模型支撑

模型支撑（精选4篇）

模型支撑 篇1

1 前言

四点支撑液压平台作为调平装置广泛应用于车载雷达、大型工程运载车、静力压桩机、导弹发射架等领域[1,2]。为提高整机的可靠性,这些重载系统在四点支撑液压平台液压缸的设计上都存在冗余,使得支腿油缸的运动具有相关性,导致这类大惯性冗余支撑平台的运动与液压系统的控制存在耦合。本文考虑平台运动和液压控制系统的耦合,结合液压控制系统对平台进行了动力学分析,建立了四点支撑平台的运动控制方程。

2 模型的简化

图1为支撑平台的空间示意图。1、2、3、4分别代表i号油缸与平台的接触点。由于四点支撑液压平台为一大惯性刚体,四个油缸安装间距远远大于各油缸的位置偏差,可以假设液压缸只有1个竖直方向的自由度及2个转动自由度。

3 系统的建模

3.1 平台的运动模型

对基座平台进行受力分析,转角以逆时针为正。运用牛顿第二定律和刚体定轴转动定律,可以得到:

式(1)中,zs为平台质心位置(取各液压油缸活塞都未伸出时平台位置为zs=0);M为平台质量;g为重力加速度;Fi为接触点处活塞杆与负载之间的竖直作用力,i=1,2,3,4;σxi为Fi对X轴产生力矩的符号因子,当Fi在X轴上侧取0,否则取1;σyi为Fi对Y轴产生力矩的符号因子,当Fi在Y轴右侧取0,否则取1;Ix为平台对X轴的转动惯量;Iy为平台对Y轴的转动惯量。

由几何关系,考虑到两油缸安装的间距远大于油缸的运动范围,可认为sinθx=θx,sinθy=θy,有:

3.2 液压系统控制系统模型

四个支腿采用的油缸为同一规格,可以认为各油缸活塞杆质量mi,质量粘性阻尼Bi,油缸泄漏系数Kli相等。管道对称布置,可以认为各油缸工作腔和油管的油液体积Vi近似相等。对每一个油缸的活塞进行受力分析,则油缸缸体的力平衡方程为:

式中,Fi为i号油缸所受负载力;Ai L为i号油缸无杆腔面积;zi为i号油缸沿Z轴方向的位移;pi L为i号油缸负载压力,pi L=pi1-pi2Ai2/Ai L。

油缸无杆腔的流量连续性方程为:

K为油液的体积模量;Qi为进入i号油缸的流量。

此外,进入液压缸的流量由比例阀控制,其流量大小与负载无关,可以近似描述为[3]:

ωv为比例节流阀的固有频率;ξv为比例方向阀的阻尼比;ksv为比例阀增益;I为控制电流;I0为比例阀死区对应的最大电流。

3.3 平台运动的解耦控制模型

用三个运动方向的参数对油缸运动的相关性进行解耦。设绕X轴转动产生的沿Z轴方向的当量位移为zx,绕Y轴转动产生的沿Z轴方向的当量位移为zy,式(2)可化为:

将(6)代入(1)、(3)有:

联立(6),(7)和(8)有

将(6)代入(4)有

式(5)、(9)、(10)构成了平台三个自由度运动的控制方程。

4 结语

考虑四点支撑液压平台3个自由度的运动和液压控制系统的耦合,利用运动方向相关参数对系统进行了解耦,建立了平台运动的动力学模型,并提出了平台运动的控制方程,为平台位置的控制提供了精确的数学分析模型。

参考文献

[1]胡均平,李岸.静力压桩机的PLC自动调平控制系统的研究[J].矿冶工程,2001,21(3):21-23.

[2]孙利生.一种大跨距四点支撑液压自动调平系统[J].液压与气动,2004(7):92-93.

[3]沈瑜,高晓丁,王绮.对称阀控非对称液压缸的电液比例位置控制系统建模与分析[J].陕西科技大学学报,2007,15(4):105-109.

[4]倪江生,翟羽健.六支点静基座液压平台的调平方法[J].东南大学学报,1996,26(2):74-80.

[5]姜文刚,尚藉,邓志良,等.大型平台自动调平研究[J].电气传动,2005,25(12):29-31.

[6]凌轩,曹树平,朱玉泉,等.基于模糊自适应的四点支撑液压平台自动调平方法[J].机床与液压,2007,35(12):84-86.

[7]高彦锟,程源,任革学.柔索悬挂Stewart平台振动控制及稳定性研究[J].中国机械工程,2008,19(16):1929-1934.

空管信息化工程模型及集成化支撑 篇2

空管信息化是充分利用通信、导航、监视、计算机等现代信息和电子技术, 实现各类空管信息资源的获取、传递、处理、再生、利用和服务, 为空管工作提供一致、完整、准确、动态的信息支撑, 提高正确预见、科学决策、合理组织、高效实施、及时协调能力, 全面提升空管服务质量, 有效满足不同用户的飞行需求, 确保飞行安全、顺畅、准点, 支持全球空管一体化的历史进程。

我国空管信息化起步晚、底子薄, 同欧美航空发达国家相比差距较大, 空管领域的信息化建设仍然不够完善:军民航空管系统互联互通不足, 空域管理、飞行流量管理等手段较为落后, 低空通讯导航监视能力弱, 系统建设综合集成不够, 信息化建设的整体效能尚未充分发挥。其中空管数据交互及共享严重不足尤为明显。空管信息数据呈现出种类众多且数量巨大的特点, 涵盖了飞行情报数据、航行情报数据、飞行流量数据、空域管理数据、空管监视数据、空管雷达数据、空管设备监控数据、机场和航空公司数据以及气象数据等多种类数据。随着我国空管系统建设规模和范围不断扩大, 各个管制单位已经分别建立了管制指挥、空域管理等各类型空管业务系统, 而目前各个管制单位的空管系统以及不同的空管业务系统之间相对独立, 相互之间的信息交换和共享缺乏统一的信息平台, 各空管系统间的信息交互与数据共享严重不足, 成为目前空管领域信息化建设亟需解决的主要问题。

二、信息化工程模型及集成化支撑

(一) 民航信息化工程模型。

民航信息化工程是由两个阶段构成的, 一个是民航系统规划建设阶段, 一个是民航系统运行与维护阶段。空管信息化的目的就是要利用现代信息技术, 提高空管信息生产、分发、传递、处理和应用的能力和水平, 提高空管系统的安全保障能力、服务质量、管理水平、运行效率和经济效益。

在空管信息化工程模型的建立过程中, 离不开空管企业的需求工程 (全称为Requirement Engineering, 简称RE, 即通过对民航空管系统进行相关特征以及约束的描述等, 建立和形成相关的需求文档, 并能够满足民航航空管制不断发展变化的需求) 、过程工程 (全称为Business Process Engineering, 简称BPE, 该工程与RE想类似, 应用系统工程 (全称为Application System Engineering, 简称ASE, 即通过对计算机应用系统的整个生命周期进行考虑, 从而对民航空管系统进行进一步的开发以及应用) 、支持工程 (全称为Infrastructure Support Engineering, 简称ISE, 即为民航空管系统提供标准化体系以及安全体系等) 。

(二) 民航信息化工程集成化支撑。

民航空管信息化建设坚持发展和实际相结合, 扬长避短, 有计划、有步骤地推进。对于民航信息化工程模型, 其能够支撑多种集成化环境, 主要包括过程工程环境、需求工程环境、支持工程环境以及应用系统工程环境。需求工程环境能够支持民航信息工程建设全面整体规划、支持需求建模、支持需求变更管理、支持规格生成、支持需求验证等多种功能。支持工程环境能够对民航空管系统进行过程以及配置管理。

民航空管信息化建设在技术上采用先进的、开放的、成熟的技术;高度重视网络、信息的安全;重视网络和信息的管理, 坚持集中管理和分层管理相结合;基础设施建设适度超前。民航空管信息化工程应用系统环境开发主要能够提供以下的功能:功能构造与数据建模、资源配置、代码生成、原型问题选择以及原型系统评价和原型系统集成。

结语

值得注意的是, 民航空管信息化工程模型及其集成化支撑的相关软件管理体系目前还在起步阶段, 应该针对在民航航空管制过程中出现的实际情况和问题, 进行进一步的开发考察验证, 并且通过专门的测试和试验等, 使相关的民航信息化工程模型能够满足实际民航航空管制中的复杂需求, 从而提高我国民航航空管制的整体水平。

参考文献

模型支撑 篇3

关键词：复数据删除,二级备份缓存,分层备份模型

0 引言

随着信息量的爆发式增长,企业IT支撑系统蕴含的数据量也以惊人的速度增加,企业发展和存续对数据的依赖性也在显著增加。数据备份这种最简单也是最直接的方式往往作为企业保护数据安全的最后一道防线,捍卫着保证防止数据丢失的底线。

1 传统备份介质与重复数据删除技术

传统上使用物理带库作为主要的备份介质,但随着频繁抓取和读写磁带,带库设备故障不断,大大提高了系统的维护成本。随着硬盘价格下降及容量的增长,磁盘在很多情况下取代磁带成为数据备份的介质,从磁盘到磁盘的备份成为很多企业的选择。但数据直接备份到硬盘介质所需的存储极为可观,超出大部分企业的承受能力。因此必须找到更好的方法来更高效地利用现有设备。

在信息处理和储存的每个过程中都存在着大量的重复数据。传统的周期性备份策略更加剧了重复数据的积累速度。在这种情况下,重复数据删除技术就成为了一个有效地降低备份数据存储成本的技术手段。

重复数据删除技术首先将备份文件与源文件的数据分块并通过数据指纹进行比较,找出重复的数据块,只写入非重复的数据块而将重复数据块以指针取代。最终数据块信息会被记录为逻辑文件以便读取和重组。重复数据检测的准确度和命中率主要与具体分块和检测算法有关。

但事物都有两面性,重复数据删除技术节约了存储需求,也存在部分不足。由于涉及数据分割和指纹计算,大数据量时不同类型数据的重删效率天差地别。特别是重复数据删除技术需要维护内部指纹索引来保证数据的排重和重组,维护指纹数据需要巨大的性能开销。更重要的是,如果内部指纹数据发生问题,可能会影响所有备份数据的安全。这对长期数据归档是一个致命的隐患。

因此,结合传统备份方式和重复数据删除技术,构建一个合理的、高效的备份体系模型,就成为一个重要的命题。

2 分层备份模型的设计

因此,我们提出分层备份模型。在传统备份环境中引入重复数据删除平台,构建一个备份管理和维护模型。在统一的备份架构内,综合物理带库、磁盘介质和重复数据删除平台的各自优势结合二级备份缓存,针对不同类型的备份需求构造一个统一的分层次备份体系。

物理磁带库:对于传统备份架构中大量应用的物理磁带库,在分层备份模型中,其定位主要针对长期数据的归档离线保存,发挥其大库容的优势,同时也便于归档数据在必要时的离线保存。

重复数据删除平台:分层备份模型中在传统的备份架构中引入重复数据删除平台,主要针对短期数据的备份和恢复。一方面利用其对数据排重后在存储空间方面的优势,另一方面也规避其面对长期数据归档场景的效率下降。典型场景如数据库全备及存量文件系统的短期文件备份。

二级备份缓存:在分层备份模型中,使用部分硬盘存储作为写入带库前的二级备份缓存,以提高针对高并发IO场景的IO性能,通过磁盘介质的高并发读写能力来规避磁带库介质的读写IO瓶颈,并释放重复数据删除平台针对重复数据较少的备份需求的排重计算能力。

双份异地备份:针对核心系统和重要数据文件的归档,分层备份模型使用异地双带库备份的模式进行处理。通过不同物理带库的不同磁带介质来实现安全性上的高要求。

3 分层备份模型应用逻辑

根据数据类型的不同,我们将备份需求分割为数据库类、操作系统类及文件系统类3种情况。简单的分层备份模型逻辑如所示。

对于数据库全备份,考虑数据的重复情况,分层备份模型优先选择重复数据删除平台作为备份介质。对于数据库的archive备份,在分层备份模型下均使用二级备份缓存作为首次备份的介质,之后再通过复制机制将磁盘缓存上的数据迁移到带库存储。

操作系统备份。如果是虚拟化环境,那么就利用各个重复数据删除平台进行备份。如果是物理机环境,分层备份模型优先使用二级缓存作为操作系统备份的缓存介质,后台再将数据迁移到带库。同时,如果判断为核心系统还需要在异地的带库再做一次异地备份。

对于文件备份,分层备份模型首先区分备份数据的保留周期。对于短期数据备份,直接使用重复数据删除平台以作为备份介质对象。长期归档需求则通过物理磁带库进行备份。

分层备份模型对于归档类文件备份提供额外的数据安全保证机制。对于文件归档场景而言,由于备份后原始数据经常就会被删除,因此特别需要确保其备份数据的安全性。分层备份模型中提供了双份异地备份的数据保护手段。

双份异地备份分两种:一是对数据做两份备份,第一次备份后校验备份的有效性,校验完成后再做第二次备份到不同介质,完成后校验再备份数据的完整性,校验通过则删除源数据,不通过则保留源数据,以保证两份数据备到不同介质。另一种双份备份模式则使用跨带库数据复制机制实现数据副本拷贝,文件归档通过备份完成后,闲时异步将数据复制到异地带库中,增加备份冗余性。

模型支撑 篇4

关键词：节水型社会建设,支撑体系,水资源高效利用,数学模型

1 概 况

余姚市地处浙江省东部, 行政隶属宁波市, 为宁绍平原中心。区域面积1 527 km2, 其中山丘、平原、水域面积分别占55%、28%、17%。年雨量在1 263～1 987 mm, 雨量集中在4-6月的梅雨季节和7-9月的台风季节, 多年平均蒸发量约900～950 mm。全市分属4个水系, 其中姚江水系占全市总面积的60.1%。全市已建大、中、小水库及山塘1 596座, 其中中型以上水库3座;平原区河网密布, 总长约2 333 km。余姚是我国著名的河姆渡文化的发祥地。改革开放以来, 余姚市一直跻身于全国经济综合实力百强县市之列, 2006年实现国内生产总值340亿元, 财政收入50.2亿元。

经济的又好又快发展对水资源在数量和质量上提出了更高的承载力要求。针对现状存在的局部区域水资源供需矛盾突出、平原区水质污染相对严重、用水效率不高等问题, 余姚市着手提出开展节水型社会建设, 并申请列入了全国节水型社会建设第3批试点单位。节水型社会建设是一项涉及全社会各层面的系统工程, 需要大量技术予以支撑。在众多庞杂的技术中, 围绕水资源的高效利用与可持续发展, 构建适合区域特点、系统而又科学的技术支撑体系, 成为当前余姚市水资源综合管理的重要课题, 对正在开展的节水型建设也有重要指导意义。

2 技术支撑体系架构

节水型社会建设就是要通过水资源科学管理与合理配置, 最终实现水资源高效与可持续利用, 其技术支撑体系不同于单纯的节水技术, 也不同于工程与技术体系, 它涉及更高的层次和更多的方面。根据有关文献 , 流域水资源评价技术、水资源配置技术、水资源调度技术、水资源经济分析技术等关键技术构成了我国节水型社会建设技术支撑体系的主体。

对于余姚市来说, 水资源系统相对比较复杂, 不仅有多个水库群, 还有多个水级形成的多个河网, 边界水质水量缺少相关监测。整个系统的蓄水、供水、用水之间, 水库群与河网之间, 各水库群之间, 各河网之间存在一定耦合关系。受外流域引调水 (浙东引水) 、各级政策的限制, 对水价、水权交易价的制定, 县域范围内实际上难以操作。节水调控措施实际上通过具体定额管理来实现, 行业实用节水技术是保障。综合上述特点, 余姚市节水型社会建设技术支撑体系架构应由如下5方面关键技术组成: ① 基于二元水循环理念水资源评价技术;②水库群和河网联合调度大系统优化技术;③基于经济与环境水资源多目标配置技术;④行业实用节水技术;⑤节水指标监测与评估技术。

其中基于二元水循环理念水资源评价技术的应用, 旨在摸清余姚水资源状况, 为水资源系统的配置和调度提供基础参数;水库群和河网联合调度大系统优化技术的应用, 旨在确定总量配置前提下水库群及河网的优化调度规则, 分析余姚水资源系统的最大可供水量, 为区域用水总量控制目标制定提供依据;基于经济与环境水资源多目标配置技术, 旨在解决在最大可供水量约束条件下、余姚市国民经济各行业的水量分配问题, 为节水型社会建设产业结构调整提供科学依据;行业实用节水技术, 来自于余姚现状农业、工业、城市生活中先进适用节水技术的分类总结, 是减少用水需求, 落实“总量控制、定额管理”的基础;节水指标监测与评估技术, 适应了节水型社会建设动态渐进的特点, 通过对节水指标的监测、评价与馈控, 为决策部门开展用水指标调控、科学评价与考核节水型社会建设成效提供依据。上述5方面关键技术是从余姚水资源管理角度所提出的一套实现水资源合理配置和高效利用的主体技术框架, 各技术之间联系紧密, 构成余姚节水型社会建设技术支撑体系的主体。

3 余姚节水型社会技术支撑体系应用模型研究

3.1 基于二元水循环理念水资源评价模型

余姚地区周边出入境缺少水量、水质相关监测资料, 给区域水资源评价带来诸多困难, 二元水循环理念[1]为解决这一问题提供了指导。考虑到县域范围受各种客观条件的制约 (如基础资料) , 结合余姚实际, 针对天然水循环过程, 通过建立新安江 (三水源) 流域模型, 评价天然水资源量;针对人工侧支水循环过程, 通过建立侧支水量平衡方程, 摸清“供-用-耗-排”各环节中的通量项及相关参数。将2种评价技术结合起来, 为资料短缺县域范围水资源评价提供实用方法。模型如下。

(1) 新安江 (三水源) 模型。

新安江三水源模型是一个具有分散参数的概念性模型[2], 模型结构如图1。产流量计算采用蓄满产流理论。蒸散发计算采用3层蒸发模式, 水源划分采用自由水蓄水库结构, 分为壤中流、地面径流和地下径流。汇流过程包括坡地和河网2个汇流阶段, 其中河网汇流采用无因次单位线法模拟。

(2) 人工侧支水量平衡模型。

天然径流经过工程调蓄之后, 成为供水水源, 用户通过一定的方式获取消耗部分水量, 并回归部分水量, 构成相对完整的“供-用-耗-排”水资源运行系统。人工侧支水量平衡模型以现状水利工程 (蓄、引、提工程) 的实际供水量与用水户 (生产、生活、生态) 的实际用水量相等为准则建立平衡方程, 利用模拟技术对整个过程进行模拟计算, 从而得到水循环过程相关参数 (如回归水利用系数、边界进出水量等) 。现状供水量和用水量 (分质) 、工程运行规则、供水次序均采用实际调查、统计资料。模型如下:

$\{\begin{array}{l}WU{}^{{\rm T}}=WU{}_1^{{\rm T}}+WU{}_2^{{\rm T}}+WU{}_3^{{\rm T}}+WU{}_4^{{\rm T}}\\ WG{}^{{\rm T}}=WG{}_1^{{\rm T}}+WG{}_2^{{\rm T}}+WG{}_3^{{\rm T}}+GW{}^{{\rm T}}+WL{}^{{\rm T}}\\ WU{}^{{\rm T}}=WG{}^{{\rm T}}\end{array}(1)$

式中:WUT为T时段某区域的总用水量;WU${}_1^{{\rm T}}$为T时段某区域的农业用水量;WU${}_2^{{\rm T}}$为T时段某区域的工业用水量;WU${}_3^{{\rm T}}$为T时段某区域的城乡生活用水量;WU${}_4^{{\rm T}}$为T时段某区域的生态环境用水量。WGT为T时段某区域地表、地下及其他水源总供水量;WG1为T时段某区域地表蓄水工程供水量;WG2为T时段某区域地表引水工程供水量;WG3为T时段某区域地表提水工程供水量;GWT为T时段某区域地下水源供水量;WLT为T时段某区域其他水源供水量。

结合余姚实际, 将全市划分为姚西北、姚中、姚东、姚南4个水资源分区, 利用新安江三水源模型, 分析得到余姚市多年平均河川径流量为11.01亿m3, 河川径流深为775 mm。同时, 利用人工侧支水量平衡模型, 分析了各区域的人工侧支的水循环参数, 如不同分区的回归河网水利用系数计算结果如表1。

注:姚南片为山区, 无回归河网水利用系数值。

3.2 水库群与河网联合调度大系统优化模型

余姚水资源系统相对较为复杂, 水库群与河网之间, 各水库群之间、各河网之间存在耦合关系。针对这类系统, 原则上可采用还原论方法进行设计。根据余姚水资源规划、调度实际, 构建3层谱系结构的大系统分解协调模型。即把全市水资源系统分为河网和水库群作为2个子系统。其中河网子系统, 又分解为姚西北、姚中、姚东3个更低一级的子系统;水库群子系统, 也相应分解为姚西北水库群、姚中水库群、姚东水库群3个更低一级子系统。2个2级子系统是一个相互耦合的对偶系统, 采用反馈联结, 然后迭代推求平衡解。

模型结构如图2。

3.2.1 水库群、河网子系统优化调度模型

水库群子系统优化调度模型以该系统总弃水量最小为目标, 系统协调层采用线性规划模型, 下级子系统采用动态空库系数法的模拟模型。

河网子系统也以该系统总弃水量最小为目标, 系统协调层采用线性规划模型, 下级子系统采用模拟模型。其数学模型如下。

(1) 目标函数

水库群子系统:$\min F(x{}_i)={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}c}{}_{i}g(i,t)(2)$

河网子系统:$\min G(x{}_i)={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}c}{}_{i}x(i,t)(3)$

式中:g (i, t) 为水库群第i子系统t时段水库供水量;x (i, t) 为河网第i子系统t时段农业供水量;ci为第i子系统单位供水量产生的弃水量。

(2) 约束条件。

针对水库群的约束条件有:水量平衡约束、水库的供水能力约束、系统总需水量约束、供水保证率约束、水厂供水能力约束、农业供水量约束、弃水量约束、生活缺水量约束、状态约束等。

针对河网子系统的约束条件包括:水量平衡约束、状态约束、农业供水量及缺水量约束、生态环境供水量及缺水量约束、供水保证率约束、弃水量约束、水质约束等。

3.2.2 水库群与河网联合调度模型

将河网子系统的缺水量, 反馈给水库群子系统, 把它加到这一子系统的供水量的约束条件中, 相应把水库群子系统, 考虑了这一点后的弃水量反馈给河网子系统, 作为这一子系统的来水量。当前后2次水库群子系统的弃水量之差最小时, 便求得全市的水资源系统优化解, 一般以允许误差作控制。其数学模型如下:

(1) 目标函数:

$\text{m}\text{i}\text{n}f=W(n+1)-W(n)(4)$

式中:W (n) 为水库群子系统产生的弃水量。

(2) 约束条件。包括:水库弃水量约束、河网来水量约束、水库子系统农业需水量约束等。

根据余姚市供水现状及将来可能兴建水库工程情况, 确定不同的供水方案。利用上述水库群与河网联合调度大系统优化模型, 分析得到余姚水资源系统最大可供水量 (不考虑外调水) 为4.54亿m3, 其中水库群提供的优质水量2.15亿m3, 河网提供的一般水为2.39亿m3。

3.3 基于经济与环境水资源多目标配置模型

根据目前国内水资源合理配置理论方法[3], 结合余姚市实际, 现阶段考虑浙东引水工程即将建成通水, 双溪口水库即将建成蓄水, 如何更好地利用水库优质水和河网水, 对各产业需水进行合理配置, 提高水资源的总体效率和综合效益, 是当前急需解决的问题。为此, 建立基于经济与环境水资源多目标配置模型。

3.3.1 目标函数

根据余姚实际, 以农业、工业、第三产业的用水量作为设计变量, 以系统的总产出最大和整个水环境系统的废水浓度最小作为目标函数。

$\{\begin{array}{l}\max {\rm Z}={\displaystyle \sum _{i=1}^3[}\frac{Q{}_{i}a{}_i}{q{}_i}(1-p{}_{i}c{}_i)-Q{}_{i}b{}_i-Q{}_i(a{}_i-1)k{}_i]\\ \text{m}\text{i}\text{n}J=\frac{Q{}_{\text{生}\text{活}}d+{\displaystyle \sum _{i=1}^3\frac{Q{}_{i}a{}_i}{q{}_i}}p{}_i(1-f{}_i)}{Q{}_{\text{生}\text{态}}}\end{array}(5)$

式中:i=1, 2, 3分别代表农业、工业和第三产业等产业经济系统;Q为各产业经济系统、生活以及生态从水环境系统的可调配水资源中分得的用水总量;q为万元产出需水量;a≥1为节水系数;p为万元产出污水量;c为水污染税;b为水费;k为节水处理费用;d为生活废水浓度;fi<1为污水净化系数。

3.3.2 约束条件

(1) 总用水量约束 (水环境系统的资源约束) :

$\{\begin{array}{l}Q{}_{\text{生}\text{活}}+Q{}_1+Q{}_2+Q{}_3-{\displaystyle \sum _{i=1}^3\frac{Q{}_{i}a{}_i}{q{}_i}}p{}_{i}f{}_i\le [Q{}_{\text{总}}]\\ Q{}_1\ge [Q{}_1]\end{array}(6)$

式中:Q总为从水环境系统中扣除生态用水量后的可调配水资源总量, 该值为采用“水库群与河网联合调度优化模型”所求解得到的系统最大可供水量减去生态环境用水量。[Q1]为农业产业系统必须保障的最小用水量。

(2) 水资源管理系统的投入——收益平衡约束条件条件为

$Q{}_{\text{生}\text{活}}b{}_{\text{生}\text{活}}+{\displaystyle \sum _{i=1}^3(}\frac{Q{}_{i}a{}_i}{q{}_i}p{}_{i}c{}_i+Q{}_{i}b{}_i)\ge G(7)$

式中:G为水资源管理系统的整体投资, 包括对水环境系统的保护、开发和管理投入, 对污水处理系统的建设投资, 以及对节水调节系统的引导性投资等。

(3) 农业产业系统产值约束条件为

$GD{\rm P}{}_1\ge \frac{{\rm P}\times F{}_p\times F{}_c}{{\rm O}{}_f/{\rm O}{}_a}(8)$

式中:GDP1为农业产业经济系统产值;P为总人口;Fp为人均粮食产量;Fc为粮食单价;Qf为粮食产值;Qa为农业总产值。

结合余姚实际, 随着国民经济各部门需水的急剧增加, 未来规划水平年2020年各行业不同程度存在着缺水状况, 必须对各行业进行用水指标调控。在最大可供水量的约束条件下, 利用上述多目标配置模型, 进行国民经济各行业的水量分配。经分析, 2020年, 余姚市三产结构调整为4.3∶58.2∶37.5, 在外流域调水0.5亿m3 (一般水) 的情况下区域用水总量为4.79亿m3, 其中优质水2.01亿m3, 一般水2.78亿m3。国民经济各行业中, 农业用水1.02亿m3, 工业用水2.01亿m3, 生活用水0.87亿m3, 生态环境用水0.89亿m3。

3.4 节水指标评估的多级模糊层次分析模型

节水型社会建设是动态渐进的过程。在建设过程中, 需要利用节水指标监测与评估技术, 对节水指标进行监测、评价及馈控, 从而使节水型社会建设工作不断发展与完善。结合余姚实际, 节水指标体系由4层结构组成, 目标层为节水指标的合理性;第1层由综合指标、生活用水、生产用水、生态用水子目标组成;第2层对第1层各子目标进行分解, 共设置10项指标;第4层对第3层指标进一步分解24项指标, 反映了总目标中必要的及可供选择的各种节水措施。将上述节水指标体系作为一个系统进行处理, 建立系统评估的递阶层次结构, 通过引进模糊函数形成FAHP (Fuzzy Analytical Hierarchy Process) [4]。模型如下:

(1) 一级模糊综合评价。

国民经济模糊评价:R1[v1, v2, v3, v4, v5]=[w11, w12, w13, w14]·[μ11, u12, u13, u14]T (9)

用水计划模糊评价:R2[v1, v2, v3, v4, v5]=[w21, w22]·[μ21, u22]T (10)

城镇和农村生活用水模糊评价:

R4=[v1, v2, v3, v4, v5]=[w41, w42, w43]·[μ41, u42, u43]T (11)

R5[v1, v2, v3, v4, v5]=[w51, w52]·[μ51, u52]T (12)

农业、工业、第三产业用水模糊评价:

R6[v1, v2, v3, v4, v5]=[w61, w62, w63]·[μ61, u62, u63]T (13)

R7[v1, v2, v3, v4, v5]=[w71, w72, w73, w74]·[μ71, u72, u73, u74]T (14)

R8[v1, v2, v3, v4, v5]=[w81, w82]·[μ81, u82]T (15)

水环境模糊评价:R10[v1, v2, v3, v4, v5]=[w101, w102]·[μ101, u102] (16)

(2) 二级模糊综合评价。

综合发展子目标模糊评价:Rzh[v1, v2, v3, v4, v5]=[wk1, wk2, wk3]·[R1, R2, R3]T (17)

生活、生产、生态环境用水子目标模糊评价:

Rsh[v1, v2, v3, v4, v5]=[wk4, wk5]·[R4, R5]T (18)

Rsc[v1, v2, v3, v4, v5]=[wk6, wk7, wk8]·[R6, R7, R8]T (19)

Rst[v1, v2, v3, v4, vt]=[wk9, wk10]·[R9, R10]T (20)

(3) 三级模糊综合评价。

总目标模糊评价:B[b1, b2, b3, b4, b5]=[w1, w2, w3, w4]·[Rzh, Rsh, Rsc, Rst]T (21)

式中;W= (w1, w2, …, wN) 为权重矩阵;评语集V= (v1, v2, …, vk) ;R= (R1, R2, …, RN) 为根据隶属关系建立指标模糊评价矩阵。

利用上述多级模糊层次分析模型, 结合余姚现状有关用水指标, 计算得到现状模糊综合评价值为53.1, 表明现状余姚节水型社会建设处于中等水平。随着规划水平年对国民经济相关用水指标的调控, 近期2010年模糊评价值可达到74.6, 为良好水平;远期2020年模糊评价值可达到82.3, 接近优良的目标水平。

4 结 语

节水型社会建设是一项涉及全社会各层面的复杂系统工程, 需要大量技术予以支撑。结合余姚实际, 本文从水资源管理角度出发, 围绕水资源合理配置和高效利用目标, 提出了余姚市节水型社会建设技术支撑体系架构, 即由:基于二元水循环理念水资源评价技术、基于经济与环境水资源多目标配置技术、水库群和河网联合调度大系统优化技术、行业实用节水技术、节水指标监测与评估技术等5方面关键技术组成, 并构建了支撑体系中各项关键技术的数学模型。上述技术支撑体系研究成果已在余姚节水型社会建设中得到应用, 对我国县域范围节水型社会建设技术支撑体系的构建有一定的借鉴意义。

参考文献

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