河北省水资源优化配置及效果评价研究

第26卷第6期2008年12月

文章编号:100027709(2008)0620025205

水　电　能　源　科　学WaterResourcesandPowerVol.26No.6Dec.2008

河北省水资源优化配置及效果评价研究

卞戈亚　董增川　蔡　继

(河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098)

摘要:以河北省为研究对象,在确定南水北调调水规模的基础上,根据水资源系统的特征建立了多目标、多水源、多用户的水资源优化配置模型并对各规划水平年的水资源进行优化配置.同时建立区域可持续发展评价指标体系,对配置结果进行效果评价分析,为水资源优化配置决策提供依据。关键词:水资源;优化配置;多目标;效果评价;河北省中图分类号:TV213

　　均水资源量205m3值的1/7,1000m3缺水标准的1/3,甚至比以干旱缺水著称的中东和北非地区更低。近年来,随着经济的快速发展、人口的增加,水资源供需矛盾日益突出。目前,区域内地下水开发利用程度已超过90%,平均每年超采地下水约45亿m3。水资源严重短缺已成为河北省经济社会发展的瓶颈,严重制约了经济的发展。为解决水资源的供需矛盾,最为有效的举措就是实施跨流域调水、切实增加供水资源量,解决现实和发展用水的需要,而进行水资源优化配置,有效分配当地水和外调水,则是河北省实现水资源可持续利用的有效途径。我国现阶段水资源开发利用状况仍远离水资源合理配置的基本要求,在对水资源的有效利用和控制方面存在许多问题,主要包括[1,2]:仅重水量不重水质、配置模式未引入市场机制、缺乏系统的配置效果评价等。鉴此,本文结合河北省水资源系统的特征,建立多目标、多水源、多用户的水资源优化配置模型,同时建立配置效果评价的指标体系,对配置效果进行评价,为河北省水资源可持续利用规划提供决策依据。

1　河北省水资源优化配置

1.1　水资源系统结构

收稿日期:2008207220,修回日期:2008210207

河北省水资源优化配置是一个涉及水资源-社会-经济-生态环境的复杂大系统优化问题,

依据大系统理论,需从区域水资源系统特点出发对系统进行概化,建立大系统分解协调模型,从而进行水资源优化配置。该区域内用水行业类型多样;水源种类众多,既有南水北调中线水、东线水,又有当地地表水、地下水,还有污水及微咸水;供水工程错综复杂,除两大水源工程、六大输水工程外,还有城市应急的供水工程、地下水开采工程及污水处理回用工程。这样在区域范围内形成了一个多用户、多水源、多工程的复杂水资源系统。基于以上区域水资源系统的特点,建立一个二层大系统分解协调模型(图1),从而简化系统的复杂性,便于进行优化分析和计算。1.2　水资源优化配置模型1.2.1　目标函数

水资源优化配置是针对水资源短缺和用水竞争性而提出,因此优化配置的目标是使区域或流域的经济、社会、环境能协调地发展。根据河北省水资源利用现状,目标函数考虑如下三方面:①在满足系统要求条件下,整个系统供水的净效益最大;②针对水资源短缺,考虑整个系统缺水量最小;③COD排放量之和最小。

(1)经济目标。供水净效益最大:

J

K

T

ijk

maxf1=

j=1

b∑∑∑

k=1

t=1

i

Qijkt-

c∑

i

ijk

Qijkt(1)

基金项目:教育部科学技术研究基金资助重点项目(104197);水利部科技创新基金资助项目

作者简介:卞戈亚(19792),女,博士研究生,研究方向为水资源规划与管理,E2mail:Biangeya@http://www.77cn.com.cn通讯作者:董增川(19632),男,教授、博导,研究方向为水文水资源,E2mail:zcdong@http://www.77cn.com.cn

26 水　电　能　源　科　学　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年

图1　水资源大系统分解协调模型概化图

Fig.1　Outlinediagramofwaterresourcelarge2scalesystemdecomposition2coordination

式中,bijk、cijk分别为第i水源对第k用水部门的单位供水效益系数、费用系数,元/m3;Qiji水水源给第jt的供水量,万m3(2)社会目标:

J

K

T

jk

(4。minf2=

j=1

α∑∑∑

k=1

t=1

Djkt-

∑

Qijkt

2

(2)

Djkt

式中,Djkt为规划水平年内区域在第j个水资源分区第k用水部门第t时段的需水量;αjk为j水资源区k用水部门相对其他用水部门优先得到供给水资源的重要程度系数。

(3)环境目标。区域COD排放量最小:

J

K

T

minf3=

j=1

∑∑k=1

t=1

djpj

kk

i=1

∑Q

ijkt

/100(3)

、多水源、多用

户的水资源系统,将整个区域的水资源系统划分用水单元进行优化配置,同时每个用水单元内部利用优化模型进行不同水源在各用户间的优化配置。鉴此,运用大系统分解协调原理,将模型分解为二级递阶结构,利用遗传算法对模型进行求解。1.4　配置结果

根据上述水资源优化配置数学模型和求解方法,对研究区不同规划水平年的需水情况进行水量优化配置———河北省不同规划水平年(2010、2020、2030年)水资源配置方案。其中,2020年水资源配置结果见表1。结果表明,在保证生活及生态用水前提下节约农业灌溉用水,以发展乡镇工业,从而使实现可利用水资源量效益最大化。

式中,dkj为第j子区第k用户单位废水排放量中重要污染因子的含量,mg/L;pkj为第j子区第k用户污水排放系数。1.2.2　主要约束条 …… 此处隐藏：7371字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……