一种双侧分类水价驱动区域多水源合理配置方法及装置

技术领域

本申请属于水资源管理领域，尤其涉及一种双侧分类水价驱动区域多水源 合理配置方法及装置。

背景技术

近年来，伴随着生态文明建设和要素市场化配置的持续推进，开展包括优 水优用、再生水利用在内的多水源合理配置成为解决区域水问题的一条有效途 径。

我国现行供水水价按照补偿成本、合理利润的原则确定，而再生水水价由 供需双方协商确定。该政策在推动区域多水源合理配置中存在局限性，具体表 现为：对于特定区域，不同类型水源因其水质差异而采用不同的制水工艺和净 水技术，相应的工程建设和运行管理成本较大差异。水源水质越好，建设和运 行成本越小，核定水价越低，用户更容易接受；反之，水源水质越差，建设与 运行成本越大，水价越高，用户接受难度大。导致区域多水源配置中，再生水 利用动力不足，优质优价难以实现。

价格机制是市场机制的核心，分类水价制度是驱动多水源市场化配置的关 键。将某区域的多水源供用水系统作为一个整体，通过供给侧和用户侧分类水 价制度，驱动区域多水源合理配置与高效利用，从水供需平衡、水生态环境改 善等方面提升区域水安全保障能力。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种双侧分类水价驱动区域多水源合理配置方 法及装置，解决区域多水源多用户联合配置中优水优价、再生水利用上的动力 不足问题，在多水源能够得到合理配置与高效利用的前提下，区域水安全保障 能力更强、水资源支撑能力更大。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种双侧分类水价驱动区域多水源合 理配置方法，该方法包括：

采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类水价模 型；

采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类水价模型求解，获得多水源 预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；

根据所述的供给侧和需求侧预期分类水价和多水源供水能力，采用加权平 均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和预期区域综合水价；

建立的区域多水源配置模型，所述区域多水源配置模型至少满足以下约束 条件：多水源多用户的加权平均水价不低于预期区域综合水价、河湖生态环境 控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合效益最大化、可用水量约束， 所述区域多水源配置结果包括所述的供给侧和需求侧预期分类水价对应的水资 源配置策略；

采用合作博弈法对建立的区域多水源配置模型进行求解，获取区域多水源 配置结果。

进一步地，建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类水价模型，包括：

针对有NI类水源和NJ个用水户的区域多水源供用水系统，以区域综合水价 为基准，供给侧和需求侧预期分类水价计算模型为：

其中：C为区域综合水价，由所述的区域多水源供用水系统的资源成本、工 程成本、环境成本、供水利润率和税金构成；

Gc

Gy

Q

q

进一步地，采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类水价模型求解， 获得多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价，包括：

1)建立供给侧多水源供水企业和需求侧用水户在合作情况下的博弈策略优 化模型；

2)设定供给侧和需求侧分类水价均衡点初值：在各决策变量的策略集合中 随机选取分类水价均衡点初值为

3)供给侧和需求侧的博弈联盟分别进行独立优化决策：博弈各方在第n轮 优化时，根据各方上一轮的优化结果

其中：W

4)若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即：

进一步地，采用加权平均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和 区域综合水价，包括：

将多水源配置后剩余供水能力预期效益与惩罚效益进行求差，得到所述多 水源不同配置情景下的预期综合效益；其中所述的惩罚效益包含需求侧用水户 用水不满足惩罚效益和河湖控制断面水质不达标惩罚效益；

将区域多水源配置水量与供给侧分类水价进行加权平均，得到预期区域综 合水价。

进一步地，建立区域多水源配置模型，所述区域多水源配置模型至少满足 以下约束条件：多水源多用户加权平均水价不低于预期区域综合水价、河湖生 态环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合效益最大化、可用水 量约束，包括：

1)所述的区域多水源配置模型预期综合效益为：

2)所述的多水源多用户加权平均水价不低于区域综合水价约束条件为：

3)河湖生态环境控制断面不劣于目标水质约束条件表示为：

4)所述的可用水量约束条件表述为：

其中：F

Q

B

QE

C

q

f

Gc

Gy

C为区域综合水价；

进一步地，采用合作博弈法对所述的区域多水源配置模型进行求解，获取 区域多水源配置结果，包括：

1)基于所述的多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期均衡分类水 价，建立区域多水源配置模型的博弈策略优化模型；

2)设定多水源配置策略均衡点初值：在各决策变量的策略集合中随机选取 多水源配置策略均衡点初值为

3)博弈联盟进行优化决策：博弈各方在第n轮优化时，根据各方上一轮的 优化结果

其中：F

4)若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即：Qq

根据本申请实施例的第二方面，提供一种双侧分类水价驱动区域多水源合 理配置装置，该方法包括：

第一模型建立模块，用于采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供 给侧和需求侧分类水价模型；

第一求解模块，用于采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类水价模 型求解，获得多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；

计算模块，用于根据所述的供给侧和需求侧预期分类水价和多水源供水能 力，采用加权平均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和区域综合水 价；

第二模型建立模块，用于建立的区域多水源配置模型，所述区域多水源配 置模型至少满足以下约束条件：多水源多用户的加权平均水价不低于预期区域 综合水价、河湖生态环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合效 益最大化、可用水量约束，所述区域多水源配置结果包括所述的供给侧和需求 侧预期分类水价对应的水资源配置策略；

第二求解模块，用于采用合作博弈法对建立的区域多水源配置模型进行求 解，获取区域多水源配置结果。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多 个处理器实现如第一方面所述的方法。

根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储 有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法 的步骤。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请将包括再生水在内的区域多水源作为一个整体， 通过采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类水价模 型，采用合作博弈模型对所述的供给侧和需求侧分类水价模型进行求解，获得 多水源特定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；进一步，获取所述的 多水源特定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价，建立供给侧和需求侧 预期分类水价驱动的区域多水源配置模型；所述的区域多水源配置模型至少满 足以下约束条件：多水源的加权平均水价不低于区域综合水价、河湖生态环境 控制断面不劣于目标水质、多水源剩余供水能力效益最大化、可用水量约束； 采用免疫粒子群算法对所述的区域多水源配置模型进行求解等，使得分类水价制度有效驱动包括优水优用、再生水利用在内的多水源合理配置，推动多水源 配置更加合理、高效。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的， 并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请 的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种双侧分类水价驱动区域多水源合理 配置方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种双侧分类水价驱动区域多水源合理 配置装置的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描 述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。 以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方 式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一 致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本 申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该” 也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中 使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能 组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信 息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区 分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息， 类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如 果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在介绍本实施例之前，为了使本发明实施例更加清楚，这里先对介绍全成 本水价理论进行简单介绍。

全成本水价理论是用于核定供水水价的基本理论。全成本是指包括水源、 取水、输水、净水、配水、用水、污水处理、排水等整个过程的全部成本，全 成本水价是用水户使用水资源所应付出的由资源成本、工程成本、环境成本、 供水利润和税金构成的供水水价，该理论在区域多水源联合配置中，存在局限 性，表现为：不同类型水源因其水质的差异，需采用不同的制水工艺和技术， 而且相应的工程建设和运行管理成本也存在较大差异。若水源水质越好，则供 水成本越低，核定水价越低，用水户更容易选择；反之，若水源水质越差，则供水成本越高，核定水价越高，用水户不容易接受。影响水资源合理配置和高 效利用。为解决该问题，本发明将区域多水源作为一个整体，采用全成本水价 理论核定区域综合水价，保障区域供水行业可持续发展。

核定区域综合水价后，建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类水价 模型，目的是分别确定多水源的供给侧和需求侧分类水价，使得多水源供给侧 分类水价、需求侧分类水价保持合理的比价关系，促进优水优用、再生水利用。

图1是根据一示例性实施例示出的一种双侧分类水价驱动区域多水源合理 配置方法的流程图，如图1所示，可以包括以下步骤：

步骤S11，采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分 类水价模型；

步骤S12，采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类水价模型求解，获 得多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；

步骤S13，根据所述的供给侧和需求侧预期分类水价和多水源供水能力，采 用加权平均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和区域综合水价；

步骤S14，建立的区域多水源配置模型，所述区域多水源配置模型至少满足 以下约束条件：多水源多用户的加权平均水价不低于预期区域综合水价、河湖 生态环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合效益最大化、可用 水量约束，所述区域多水源配置结果包括所述的供给侧和需求侧预期分类水价 对应的水资源配置策略；

步骤S15，采用合作博弈法对建立的区域多水源配置模型进行求解，获取区 域多水源配置结果。

由上述实施例可知，本申请将包括再生水在内的区域多水源作为一个整体， 通过采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类水价模 型，采用合作博弈模型对所述的供给侧和需求侧分类水价模型进行求解，获得 多水源特定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；进一步，获取所述的 多水源特定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价，建立供给侧和需求侧 预期分类水价驱动的区域多水源配置模型；所述的区域多水源配置模型至少满 足以下约束条件：多水源的加权平均水价不低于预期区域综合水价、河湖生态 环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合效益最大化、可用水量 约束；采用合作博弈法对所述的区域多水源配置模型进行求解等，使得分类水 价制度有效驱动包括优水优用、再生水利用在内的多水源合理配置，推动多水 源配置更加合理、高效。

在步骤S11的具体实施中，采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的 供给侧和需求侧分类水价模型。

具体地，对于有NI类水源的区域水资源系统，建立基于全成本核算的区域 综合水价模型如下：

F

式中：C为区域综合水价；

R

P

E

r和δ为分别为供水利润率和税金，按照国家有关规定执行；

F

Q

针对有NI类水源和NJ个用水户的区域水资源系统，以区域综合水价为基 准，建立供给侧和需求侧预期分类水价模型为：

其中，Gc

Gy

q

其中所述的NI类水源预期执行水价模型为：

其中，c

在步骤S12的具体实施中，采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类 水价模型求解，获得多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价， 包括以下子步骤：

1)建立供给侧多水源供水企业和需求侧用水户在合作情况下的博弈策略优 化模型；

具体地，供给侧多水源供水企业和需求侧用水户分别作为合作博弈参与者， 分别以W

参与者：供给侧{W

策略集合：(P

信息集：多水源供水能力、用水户需求量、用水户水价承受能力、水资源 配置工程能力。

供给侧收益函数：

需求侧支付函数：

其中：

W

2)设定供给侧和需求侧分类水价均衡点初值：在各决策变量的策略集合中 随机选取分类水价均衡点初值为

具体地，要求供给侧和需求侧分类水价均衡点初值要在策略集合中。亦即

3)供给侧和需求侧的博弈联盟分别进行独立优化决策：以供给侧收益函数 和需求侧支付函数大于等于预期区域综合水价为目标，博弈各方在第n轮优化 时，根据各方上一轮的优化结果

其中：W

具体地，分别从供给侧和需求侧进行优化，获得在博弈对方选择最优策略 情况下己方的最优策略；计算供给侧收益函数和需求侧支付函数，并判别其是 否大于等于预期区域综合水价；如果满足该要求，则进入下一步骤，否则进行 下一轮优化。

4)若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即：

具体地，若上述合作博弈模型存在Nash均衡点为

上式中，

对于上述合作博弈优化问题，采用迭代搜索法进行求解Nash均衡点。迭代 搜索法首先需确定迭代决策变量，本发明迭代决策变量分别为供给侧和需求侧 分类水价；其次，建立迭代关系式，根据迭代关系式由初始决策变量值求解下 一个决策变量值；最后，根据模型受益函数和支付函数达到最优时的水价组合 策略确定Nash均衡点。

合作博弈优化问题求解步骤如下：

步骤1：输入原始数据和参数，初始化据，包括多水源供水能力、用水户需 求量、用水户水价承受能力、工程能力等相关参数及数据。

步骤2：建立供给侧多水源供水企业和需求侧用水户在合作情况下的博弈策 略模型；

步骤3：设定供给侧和需求侧分类水价均衡点初值：在各决策变量的策略集 合中随机选取分类水价均衡点初值为

步骤4：供给侧和需求侧的博弈联盟分别进行独立优化决策：博弈各方在第 n轮优化时，根据各方上一轮的优化结果

其中：W

步骤5：计算供给侧收益函数和需求侧支付函数。

步骤6：若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即：

步骤7：得到供给侧和需求侧分类水价的最优策略组合。考虑到初值对均衡 点求解的影响，若算法不收敛，可以在步骤3重新选择初值。

在步骤S13的具体实施中，根据所述的供给侧和需求侧预期分类水价和多 水源供水能力，采用加权平均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和 区域综合水价。具体步骤如下：

步骤一，将多水源配置后剩余供水能力预期效益与惩罚效益进行求差，得 到所述多水源不同配置情景下的预期综合效益；其中所述的惩罚效益包含需求 侧用水户用水不满足惩罚效益和河湖控制断面水质不达标惩罚效益；

具体地，分别核定多水源单方水净效益、用水户缺水量的惩罚效益和河湖 生态环境控制断面惩罚效益。获得的多水源不同配置情景下的预期综合效益为 多水源配置后剩余供水能力预期效益与惩罚效益之差。

步骤二，将区域多水源配置水量与供给侧分类水价进行加权平均，得到预 期区域综合水价。

在步骤S14的具体实施中，建立的区域多水源配置模型，所述区域多水源 配置模型至少满足以下约束条件：多水源多用户的加权平均水价不低于预期预 期区域综合水价、河湖生态环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期 综合效益最大化、可用水量约束，所述区域多水源配置结果包括所述的供给侧 和需求侧预期分类水价对应的水资源配置策略；具体包括：

步骤一：获得区域多水源配置模型预期综合效益为：

步骤二：获得区域多水源配置模型约束条件

1)所述的多水源多用户加权平均水价不低于区域综合水价约束条件为：

2)河湖生态环境控制断面不劣于目标水质约束条件表示为：

3)所述的可用水量约束条件表述为

其中：F

Q

B

QE

C

q

f

Gc

Gy

C为区域综合水价；

在步骤S15的具体实施中，采用合作博弈法对建立的区域多水源配置模型 进行求解，获取区域多水源配置结果。

采用合作博弈法对所述的区域多水源配置模型进行求解，具体步骤如下：

步骤1：所述的多水源特定配置情景下的供给侧和需求侧预期均衡分类水 价，建立区域多水源配置模型的博弈策略优化模型：

参与者：水源供给侧{WQ

策略集合：Qq＝(q

目标函数：max F

步骤2：设定多水源配置策略均衡点初值：在各决策变量的策略集合中随机 选取多水源配置策略均衡点初值为

步骤3：博弈联盟进行优化决策，博弈各方在第n轮优化时，根据各方上一 轮的优化结果

其中：F

步骤4：若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即：Qq

本申请采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的供给侧和需求侧分类 水价模型；采用合作博弈法分别对该分类水价模型、建立的供给侧和需求侧预 期分类水价驱动的区域多水源配置模型求解的技术方案，能够有效解决区域多 水源联合配置中优水优用、污水再生利用驱动力不足问题，使得区域多水源配 置更加合理、高效。

与前述的双侧分类水价驱动区域多水源合理配置方法的实施例相对应，本 申请还提供了双侧分类水价驱动区域多水源合理配置装置的实施例。

图2是根据一示例性实施例示出的一种双侧分类水价驱动区域多水源合 理配置装置框图。参照图2，该装置包括：

第一模型建立模块21，用于采用全成本水价理论建立基于区域综合水价的 供给侧和需求侧分类水价模型；

第一求解模块22，用于采用合作博弈法对所述的供给侧和需求侧分类水价 模型求解，获得多水源预定配置情景下的供给侧和需求侧预期分类水价；

计算模块23，用于根据所述的供给侧和需求侧预期分类水价和多水源供水 能力，采用加权平均法获得多水源不同配置情景下的预期综合效益和区域综合 水价；

第二模型建立模块24，用于建立的区域多水源配置模型，所述区域多水源 配置模型至少满足以下约束条件：多水源多用户的加权平均水价不低于预期区 域综合水价、河湖生态环境控制断面不劣于目标水质、多水源配置的预期综合 效益最大化、可用水量约束，所述区域多水源配置结果包括所述的供给侧和需 求侧预期分类水价对应的水资源配置策略；

第二求解模块25，用于采用合作博弈法对建立的区域多水源配置模型进行 求解，获取区域多水源配置结果。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关 该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见 方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元 显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可 以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块 来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下， 即可以理解并实施。

相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器， 用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执 行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的双侧分类水价驱动区域多水源合 理配置方法。

相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令， 其特征在于，该指令被处理器执行时实现如上述的双侧分类水价驱动区域多水 源合理配置方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申 请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化， 这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开 的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性 的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结 构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的 权利要求来限制。