(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211077195.0 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 杨中华　荆平飞　槐文信　白凤朋　 张为　岳遥　骆文广　陆晶　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06Q 50/06(2012.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑不确定性的河流水污染事故最优应急 调度流量计算方法及装置 (57)摘要 本发明提供考虑不确定性的河流水污染事 故最优应急调度流量计算方法及装置， 方法包 括： 步骤1， 资料收集； 步骤2， 基于水污染负荷和 河流水文参数， 建立研究河段的河流水动力水质 数值模拟 模型； 步骤3， 进行河流水文参数的灵敏 度分析， 筛选对 水质计算结果影 响较大的灵敏参 数； 步骤4， 利用拉丁超立方抽样方法对筛选的灵 敏度参数进行抽样， 得到N1组灵敏参数的组合， 并输入到建立的河流水动力水质数值模拟模型 中， 获得N1组水质指标的输出结果； 将N1组灵敏 参数和N1组水质指标输入神经网络模型进行训 练， 获得各个水质指标的水质计算代理模型； 步 骤5， 建立调度流量最优化模型； 步骤6， 不确定性 分析， 得到参数不确定性对最优调度流量的影 响。 权利要求书3页 说明书10页 附图9页 CN 115510775 A 2022.12.23 CN 115510775 A 1.考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1， 资料收集： 确定研究河段的水污染负荷情况与河流水文参数 取值范围； 步骤2， 模型建立： 基于步骤1中的水污染负荷和河流水文参数， 建立研究河段的河流水 动力水质数值模拟模型； 步骤3， 灵敏度分析： 利用建立的水动力水质数值模拟模型进行河流水文参数的灵敏度 分析， 筛选对水质计算结果影响较大的灵敏参数； 步骤4， 代理模型建立： 利用拉丁超 立方抽样方法对筛选的灵敏度参数进行抽样， 得到N1 组灵敏参数的组合， 并输入到建立的河流水动力水质数值模拟模型中， 获得N1组水质指标 的输出结果； 将N1组灵敏参 数和N1组水质指标输入神经网络模型进行训练， 获得各个水质指 标的水质计算代理模型； 步骤5， 调度流量最优化模型建立： 将河流水动力水质数值模拟模型替换为代理模型， 并将其嵌入到粒子群优化模型中， 以水质不超标、 调 度流量最小为目标函数， 建立调度流量 最优化模型； 步骤6， 不确定性分析： 对筛选的灵敏度参数进行抽样， 得到N2组灵敏参数的组合， 并将 之带入到调度流量最优化模型中， 计算获得N2个最优调度流量优化结果， 对结果进行统计 分析， 得到参数不确定性对最优调度流 量的影响。 2.根据权利要求1所述的考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤1中， 水污染负荷情况来自于河流入汇污染负荷调查； 河流水文参数中的 糙率、 纵向离 散系数及各污染物指标降解系数 取值范围根据历史资料确定 。 3.根据权利要求1所述的考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤2中， 研究河段的河流水动力水质数值模拟模型如下： 式中， A为断面面积； Q为流量； Qbranch为支流汇入流量； Z为水位； g为重力加速度； Sf为能 坡； C为污染物指标的浓度值； E为纵向离 散系数值； K为该污染物指标的降解系数； 上述方程组计算的上游水动力边界条件给定为调度流量； 下游水动力边界条件在水位 流量关系曲线插值 获得； 上游水质边界设置为III类水水质条件， 下游水质边界设为自由出 流条件。 4.根据权利要求1所述的考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤3中， 基于以下公式进行灵敏度分析：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115510775 A 2式中， Ik表示第k个参数的灵 敏度系数； xk表示模型输入的第k个参数； Δxk表示参数xk的 变化量； yi(xk)是参数xk对应的水质指标计 算结果； yi(xk+Δxk)是参数为xk+Δxk时对应的水 质指标计算结果； Nc是水质控制断面的个数； 参数的灵敏度系数越大， 对水质 指标计算结果的影响越大， 该参数变化带来的水质 指 标计算结果的不确定性越强。 5.根据权利要求1所述的考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤5中， 调度流量最优化模型建立过程中， 确保水质不超标、 调度流量最小的 目标函数如下： 式中， (C‑Cmax)+＝max{C‑Cmax,0}； Q即为所求最优调度流量； 为代理模型计算得到的 第i种水质指标在第j个控制断面的浓度值； Cmax为该水质指标浓度限制值； M为考虑的水质 指标的个数； Nc为控制断面 的个数； η与 μ均为权重系数， 用来调整目标函数中两项的权重， 确保当水质指标超标时， 目标函数迅速增大。 6.根据权利要求1所述的考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流量计算方 法， 其特征在于： 其中， 在步骤6中， 对每组参数对应的最优调度流量的计算结果进行统计分析， 求取均 值、 标准差以及置信区间； 置信区间采用切比雪夫不 等式进行近似 估计， 切比雪夫不 等式如下： 式中， P为概率大小； X为随机变量； μ为随机变量X的数学期望， 可用样本均值 代替； σ 为 随机变量X的标准差， 可用抽样平均误差Sx代替， 抽样平均误差的计算公式如下： 式中， S为样本标准差； N 为样本个数； 对于给定的变量X， 位于区间[ μ ‑kσ, μ+kσ ]内的总体比例或概率为1 ‑1/k2， 由此进行最优 调度流量的区间估计， 进 而得到置信区间。 7.考虑不确定性的河流水污染事故最优应急调度流 量计算装置， 其特 征在于， 包括： 信息收集部， 根据收集的资料， 确定研究河段的水污染负荷情况与河流水文参数及取 值范围； 模型初建部， 基于水污染负荷和河流水文参数， 建立研究河段的河流水动力水质数值 模拟模型； 灵敏度分析部， 利用建立的水动力水质数值模拟模型进行河流水文参数的灵敏度分 析， 筛选对水质计算结果影响较大的灵敏参数；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115510775 A 3