根据状态变量和决策变量之间关系推得该问题的系统方程为
qn+1=qn+xn
4.目标函数
设F*(Q)为以总水量Q分配给N个支渠而获得的最大总净效益,则
?N?F(Q)?max??r(? nxn)xn?n?1?*5.约束条件
(1)各支渠总水量之和不超过干渠总水量Q
?xn?1Nn?Q
(2)各支渠水量xn不能超过在第n阶段可用于分配的干渠有效水量qn和各支渠最大过水能力Qn,而且非负数
0?xn?qn (n=1,2,…,N)
0?xn?Qn (n=1,2,…,N)
(3)qn不能超过干渠总水量Q,也是非负数
0?qn?Q (n=1,2,…,N)
6.初始条件
q1=Q
采用逆序递推求解上述数学模型,其递推方程为
*f(?maxr(?f*(qn?1) (n=1,2,…,N-1) n?1nqn)nxn)0?xn?qn0?xn?Qn0?qn?Q??*? (n=N) f(?max?r(NqN)NsN)0?xN?qN0?xN?QN0?qN?Q(二)计算过程
依题意,N=4,Q=10状态变量、决策变量在可行域内是可离散化的,离散间隔为?q??x?(,然后从最后一个阶段开始,逆序进行逐阶段择优计2m3/s)算。
阶段4(n=4):只给一个支渠供水,此时支渠4分配的水量不大于可供分配的水量q4,同时不大于最大过水能力Q4。本阶段最大效益的计算公式为
*? f(?max?r(4q4)4x4)0?x4?q40?x4?60?q4?10
n=4时的择优计算表 q4 x4 f*4(q4) 0 0 0 2 2 120 4 4 190 6 6 230 8 6 230 10 6 230 阶段3(n=3):本阶段同时考虑给支渠3和4配水。支渠3分得水量为x3,则能够分配给支渠4的水量为q4=q3-x3。这个阶段的递推方程为
** f(?maxr(?f(4q3-x3)3q3)3x3)0?x3?q30?x3?40?q3?10??具体计算过程见下表
n=3时择优计算表 q3 0 2 x3 0 0 2 0 4 2 4 0 6 2 4 0 8 2 4 0 10 2 4 q4=q3-x3 0 2 0 4 2 0 6 4 2 8 6 4 10 8 6 r3(x3) f*4(q3-x3) r3(x3)+f*4(q3-x3) 0 0 90 0 90 160 0 90 160 0 90 160 0 90 160 0 120 0 190 120 0 230 190 120 230 230 190 230 230 230 0 120 90 190 210 160 230 280 280 230 320 350 230 320 390 390 4 350 4 280 2或4 210 2 f*3(q3) 0 120 x*3 0 0 阶段(n=2):此时同时考虑给支渠2、3、4供水,若支渠2分配的水量为x2,则能够给支渠3、5分配的水量为q3=q2-x2。本阶段递推方程为
**f(q)?maxr(x)?f(q2-x2) 322220?x2?q20?x2?80?q2?10??具体计算过程见下表
n=2时择优计算表 q2 0 2 4 x2 0 0 2 0 q3=q2-x2 0 2 0 4 r2(x2) f3(q2-x2) r2(x2)+f3(q2-x2) 0 0 60 0 0 120 0 210 0 120 60 210 **f2(q2) 0 120 210 *x2 0 0 0 *
2 4 0 6 2 4 6 0 2 8 4 6 8 0 2 10 4 6 8 2 0 6 4 2 0 8 6 4 2 0 10 8 6 4 2 60 140 0 60 140 230 0 60 140 230 300 0 60 140 230 300 120 0 280 210 120 0 350 280 210 120 0 390 350 280 210 120 180 140 280 270 260 230 350 340 350 350 300 390 410 420 440 420 440 6 350 0或4或6 280 0 阶段1(n=1):此时同时考虑给四个支渠供水。若支渠1分配的水量为x1,则能够分配给支渠2、3、4的水量为q2=q1-x1。递推方程为
**f(?maxr(?f(1q1)1x1)2q1-x1)
0?x1?q10?x1?60?q1?10??具体计算过程见下表
n=1时择优计算表 q1 x1 0 10 2 4 6 q 0 2 4 6 8 10 x4 0 2 4 6 6 6 **q2=q1-x1 10 8 6 4 f4(q) 0 120 190 230 230 230 r1(x1) f2(q1-x1) r1(x1)+f2(q1-x1) 0 120 180 220 x3 0 0 2 2或4 4 4 ****f1(q1) *x1 *440 350 280 210 f3(q) 0 120 210 280 350 390 x2 0 0 0 0 *440 470 460 430 f2(q) 0 120 210 280 350 440 *470 2 各阶段择优成果汇总表 x1 2 *f1(q) 470 *0或4或6 6 由上述计算可知,当q1=Q=10m3/s时,最大净效益为470万元,此时支渠1应分配的水量x*1=2m3/s。
阶段2可供分配水量q2=q1-x*1=10-2=8m3/s,此时支渠2应分配的水量x*2=0
或4或6m3/s
阶段3可供分配水量①q3=q2-x*2=8 m3/s,x*3=4 m3/s ② q3=q2-x*2=4 m3/s,x*3=2 m3/s ③ q3=q2-x*2=2 m3/s,x*3=0 m3/s,即支渠3应分配的水量x*3=0或2或4 m3/s
阶段4可供水量①q4=q3-x*3=4 m3/s,x*4=4 m3/s② q4=q3-x*3=2m3/s,x*4=2 m3/s ③ q4=q3-x*3=2 m3/s,x*4=2 m3/s,
故本题最优分配方案是:
①x*1=2m3/s,x*2=0 m3/s,x*3=4 m3/s,x*4=4 m3/s ② x*1=2m3/s,x*2=4 m3/s,x*3=2 m3/s,x*4=2 m3/s ③ x*1=2m3/s,x*2=6 m3/s,x*3=0 m3/s,x*4=2 m3/s 最大总净效益F*=470万元。