十年中，決策優(yōu)化技術(shù)在水資源管理方面起到了至關(guān)重要的作用，主 要相關(guān)的技術(shù)包括多目標(biāo)決策優(yōu)化，多屬性決策優(yōu)化以及多階段決策優(yōu)化等，這些決策的 一個(gè)主要特點(diǎn)是由一個(gè)主體進(jìn)行決策，沒(méi)有考慮其他利益相關(guān)者的意見(jiàn)及反饋。本發(fā)明針 對(duì)基于水權(quán)的區(qū)域水資源配置優(yōu)化問(wèn)題，提出了不確定環(huán)境下的二層決策優(yōu)化技術(shù)，其中 有兩類(lèi)不同的模糊隨機(jī)參數(shù)，對(duì)于模糊隨機(jī)參數(shù)的處理采取了兩步驟，第一步將它們用不 同的轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化成為模糊數(shù)，第二步采用模糊期望值算子將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為確定值。針對(duì) 二層決策模型的求解，根據(jù)水資源配置的內(nèi)部交互特征以及解的結(jié)構(gòu)特征，提出了結(jié)合交 互式模糊規(guī)劃和基于entropy-Boltzmann選擇的遺傳算法（EBS-based GA)的方法進(jìn)行求 解，在EBS-based GA中，同時(shí)引入了分段交叉和自適應(yīng)變異的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層決策 優(yōu)化方法，以解決基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層 決策優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、系統(tǒng)獲取相關(guān)不確定因素的模糊隨機(jī)變量；
[0008] 步驟2、系統(tǒng)將模糊隨機(jī)變量進(jìn)行模糊數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)模糊數(shù)進(jìn)行期望值化；
[0009] 步驟3、系統(tǒng)根據(jù)上述期望值及上/下層決策變量，得出上/下層目標(biāo)函數(shù)及上/ 下層約束條件；
[0010] 步驟4、系統(tǒng)根據(jù)上/下層目標(biāo)函數(shù)及上/下層約束條件計(jì)算得出基于水權(quán)的區(qū)域 水資源分配問(wèn)題的二層規(guī)劃全局模型；
[0011] 步驟5、系統(tǒng)將二層規(guī)劃全局模型轉(zhuǎn)換為單層的規(guī)劃函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行求解。
[0012] 具體的，所述步驟1中，相關(guān)不確定因素包括：
[0013] (1)、水需求模糊隨機(jī)變量：水需求的最優(yōu)可能的值近似的服從正態(tài)分布，即p? Ν(μ，σ2)，用三角模糊數(shù)（a，p，b)，其中P?Ν(μ，σ2)來(lái)描述，水需求模糊隨機(jī)變量表 示為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層決策優(yōu)化方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1、系統(tǒng)獲取相關(guān)不確定因素的模糊隨機(jī)變量； 步驟2、系統(tǒng)將模糊隨機(jī)變量進(jìn)行模糊數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)模糊數(shù)進(jìn)行期望值化； 步驟3、系統(tǒng)根據(jù)上述期望值及上/下層決策變量，得出上/下層目標(biāo)函數(shù)及上/下層 約束條件； 步驟4、系統(tǒng)根據(jù)上/下層目標(biāo)函數(shù)及上/下層約束條件計(jì)算得出基于水權(quán)的區(qū)域水資 源分配問(wèn)題的二層規(guī)劃全局模型； 步驟5、系統(tǒng)將二層規(guī)劃全局模型轉(zhuǎn)換為單層的規(guī)劃函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層決策優(yōu)化方法，其特征在 于，所述步驟1中，相關(guān)不確定因素包括： (1) 、水需求模糊隨機(jī)變量：水需求的最優(yōu)可能的值近似的服從正態(tài)分布，即P? N(y, 〇2)，用H角模糊數(shù)（a, P，b)，其中P?N(y, 〇2)來(lái)描述，水需求模糊隨機(jī)變量表 不為：
其中，虹L和虹]。分別表示模糊隨機(jī)變量的左邊界和右邊界，P (?)表示模糊隨機(jī)變 量的最有可能值，并反映其中的隨機(jī)因素，（a, P，b)中a和b分別表示H角模糊數(shù)中的左 右邊界，P表示H角模糊數(shù)的最有可能值，P?N(y, 〇2)表示P服從正態(tài)分布，y表示 正態(tài)分布的期望值，0 2表示正態(tài)分布的方差； (2) 、水流量模糊隨機(jī)變量；水流量服從概率分布，水流量模糊隨機(jī)變量表示為：
其中，Pi低水位概率，P 2中水位概率，P 3高水位概率，水流量在a t和C t之間，并且有一 個(gè)最有可能的值bt，其中，t = 1表示低水位，t = 2表示中水位，t = 3表示高水位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于水權(quán)的區(qū)域水資源分配二層決策優(yōu)化方法，其特征在 于，所述步驟2中，系統(tǒng)將模糊隨機(jī)變量進(jìn)行模糊數(shù)轉(zhuǎn)換包括： (1)將水需求模糊隨機(jī)變量|=([111],，口(0))，機(jī)]|,)轉(zhuǎn)化成為（1'，〇)-水平的梯形模糊 數(shù)，其運(yùn)算公式為：
其中，令P。為隨機(jī)變量P (U)的0-截集，也就是說(shuō)

Pn=[p；；，p:HxeR|q)|.,(x)含a}，巧姑的值即可表示為：
(2)將水流量模糊隨機(jī)變量
，轉(zhuǎn)換為模糊數(shù)^ >包括W下計(jì)算 方式： 首先，水流量模糊隨機(jī)變量概率分布為： 1，(; (0 G Q j W〇J)二句,n = P,，f，( ! 0J G Q I W(o)二句7! ) = P;，P(>J G Q j '乂(0))=句,^ 二 P,. ? 其中，Q表示H種水流水平和其模糊邏輯； 其次，0 (X)是X的模糊參數(shù)，0 (X) =Ef技陽(yáng)，V(XE化1]，則：
最后，水流量的模糊隨機(jī)變量的模糊0，表示為： E'商二如.IVO. ? 其中