水資源的合理配置3篇范文

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第一篇：水資源平衡與配置研究

1水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1．1供水量

2010年黑河流域總供水量為3．388×109m3，供水類型主要為地表水、地下水、其他水源。其中地表水2．675×109m3，占總供水量的78．96％；地下水7．01×108m3，占總供水量的20．69％；其他水源0．12×108m3，占總供水量的0．35％。

1．2用水量

2010年黑河流域總用水量3．388×109m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水量2．880×109m3，占總用水量的85．01％；林牧漁畜用水量2．62×108m3，占總用水量的7．73％；工業(yè)用水量1．49×108m3，占總用水量的4．40％；居民生活用水0．67×108m3，占總用水量的1．98％，其中城鎮(zhèn)居民生活用水0．51×108m3，農(nóng)村居民生活用水0．16×108m3；生態(tài)環(huán)境用水0．30×108m3，占總用水量的0．88％。在2010年黑河流域用水構(gòu)成中，經(jīng)濟效益相對較差的農(nóng)業(yè)灌溉用水所占比重較大，超過全流域用水的80％以上，而經(jīng)濟效益相對較好的工業(yè)用水所占比重較低，僅為4．40％。

1．3耗水量

2010年黑河流域總耗水量2．344×109m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉耗水量2．060×109m3，占總耗水量的87．88％；林牧漁畜耗水量1．84×108m3，占總耗水量的7．85％；工業(yè)耗水量0．48×108m3，占總耗水量的2．05％；居民生活耗水0．38×108m3，占總耗水量的1．62％；生態(tài)環(huán)境耗水0．14×108m3，占總耗水量的0．60％。從上述可知，黑河流域耗水量仍以農(nóng)業(yè)灌溉耗水量為主，占總耗水量的80％以上。

2水資源開發(fā)利用中存在的問題

2．1水資源嚴重短缺，供需矛盾突出

按照水利部《黑河水量分配方案》確定的正義峽下泄水量，中游張掖市人均水資源量只有1250m3，為全國平均的61％。按現(xiàn)有人口增長速度，到2015年，人均水資源量將降為1000m3，屬嚴重缺水地區(qū)。此外，黑河徑流年內(nèi)分配不均，來水與需水過程很不協(xié)調(diào)，干流缺乏骨干調(diào)蓄工程，客觀上加劇了水資源供需矛盾。

2．2水資源供需失衡，經(jīng)濟用水擠占生態(tài)用水

解放以來黑河中游地區(qū)大規(guī)模墾荒種糧，灌溉面積由解放初期的106667～120000hm2增長到目前的282440hm2，從黑河流域現(xiàn)狀用水地區(qū)分布看，中游用水占全流域用水的82．16％，從用水結(jié)構(gòu)來看，中游地區(qū)的農(nóng)業(yè)仍然是用水的主體，其用水量占總用水量的95％，其中農(nóng)田灌溉、林牧業(yè)用量分別占87．12％和7．17％，該地區(qū)也是我國西部重要的糧食基地，提供的商品糧占全省商品糧的35％。農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟其他部門用水的增長，擠占了中下游地區(qū)尤其是下游地區(qū)的生態(tài)用水，如何在現(xiàn)有的水資源條件約束下，在確保中游地區(qū)生產(chǎn)用水的前提下，確保下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境需水量是急需解決的問題。

2．3供用水結(jié)構(gòu)不合理，水資源利用經(jīng)濟效益低下

黑河流域用水以農(nóng)業(yè)用水為主，用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化推進緩慢，農(nóng)田用水結(jié)構(gòu)造成區(qū)域單方水DGP產(chǎn)出偏低，導致水資源利用經(jīng)濟效益低下，而水資源配置方案和水權(quán)制度的完善進展不足，成為農(nóng)田灌溉用水供給量居高不下的首要原因。

2．4用水管理不夠完善，管理制度不健全

黑河中下游地區(qū)用水計量、水費征收、取水計劃及監(jiān)督管理工作均不夠完善，中、下游之間，中游地區(qū)的各縣之間管理力度不一。流域內(nèi)涉及到的取水許可與水資源有償使用制度、水功能區(qū)制度、總量控制和定額管理制度等，由于管理等方面原因，這些制度還存在一定問題，同時由于執(zhí)法不嚴，違法和干擾管理現(xiàn)象也較為普遍。

3水資源需求分析

（1）生活需水量預測。

生活需水與黑河流域經(jīng)濟社會發(fā)展水平、居民收入水平、水價、生活用水習慣、節(jié)水器具的普及與推廣等因素有關(guān)。隨著生活水平的提高，居民生活用水將呈增長趨勢。根據(jù)甘肅省現(xiàn)狀實際用水水平，城鎮(zhèn)生活平均綜合用水定額為154L／（人•d），節(jié)水器具普及率僅為55％，城鎮(zhèn)管網(wǎng)漏損率達20％，存在一定程度的水資源浪費。參照《甘肅省行業(yè)用水標準》及近年來甘肅省用水水平及其變化趨勢，并綜合《甘肅省水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，經(jīng)分析確定2015年、2020年和2030年黑河流域城鎮(zhèn)綜合需水定額分別為160，165，175L／（人•d），節(jié)水器具普及率分別提高到65％，75％，85％以上，城鎮(zhèn)管網(wǎng)漏損率分別降低到18％，15％，13％以內(nèi)。同時隨著農(nóng)村居民生活水平提高，考慮農(nóng)村自來水供水人口比例不斷提高，農(nóng)村生活用水將有所增加，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設計規(guī)范》，2015年、2020年和2030年分別為60，65，75L／（人•d）。在上述指標基礎上，結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預測的人口發(fā)展結(jié)果，計算得到流域生活需水量。

（2）農(nóng)業(yè)需水量預測。

農(nóng)業(yè)需水包括農(nóng)田灌溉和林牧漁業(yè)需水。黑河流域按照《黑河流域近期治理規(guī)劃》進行流域治理后，現(xiàn)狀灌溉面積仍超出規(guī)劃治理目標，考慮中游生態(tài)，規(guī)劃水平年維持現(xiàn)狀農(nóng)田有效灌溉面積277540hm2，2020年配水面積維持現(xiàn)狀實灌面積268720hm2，2030年考慮南水北調(diào)西線工程水量指標，配水灌溉面積可恢復到有效灌溉面積277540hm2。隨著種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展節(jié)水灌溉面積、大幅度提高高效節(jié)水比例、加強管理節(jié)水、加快灌區(qū)節(jié)水改造、加大田間節(jié)水改造力度等措施，黑河流域農(nóng)業(yè)需水量將呈下降趨勢。甘肅省在“十二五”期間實施《甘肅省河西走廊國家級高效節(jié)水灌溉示范區(qū)項目》，實施千萬畝灌溉面積高效節(jié)水，黑河流域作為該項目實施的重點區(qū)域之一，將進一步增加高效節(jié)水灌溉面積比例。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》，經(jīng)分析確定2015年、2020年和2030年黑河流域農(nóng)田灌溉綜合用水凈定額分別為5550，5505，5430m3／hm2，灌溉水利用系數(shù)分別為0．53，0．64，0．67，園林草綜合用水凈定額為3345m3／hm2。在上述指標基礎上，結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預測的農(nóng)業(yè)灌溉面積和林牧漁發(fā)展結(jié)果，計算得到流域農(nóng)業(yè)需水量。

（3）工業(yè)需水量預測。

根據(jù)2009年底國務院批復的《甘肅省循環(huán)經(jīng)濟總體規(guī)劃》，甘肅被列為全國第一個循環(huán)經(jīng)濟試點省份，明確將甘肅建設成為國家循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)，同時在新一輪西部大開發(fā)和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、工業(yè)強省戰(zhàn)略帶動下，甘肅工業(yè)發(fā)展將實現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展，使工業(yè)所占全省GDP比重達到60％以上，未來20年將是加快工業(yè)化進程的重要時期，甘肅工業(yè)將呈快速發(fā)展態(tài)勢。同時結(jié)合《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》，黑河流域?qū)⒗^續(xù)把工業(yè)結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化和升級作為第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點，大力引進發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，把發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和環(huán)保型產(chǎn)業(yè)作為流域工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)，力爭形成具有較強市場適應性和競爭力的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟的整體運行質(zhì)量。隨著節(jié)水技術(shù)的推廣和深入，工業(yè)節(jié)水力度在加大、用水工藝在提高，未來黑河流域?qū)⒁燥L電、光電、火核電等能源產(chǎn)業(yè)以及新能源裝備制造業(yè)為主。在現(xiàn)狀資料的基礎上，預測在采取相應節(jié)水措施的條件下，2015年、2020年和2030年黑河流域非火電工業(yè)萬元增加值用水量分別降為63．5，39．9，17．5m3／萬元，工業(yè)用水重復利用率分別達到65％，75％，85％以上。新增火核電項目嚴格按照國家行業(yè)用水指標控制，采用國內(nèi)外先進的節(jié)水工藝設備，對2011—2020年新增項目每千瓦裝機用水量控制在3．2m3／kW以內(nèi)，工業(yè)用水重復利用率控制在96％以上；2021—2030年水平年新增項目每1kW裝機用水量控制在3．0m3／kW以內(nèi)，工業(yè)用水重復利用率控制在98％以上。并對現(xiàn)狀各火電廠進行核查，對工藝落后的企業(yè)要求進行技改，以降低每1kW裝機用水量。在上述指標基礎上，根據(jù)流域萬元工業(yè)增加值用水量估算各年工業(yè)需水量。

（4）生態(tài)環(huán)境需水量預測。

生態(tài)環(huán)境需水量包括河道外需水量和河道內(nèi)需水量，流域河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要由綠地灌溉和道路灑水兩部分組成。根據(jù)規(guī)劃的公共綠地和城市道路面積以及相應的需水定額，同時考慮各水平年河道外生態(tài)環(huán)境需水量的保證率，預測流域河道外生態(tài)環(huán)境需水量。流域內(nèi)水資源量相對緊缺，河道內(nèi)需水量只能靠降水和未充分利用的再生水補充，因此對流域河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量不進行預測。

（5）總需水量預測。

匯總生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)需水量預測結(jié)果，得到流域各規(guī)劃水平年需水量，2015年、2020年和2030年黑河流域總需水量分別為3．271×109m3，3．044×109m3和3．071×109m3。010—2030年，隨著高效節(jié)水技術(shù)的推廣和應用，農(nóng)業(yè)需水量呈現(xiàn)下降趨勢，生活、工業(yè)和生態(tài)需水呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，總需水量呈下降趨勢。

4供水能力分析

（1）地表水可供水量。

黑河流域工程的布局，以保障區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的正常需水和有效遏制生態(tài)環(huán)境惡化趨勢為基本目標，近期通過全面實施高效節(jié)水農(nóng)業(yè)和灌區(qū)改造工程以及內(nèi)陸河各流域生態(tài)保護和重點治理工程，充分挖掘區(qū)域內(nèi)節(jié)水潛力，提高水資源利用效率，促進區(qū)域經(jīng)濟、生態(tài)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展；遠期通過實施必要的跨流域調(diào)水工程，增加區(qū)域供水能力，基本解決制約流域經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境恢復的資源性缺水問題。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》，地表水可利用量采用水利工程控制的調(diào)節(jié)性水量和通過引水提取的河道基流量進行計算。在充分考慮現(xiàn)有及規(guī)劃蓄水工程、生態(tài)修復工程和其他工程條件下，不同特征年份地表水可利用量。

（2）地下水可供水量。

黑河流域淺層地下水開采利用程度高，根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》成果，結(jié)合地下水水位多年動態(tài)觀測資料和年開采量資料，采用實際開采量調(diào)查法，確定平原區(qū)淺層地下水的可開采量。規(guī)劃水平年地下水可供水量，在基準年地下水可供水量的基礎上，根據(jù)地下水允許開采量，在有開采潛力且城市及農(nóng)村生活用水十分緊張的局部地區(qū)，可適度開采地下水。考慮到在2020年、2030年，在無重點外調(diào)水源的情況下，黑河流域嚴格按照流域規(guī)劃確定的開采指標進行控制。根據(jù)規(guī)劃成果，在未來滿足生態(tài)環(huán)境用水的前提下，增加地下水開采量，因此2015—2030年地下水呈現(xiàn)增加趨勢。黑河流域地下水資源可利用量如表1所示。

（3）其他水資源可利用量。

其他供水工程主要包括集雨工程、污水處理工程等。按發(fā)展節(jié)水型社會的要求，積極推進污水處理及污水處理回用工程建設。在各水平年規(guī)劃中，城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水收集處理量在2015年、2020年和2030年分別達到排污量的70％，80％，90％；一般城市回用率在2020年、2030年分別達到30％，40％，重點城市分別達到40％，50％。根據(jù)《甘肅省水資源綜合規(guī)劃》預測成果，平水年（50％）黑河流域2015年、2020年和2030年可利用其他水資源量分別為0．21×108m3，0．30×108m3和0．48×108m3。

（4）可供水總量預測。

根據(jù)上述分析，平水年（50％）黑河流域2015年、2020年和2030年可供水總量分別為2．841×109m3，2．972×109m3和3．033×109m3．

5水資源配置與供需平衡分析

5．1水資源配置方案

根據(jù)水資源總體規(guī)劃要求，水資源配置方案是以滿足行業(yè)需求為出發(fā)點，兼顧區(qū)域發(fā)展需求，以采取強化節(jié)水措施的水資源供需分析成果為基礎，按照水資源可利用量對河道外用水消耗實施總量控制，按照河流生態(tài)環(huán)境要求進行斷面水量控制，按照節(jié)水型社會建設要求進行用水定額控制，對流域水資源在經(jīng)濟社會系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間，不同部門和區(qū)域之間以及不同用水行業(yè)之間進行合理調(diào)配，使得水資源配置格局與經(jīng)濟社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護的要求相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)水資源合理利用，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。在保障經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展的同時，有效保護水資源，維護生態(tài)平衡，改善環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)黑河流域不同水平年不同保證率水資源可供水量，對規(guī)劃水平年2015年、2020年和2030年各行業(yè)供水量進行配置，水資源配置結(jié)果見表2。到2030年生活用水量由現(xiàn)狀年的0．72×108m3增加到1．09×108m3，基本滿足了流域人口增長和城市發(fā)展的需要。工業(yè)生產(chǎn)配置的水量由現(xiàn)狀的1．49×108m3增加到3．96×108m3，在建設節(jié)水型工業(yè)體系的基礎上，基本滿足保障流域?qū)崿F(xiàn)新型工業(yè)化發(fā)展的需要。配置的農(nóng)業(yè)水量由現(xiàn)狀的3．288×109m3減少到2．495×109m3，減少的農(nóng)業(yè)用水量中大量的水直接用于退還擠占的生態(tài)環(huán)境用水和農(nóng)村地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設。

5．2供需平衡分析

根據(jù)黑河流域不同水平年可供水量和需水量預測成果，進行不同水平年的水資源供需平衡分析。具體結(jié)果見表3。在50％保證率下，黑河流域2015年需水量3．271×109m3，供水量2．841×109m3，缺水量4．30×108m3，缺水率13．15％；2020年需水量3．041×109m3，供水量2．972×109m3，缺水量0．69×108m3，缺水率2．27％；2030年需水量3．071×109m3，供水量3．033×109m3，缺水量0．38×108m3，缺水率1．24％。在75％保證率下，黑河流域2015年需水量3．271×109m3，供水量2．732×109m3，缺水量5．39×108m3，缺水率16．48％；2020年需水量3．041×109m3，供水量2．863×109m3，缺水量1．78×108m3，缺水率5．85％；2030年需水量3．071×109m3，供水量2．925×109m3，缺水量1．46×108m3，缺水率4．75％。針對黑河流域生態(tài)環(huán)境問題，在水資源配置時考慮地下水超采嚴重的問題，嚴格控制地下水的開采量，并且加大再生水的使用量。

6結(jié)論

黑河流域水資源短缺形勢依然嚴峻，存在著水資源利用率低、用水結(jié)構(gòu)不合理、水資源管理體系不健全等一系列問題，必須積極推進節(jié)水和水資源保護工作的開展。根據(jù)水資源規(guī)劃成果，系統(tǒng)分析了黑河流域水資源需求、供水能力，提出了流域水資源配置方案，并對水資源供需平衡進行了分析，結(jié)果表明在50％保證率下，黑河流域2015年需水量3．271×109m3，供水量2．841×109m3，缺水量4．30×108m3，缺水率13．15％；2020年需水量3．041×109m3，供水量2．972×109m3，缺水量0．69×108m3，缺水率2．27％；2030年需水量3．071×109m3，供水量3．033×109m3，缺水量0．38×108m3，缺水率1．24％。針對黑河流域水資源現(xiàn)狀，可以采取降低管網(wǎng)漏損率，提高居民家庭節(jié)水器具普及率，提高工業(yè)用水重復利用率，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高效節(jié)水技術(shù)，促進污水和再生水的利用等方式，有效地促進用水效率的提高，達到節(jié)水目的。繼續(xù)加強流域水資源高效管理，改善流域生態(tài)環(huán)境，提高流域內(nèi)水資源可持續(xù)利用能力。

作者：孫棟元李元紅胡想全王軍德盧書超程玉菲單位：甘肅省水利科學研究院

第二篇：多目標的水資源配置研究

一、水資源優(yōu)化配置的內(nèi)涵

區(qū)域水資源優(yōu)化配置具有其獨特的內(nèi)涵，其中的“優(yōu)化”主要是指水資源“質(zhì)”和“量”在空間和時間上的合理分配及不同用途水源的合理轉(zhuǎn)化“；配置”既包括不同用途水源質(zhì)和量的轉(zhuǎn)化，也包括水資源時間和空間二維度質(zhì)和量的分配。水資源優(yōu)化配置需從我國國情和水情出發(fā)，結(jié)合當?shù)氐纳鐣⒔?jīng)濟和生態(tài)環(huán)境情況，因地制宜，按當?shù)匕l(fā)展計劃，有條件分階段的實現(xiàn)水資源開發(fā)上的優(yōu)化配置和水資源使用上的優(yōu)化配置，從而獲得社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益。

1.水資源優(yōu)化配置的內(nèi)容

量、質(zhì)、時、空是自然資源的基本屬性。水資源優(yōu)化配置包括水量、水質(zhì)、時間和空間這四種基本配置要素。

（1）水量要素

量是水資源最基本的屬性，不同分區(qū)、不同用水部門間存在不同的水量要求。因此，需要在系統(tǒng)內(nèi)進行各分區(qū)和用水部門間水資源數(shù)量的合理分配。

（2）水質(zhì)要素

由于各用水部門對水質(zhì)的要求不同，如果分配給該用水部門的水量不滿足水質(zhì)的要求，水量的供水功能也就降低或消失，因此在進行水量配比的同時還需考慮水質(zhì)的因素，按照優(yōu)水優(yōu)用、促進污水資源化的原則，結(jié)合水量進行分質(zhì)供水。

（3）空間要素

由于水資源的特殊性，其空間分布很不均勻，而且各地區(qū)經(jīng)濟、社會和生態(tài)發(fā)展狀況不盡相同，對水資源的需求也不同，因此水資源優(yōu)化配置在該市的具體實施必然要考慮在空間進行不同層次配置的問題。

（4）時間要素

由于水資源受天然降水的影響比較大，具有很大的不確定性，與用水部門用水的時間和水量存在差異，因此需要通過工程技術(shù)措施（攔蓄、儲存等）和科學管理手段對水資源進行時間上的配置，使其能夠適時適量地滿足用水要求。

2.水資源優(yōu)化配置屬性

水資源同時具有自然和社會屬性，水資源優(yōu)化配置是一個多目標（社會、經(jīng)濟、環(huán)境）、多水源（地表水、地下水、南水北調(diào)水、中水）、多主體（工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水）的復雜決策系統(tǒng)。水資源優(yōu)化配置的實質(zhì)是實現(xiàn)水資源質(zhì)和量在時間、空間以及用途上的合理分配，因此它具有多層次、多水源、多主體、多目標的屬性。

（1）多水源

以徐州市水資源系統(tǒng)為例，水源包括當?shù)氐乇硭⒌叵滤⒛纤闭{(diào)東線調(diào)水和中水（污水回收再利用水）。根據(jù)徐州市水資源條件、經(jīng)濟發(fā)展水平、工程技術(shù)水平、社會習俗等因素，在所有水源中優(yōu)先配置當?shù)氐乇硭Y源，其次是地下水、中水，然后是南水北調(diào)水。

（2）多要素

水資源具有水量、水質(zhì)、時間、空間等要素，而水資源的供水、發(fā)電、航運等目標正是由這些要素和屬性所決定的。水資源具有量質(zhì)統(tǒng)一性，因為水質(zhì)不達標而無法滿足特定的功能；水量過少或過多都會影響到水能資源的利用；時間、空間分布不均亦會導致不必要的浪費。

（3）多用戶

水資源優(yōu)化配置的實質(zhì)是通過各種措施和手段將水資源分配到各用水戶，因此，掌握各用水戶的用水特性、用水需求、用水發(fā)展趨勢等，對制定用水計劃和擬定配置方案都具有重要的作用。本文將用水劃分為生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)四大類。根據(jù)水法規(guī)定以及公平、高效為原則，首先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水，并兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)環(huán)境以及航運等用水需求。

（4）多目標

水資源的利用具有多目標性，通常分為供水、發(fā)電、航運、養(yǎng)殖、生態(tài)保護等；從水資源利用效益角度，將其劃分為經(jīng)濟目標、社會目標和生態(tài)目標，各目標之間往往是矛盾的，而且是不可公度的。傳統(tǒng)的水資源優(yōu)化配置多盲目追求可供水量或經(jīng)濟效益最大化；而可持續(xù)發(fā)展框架下的水資源優(yōu)化配置在追求經(jīng)濟效益的同時，還強調(diào)了用水公平和環(huán)境完整性，是更加復雜的多目標決策問題，宜采取定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法進行。

二、水資源優(yōu)化配置模型———以徐州市為例

區(qū)域水源包括當?shù)厮春屯庹{(diào)水源，其中當?shù)厮从址譃榈乇硭⒌叵滤⒅兴庹{(diào)水源指南水北調(diào)水等。每個水源的特點不同，水價不同，是一個多水源多目標多用戶的水資源優(yōu)化配置與調(diào)度問題。本文根據(jù)區(qū)域水資源現(xiàn)狀構(gòu)建了4水源、3目標、4用戶的優(yōu)化配置模型。

1.區(qū)域劃分與水源、用戶構(gòu)成

（1）區(qū)域劃分

徐州市轄5個區(qū)（即鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、銅山區(qū)、賈汪區(qū)、泉山區(qū)）、5個縣（即豐縣、沛縣、睢寧縣、新沂市、邳州市）。因此本研究按照行政區(qū)劃將徐州市劃分為7個區(qū)域，即徐州市區(qū)（包括鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、賈汪區(qū)、泉山區(qū)）、銅山區(qū)、豐縣、沛縣、睢寧縣、新沂市、邳州市。

（2）用戶級別

在水資源系統(tǒng)中有很多用戶，各用戶對水資源需求的質(zhì)和量都不盡相同，因此可根據(jù)徐州市的社會經(jīng)濟狀況，依據(jù)水資源對用戶的重要程度，對用戶級別進行劃分：第一級為生活用水和生態(tài)用水，生活用水較其他種類用水更重要；第二級為工業(yè)生產(chǎn)用水，工業(yè)用水產(chǎn)生的經(jīng)濟價值較其它種類用水高；第三級為農(nóng)業(yè)灌溉用水。當供水不足時，優(yōu)先供應級別較高的用水戶。

（3）水源級別

水資源系統(tǒng)中四種水源的來源不同，其調(diào)節(jié)能力等也不同，可根據(jù)各水源的特性及調(diào)劑能力對水源級別進行界定：根據(jù)我國水資源實際，供水次序為先地表水，再地下水，后中水，對于南水北調(diào)東線水源，根據(jù)調(diào)水的成本和實際情況，調(diào)水成本較高，故最后考慮。當供水發(fā)生時，優(yōu)先考慮級別高的水源。

2.目標函數(shù)

水資源優(yōu)化配置的目的是實現(xiàn)水資源合理配置以實現(xiàn)整個區(qū)域資源、社會、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。一般講，水資源優(yōu)化配置的目標應包含經(jīng)濟效益目標、社會目標和生態(tài)目標三個方面。由于這三個方面的目標不同，且具有不可公度性，因而考慮采用多目標優(yōu)化模型，各目標函數(shù)分別為：經(jīng)濟目標、社會目標和生態(tài)目標。

3.約束條件

在進行優(yōu)化計算的過程中除了要考慮上述三個目標外，還要考慮多方面的約束條件，其中較為重要的為水量約束，包括供水約束與需水約束。供水約束要求某一水源向不同地區(qū)不同用水戶供應的水量之和不超過其可供給量，需水量約束本著節(jié)約的原則，要求不同水源向某一用水戶供應的水量之和不超過其需求量。

三、模型的求解

1.方法的選擇

對于建立的多目標水資源優(yōu)化配置模型，很難用某種優(yōu)化方法尋求最優(yōu)解，因此對于復雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題，我們更多的關(guān)注解的不斷改進。遺傳算法是一種借鑒生物界自然選擇和進化機制發(fā)展起來的高度并行、隨機、自適應搜索算法。由于其具有健壯性，特別適合于處理傳統(tǒng)搜索算法解決不了的復雜的和非線性問題。同時，Math－Works公司的矩陣計算軟件MATLAB提供了遺傳算法與直接搜索工具箱(GeneticAlgorithmandDi－rectSearchToolbox)，用戶可以根據(jù)需要通過工具箱調(diào)用遺傳算法函數(shù)，大大加大了該方法實用性和便捷性。因此，本論文考慮用遺傳算法對該多目標問題進行求解。MATLAB7.0中的遺傳算法工具箱提供了一個比較友好的界面，用戶只需輸入必要的參數(shù)便可用遺傳算法對模型進行優(yōu)化。

2.參數(shù)的確定

（1）單位供水量效益系數(shù)

根據(jù)徐州市2010年工業(yè)總產(chǎn)值（3114.09億元）、工業(yè)需水總量（32208.6萬m3）、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（514.73億元）、農(nóng)業(yè)需水總量（342808.2萬m3），可測算出工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水量效益系數(shù)為9668.505元/m3、137.954元/m3。由于生活用水和生態(tài)環(huán)境用水所產(chǎn)生的效益多為社會效益，目前很難定量化，在本研究中為了體現(xiàn)首先保證生活用水，其次生態(tài)用水，再其次其它類型用水的配水原則，我們賦予生活供水量效益系數(shù)為20000元/m3，生態(tài)環(huán)境供水量效益系數(shù)為15000元/m3。

（2）單位供水成本系數(shù)

在本模型中該系數(shù)可由水源i向j用戶的供水價格來表示，根據(jù)徐州市供水價格調(diào)查結(jié)果及統(tǒng)計資料顯示：①地下水、地表水：根據(jù)對該市現(xiàn)狀自來水廠資料分析，目前該市自來水綜合供水價格在3.1元左右，工業(yè)用水價格為3.57元/m3，生活用水價格為2.72元/m3。由于徐州境內(nèi)多為地表引流，本研究假定地表水、地下水價格均為自來水價格。②中水：徐州某開發(fā)區(qū)新水源再生水廠經(jīng)過污水處理后的中水成本大約為2.0-2.5元/m3，向工業(yè)用戶的出售價格為3.4元/m3，該價格低于目前該市工業(yè)用自來水水價3.57元/m3。由此看來，不管是從經(jīng)濟效益來講還是從節(jié)約資源來講，中水利用都是應該大力提倡的。③南水北調(diào)水：在核算調(diào)水工程成本的基礎上，秦長海（2010）認為資本金利潤率為8%的前提下徐州市南水北調(diào)東線水價為3.80元/m3。

（3）各分區(qū)不同用戶需水量

根據(jù)徐州市十二五發(fā)展規(guī)劃，王超（2009）預測2015年徐州市各分區(qū)不同用戶需水量

（4）各分區(qū)不同水源可供水量

根據(jù)徐州市十二五發(fā)展規(guī)劃。

3.求解過程———以沛縣為例

由于調(diào)研過程中數(shù)據(jù)資料的缺失及時間限制，在此僅以沛縣為例用遺傳算法進行優(yōu)化配置算例分析，其它子區(qū)域及全市的水資源優(yōu)化配置方法與此類似。借助MATLAB的遺傳算法工具箱，系統(tǒng)計算得出18種配置方案，我們選取其中6組進行分析。優(yōu)化的地下水、地表水、中水和南水北調(diào)水可利用量在6個分配方案中均未超過該地區(qū)可利用量。為決策者選出的6組方案中第二、六方案側(cè)重經(jīng)濟目標，第四方案經(jīng)濟效益最差；第四方案側(cè)重社會目標，其次為第一、三方案，第二方案社會目標最差；第四方案生態(tài)目標最為顯著，第三、五方案次之，第二方案生態(tài)目標最差。決策者可以根據(jù)自己的需要做出選擇。

四、結(jié)論

本文以可持續(xù)發(fā)展理論為指導思想，構(gòu)建基于經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的多目標水資源優(yōu)化模型，借助Matlab工具箱中的多目標遺傳算法求得Pareto最優(yōu)解，并以徐州市沛縣為例進行算例分析，得出沛縣2015年規(guī)劃水平年的水資源優(yōu)化配置方案，為徐州市水資源的高效利用提供理論借鑒和實踐依據(jù)，以期獲得經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益。由于數(shù)據(jù)資料收集和時間的限制，本論文的研究僅限于初步，進一步的研究需在以下幾個方面進行完善：（1）對優(yōu)化模型的目標函數(shù)和約束條件進一步完善，解決水質(zhì)型缺水問題；（2）擴大研究區(qū)域范圍，對整個徐州市（6區(qū)6縣）的水資源進行系統(tǒng)配置；（3）完善多目標不確定性問題的求解方法，嘗試其它方法（如進化算法、PSO粒子算法等）以選擇更為合適的。

作者：張偉聶銳王慧單位：中國礦業(yè)大學管理學院

第三篇：水資源配置與優(yōu)化調(diào)度

1水利工程現(xiàn)狀及存在的問題

1.1水利工程現(xiàn)狀

察布查爾伊犁河灌區(qū)自伊犁河引水灌溉，規(guī)劃灌溉面積8.05×104hm2。現(xiàn)有骨干引水工程由渠首、各分水閘、察渠、察南渠和大稻渠組成。2008年灌區(qū)灌溉面積達4.35×104hm2，已配套1.31×104hm2，僅占現(xiàn)有灌溉面積的33％；配套條田664塊，支渠條數(shù)28條，總長47km；斗渠155條，總長187km；排水渠66條，總長149km；道路6條，總長115km；灌區(qū)林帶67條，總長103.50km；建有各類水工建筑物518座。

1.2存在問題

1.2.1渠系建筑物不配套，干渠防滲率低

察縣伊犁河灌區(qū)從整體規(guī)劃解決了引水問題，但沒有達到灌區(qū)規(guī)劃的最終規(guī)模和水平。目前，3條分干渠防滲率偏低，渠系建筑物不配套，灌溉方式不科學，致使?jié)B漏嚴重。另一方面，由于察南渠未能實現(xiàn)其最終規(guī)劃的設計標準和任務，且建筑物不配套，如同“瓶頸”一樣，在枯水季節(jié)引水量不足，不能滿足灌區(qū)灌溉需要，制約整個灌區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。在灌區(qū)水利骨干工程上雖然做了一些必要的工作，骨干引排系統(tǒng)初步形成，但由于多年來基礎設施投資嚴重不足，建設緩慢，距其規(guī)劃目標及其應承擔的任務距離較大。

1.2.2干渠淤積滲漏嚴重

察南渠在最初建設時，由于選線從多控制面積考慮，渠線基本沿665～640等高線布置，縱坡多為1/4000～1/6000之間，縱坡平緩，流速低，加之未及時襯砌，渠段淤積滲漏十分嚴重，長距離輸水損失大，加之管理不善，下游缺水現(xiàn)象十分突出。

1.2.3春、夏季山溝洪水危害嚴重

通過對灌區(qū)山溝洪水情況的調(diào)查，洪水主要來自南部山區(qū)和山前傾斜平原積雪融化和局部暴雨形成的洪水，通過南山各山溝和自然洼地匯流，威脅到察南渠的安全，甚至影響到察南渠的正常運用，一旦失事，損失大，修復起來也比較困難。

2水資源供需分析

2.1現(xiàn)狀年察縣伊犁河灌區(qū)供水能力分析

現(xiàn)狀年察縣伊犁河灌區(qū)自伊犁河引水，渠首位于伊犁河中游雅馬渡水文站下游8km處，為一無壩引水渠首。采用由雅馬渡水文站2000年4月9至28日的實測流量（水位變幅692.97～693.37m）率定水位流量關(guān)系曲線的低水部分；由1999年汛前關(guān)系曲線率定中水部分，由1999年洪水期及汛后關(guān)系曲線率定高水部分的方法，其中關(guān)系曲線低水部分自2000年4月實測最小流量161m3/s（692.97m），向下延長至歷年最小流量69.20m3/s（692.42m）。結(jié)果表明，基本符合目前渠首的實際引水情況，滿足灌區(qū)規(guī)劃設計的使用要求。察縣伊犁河灌區(qū)水土資源極為豐富，目前灌區(qū)的引用水量平均為7.74m3，只占伊犁河多年平均年徑流量的6.70%。從灌區(qū)的用水過程來看，供需較為緊張的時段為4月份，對比4月份p=50%和p=75%的河道來水流量分別為233和212m3/s，相應渠首進口段水位為669.25與669.20m，現(xiàn)察渠渠首進水閘底板高為667.35m，由此可以計算出渠首的引水流量分別為54，52m3/s，引水比為23％和24％，灌區(qū)可供水量按河道來水的20％考慮，以此確定灌區(qū)各個時段的可供水量。

2.2現(xiàn)狀年察縣伊犁河灌區(qū)用水量計算

根據(jù)《察布查爾伊犁河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程規(guī)劃報告》，現(xiàn)狀年察縣伊犁河灌區(qū)的水資源利用除滿足農(nóng)業(yè)灌溉外，還兼顧生態(tài)、水產(chǎn)用水。由于灌區(qū)骨干渠道冬季不運行，工業(yè)、生活、牲畜用水采用打井提取地下水或引泉解決。

2.3現(xiàn)狀年察縣伊犁河灌區(qū)供需平衡計算

供需平衡計算的需水量均為毛需水量，供需平衡的方針是：水資源的利用以滿足農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水為主，同時兼顧項目農(nóng)業(yè)生態(tài)用水的需求。位于伊犁河上游特克斯河上的恰甫其海水庫是特克斯河上規(guī)模最大的綜合性控制樞紐，水庫正常蓄水位995m時，水庫面積0.58×104hm2，對應庫容15.52億m3，死水位964m，死庫容3.20億m3，調(diào)節(jié)庫容12.32億m3，電站裝機320MW，該工程可以對徑流進行較充分的調(diào)節(jié)，以滿足特克斯河下游及伊犁河干流的灌溉用水要求。灌區(qū)的引水渠首為伊犁河攔河引水樞紐工程，該工程渠首為10孔×12m的開敞式攔河渠首，渠首南岸進水閘為3孔×6m，設計引水流量70m3/s，加大引水流量78m3/s，該進水閘主要向察渠總干渠引水，控制察布查爾伊犁河灌區(qū)凈灌溉面積8.05×104hm2。該攔河渠首及進水閘后的總干渠正在修建之中，進展順利，水量完全能滿足灌區(qū)設計灌溉用水的要求。

2.4設計水平年供需平衡計算

供需平衡計算的需水量均為毛需水量，供需平衡的方針是水資源的利用以滿足農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水為主，同時兼顧項目農(nóng)業(yè)生態(tài)用水的需求。通過以上計算表可以看出，察縣伊犁河灌區(qū)實施續(xù)建配套與節(jié)水改造后，設計水平年灌區(qū)各業(yè)用水量為4.73×108m3，只占伊犁河雅馬渡水文站p=75％年徑流量4.80％。屆時，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)達到0.53，灌區(qū)綜合毛灌溉定額為41m3/hm2，綜合凈灌溉定額為21.70m3/hm2，從設計水平年用水過程來分析，渠首完全有能力引水，滿足水土平衡的要求。

3結(jié)語

就干旱區(qū)水資源配置與優(yōu)化調(diào)度來講，地表水是解決供需平衡，地下水是權(quán)衡供需效益的產(chǎn)出。在生態(tài)環(huán)境脆弱的伊犁河灌區(qū)，首先在保證下游生態(tài)用水和周邊環(huán)境不斷改善的基礎上，使灌區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。對一個地區(qū)而言，水資源量是基本穩(wěn)定的，要在定量的水資源上保持經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，只有節(jié)減耗水量，所節(jié)減的水資源量才是持續(xù)發(fā)展的資源支撐，也是水資源開發(fā)利用中優(yōu)化調(diào)度的意義所在。在伊犁河綜合治理工程建設實施中，通過對察布查爾縣伊犁河灌區(qū)供水設施進行續(xù)建配套與節(jié)水改造，可大大提高灌溉水的利用率，提高供水保證率，緩解春旱缺水的矛盾，在充分肯定伊犁河灌區(qū)地表水、地下水資源配置與優(yōu)化調(diào)度成就的同時，也要看到目前存在的問題，進一步研究今后在水資源優(yōu)化調(diào)度和高效配置中的新思路、新方法，使經(jīng)濟建設與資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)良性循環(huán)。

作者：巴音達拉單位：新疆塔里木河流域管理局