基于水权的区域水资源分配二层决策优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水资源管理，特别涉及水权的区域水资源分配决策方法。
【背景技术】
[0002] 二层决策优化方法是一类针对具有二层递阶结构问题的优化方法。其主要研究具 有两个层次系统的规划与管理问题。分为上层和下层，上下两层问题都具有各自的决策变 量、约束条件和目标函数。这种方法区别于其他优化方法的一个主要方面是不再是一个决 策者进行规划与决策，而是有上下两层决策者，上层决策者只是通过自己的决策去指导下 层决策者，并不直接干涉下层的决策；而下层的决策将上层的决策作为一个影响条件，其在 自己的可行域进行自由决策，这就导致上层决策者在做任何决策的时候必须考虑到下层决 策者可能做出的反馈，以规避下层决策者的决策可能带来的不利影响。
[0003] 在水资源短缺的今天，水资源的优化配置显得至关重要，由于水资源空间分配不 均等原因，许多地方存在水资源严重浪费的情况，因此研究节约用水动机，引入有效的节水 激励机制是遏制水资源浪费的主要研究方向，在这种情况下，传统的计划手段进行水资源 配置已经不能满足日益增长的水资源需求的要求，因此，引入市场济措施比如水权和水市 场成为了水资源优化配置的一个重要因素。水权是指为了达到一些目的用水权利，比如说 航行，用水甚至为了个人或者财政收入而交易水资源的权利，用水者的初始水权由水资源 管理者分配。当用水者分配到了水权，这部分水权就会成为其个人财产，它们可以使用这部 分水也可以拿到水市场上进行交易来获得利益。水市场是指水权的交易机制，它已经成为 获得区域水资源优化配置的有效的经济工具，因为它能提高用水和分配额效率。本发明考 虑了基于水权的区域水资源配置的优化问题，旨在提出一种新的水资源配置方案。
[0004] 在过去的几十年中，决策优化技术在水资源管理方面起到了至关重要的作用，主 要相关的技术包括多目标决策优化，多属性决策优化以及多阶段决策优化等，这些决策的 一个主要特点是由一个主体进行决策，没有考虑其他利益相关者的意见及反馈。本发明针 对基于水权的区域水资源配置优化问题，提出了不确定环境下的二层决策优化技术，其中 有两类不同的模糊随机参数，对于模糊随机参数的处理采取了两步骤，第一步将它们用不 同的转化方法转化成为模糊数，第二步采用模糊期望值算子将模糊数转化为确定值。针对 二层决策模型的求解，根据水资源配置的内部交互特征以及解的结构特征，提出了结合交 互式模糊规划和基于entropy-Boltzmann选择的遗传算法（EBS-based GA)的方法进行求 解，在EBS-based GA中，同时引入了分段交叉和自适应变异的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于水权的区域水资源分配二层决策 优化方法，以解决基于水权的区域水资源分配问题。
[0006] 本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，基于水权的区域水资源分配二层 决策优化方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、系统获取相关不确定因素的模糊随机变量；
[0008] 步骤2、系统将模糊随机变量进行模糊数转换，并对模糊数进行期望值化；
[0009] 步骤3、系统根据上述期望值及上/下层决策变量，得出上/下层目标函数及上/ 下层约束条件；
[0010] 步骤4、系统根据上/下层目标函数及上/下层约束条件计算得出基于水权的区域 水资源分配问题的二层规划全局模型；
[0011] 步骤5、系统将二层规划全局模型转换为单层的规划函数，并对其进行求解。
[0012] 具体的，所述步骤1中，相关不确定因素包括：
[0013] (1)、水需求模糊随机变量：水需求的最优可能的值近似的服从正态分布，即p? Ν(μ，σ2)，用三角模糊数（a，p，b)，其中P?Ν(μ，σ2)来描述，水需求模糊随机变量表 示为：
[0014]
【主权项】
1. 基于水权的区域水资源分配二层决策优化方法，其特征在于，包括w下步骤： 步骤1、系统获取相关不确定因素的模糊随机变量； 步骤2、系统将模糊随机变量进行模糊数转换，并对模糊数进行期望值化； 步骤3、系统根据上述期望值及上/下层决策变量，得出上/下层目标函数及上/下层 约束条件； 步骤4、系统根据上/下层目标函数及上/下层约束条件计算得出基于水权的区域水资 源分配问题的二层规划全局模型； 步骤5、系统将二层规划全局模型转换为单层的规划函数，并对其进行求解。
2. 根据权利要求1所述的基于水权的区域水资源分配二层决策优化方法，其特征在 于，所述步骤1中，相关不确定因素包括： (1) 、水需求模糊随机变量：水需求的最优可能的值近似的服从正态分布，即P? N(y, 〇2)，用H角模糊数（a, P，b)，其中P?N(y, 〇2)来描述，水需求模糊随机变量表 不为：
其中，虹L和虹]。分别表示模糊随机变量的左边界和右边界，P (?)表示模糊随机变 量的最有可能值，并反映其中的随机因素，（a, P，b)中a和b分别表示H角模糊数中的左 右边界，P表示H角模糊数的最有可能值，P?N(y, 〇2)表示P服从正态分布，y表示 正态分布的期望值，0 2表示正态分布的方差； (2) 、水流量模糊随机变量；水流量服从概率分布，水流量模糊随机变量表示为：
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之间，并且有一 个最有可能的值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. 根据权利要求2所述的基于水权的区域水资源分配二层决策优化方法，其特征在 于，所述步骤2中，系统将模糊随机变量进行模糊数转换包括： (1)将水需求模糊随机变量|=([111],，口(0))，机]|,)转化成为（1'，〇)-水平的梯形模糊 数，其运算公式为：
其中，令P。为随机变量P (U)的0-截集，也就是说
Pn=[p；；，p:HxeR|q)|.,(x)含a}，巧姑的值即可表示为：
(2)将水流量模糊随机变量
，转换为模糊数^ >包括W下计算 方式： 首先，水流量模糊随机变量概率分布为： 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种水流水平和其模糊逻辑； 其次，0 (X)是X的模糊参数，0 (X) =Ef技阳，V(XE化1]，则：
最后，水流量的模糊随机变量的模糊0，表示为： E'商二如.IVO. ? 其中