晋中南-长治供水区水资源优化配置模型研究

针对供水区优化配置问题,以流域供水、生态和发电为目标建立了供水区水资源优化配置模型。设置供水区无引调水和考虑引黄入晋工程两种调度情景,分析丰平枯三种典型水文年研究区水资源优化配置方案。同时,提出一种改进多目标猫群算法(IMOCSO),对模型进行高效求解,得到多情景下的供水区水库调度方案集,为制定晋中南-长治供水区水资源优化配置方案提供了理论依据。算例结果合理有效,能较好地反映晋中南-长治区供水要求,验证了模型的可行性,为供水区水资源分配提供了新途径。     

浑河流域水资源合理配置研究

针对浑河流域水资源短缺和水污染问题严重的现状,同时考虑大伙房水库输水工程运行供水后的流域水资源供需变化情况,预测了2020年流域水资源的供需状况,并以流域供水净效益、流域总缺水量和流域协调发展指数为目标建立了流域水资源配置的多目标模型,采用大系统多目标总体遗传算法求解并提出了合理化建议,研究结果可为浑河流域水资源的可持续开发和综合规划决策提供理论支持和依据.     

基于多目标粒子群算法的水资源优化配置研究

在分析阿拉尔市水资源利用现状的基础上,构建了以区域供水系统总缺水量最小、水库损失水量最小为目标的水资源优化配置模型,应用多目标粒子群算法,对阿拉尔市2015、2020和2025年三个水平年,二种不同保证率(P=50%、P=75%)下的水资源优化配置方案进行求解。结果表明,该方法有效解决了阿拉尔市水资源系统不同水平年、多水源、多用户、多受水区、多工程、多目标的求解问题,得到了阿拉尔市各受水区及其各用水部门的分配水量,实现了阿拉尔市水资源的综合配置。     

RVA法评估枫树坝水库对径流的影响

针对河道径流易受人类活动影响而导致水资源紧张,以变化范围法(RVA)评估枫树坝水库建成后对东江上游河川径流特性的影响.利用龙川站1952～2005年的实测径流数据,通过分析32个水文改变指标的中值及离差系数,结果表明水库建设后径流年内分布发生不同程度的变化,并根据Richter建议的分类法评估得知枫树坝水库的建设对径流的影响属于中度改变.     

基于比率方法和BP神经网络的柳州市工业需水量区间预测

鉴于工业用水量测量的不确定性,其区间预测研究具有实际意义,基于比率方法和BP神经网络,构建了柳州市工业需水量区间预测模型。以2007～2013年数据为训练集,预测了2014～2019年柳州市工业需水量区间,引入综合指标对预测区间的适用性进行分析,发现置信水平80%情况下,预测模型的可靠性良好。进一步预测了2025年柳州市工业需水量,结果表明2025年柳州市工业需水量维持在3.378×10⁸m³左右,置信水平80%条件下,工业需水量波动区间为2.924×10⁸～3.832×10⁸m³。该结果对柳州市水资源规划具有一定的理论和实践意义。     

气候突变对水库汛期分期及调度的影响

鉴于传统汛期分期方法较少考虑气候变化和极端天气等因素的问题,为更加科学合理地进行汛期分期,以张家庄水库为例,统计分析了研究区降水的时空分布特征,确定了研究区汛期为6～9月,并以1962～2008年介休市降水量(P)、平均气温(T)、日照时数(SD)等气象因子的年数据序列为指标,运用主成分分析法降维得到研究区气候评价综合指标,再采用Mann-Kendall法、滑动T检验法及Yamamoto法对比分析,检测到研究区气候突变年为1988年,以此突变年为分界点,采用PCA-Fisher最优分割法进行汛期分期,并分析了不同主汛期对水库调度的影响。结果表明,气候突变对汛期分期结果有一定影响,气候突变年后较整个时间序列得到的主汛期少11d,在水库调度过程中可有效改善水库下游水资源利用条件,缓解水库供水压力。     

水环境可恢复性定义及其评价指标初步研究

针对目前水环境可恢复性的研究尚处于初步阶段及对可恢复性的定义与评价指标的研究均不够深入的问题,基于国内外对水环境及其可恢复性的研究,提出了水环境可恢复性的概念,基于水环境的水资源量、水体纳污能力、水体自净能力及环境治理水平,构建了水环境可恢复性评价指标体系,对评价水环境的退化程度、合理开发利用水资源、实现水资源的可持续利用具有重要意义.     

基于组合赋权—集对分析的城市供水安全评价

为更精准地评价城市供水安全,将集对分析法与主客观组合赋权法相结合,建立区域城市供水安全评价模型,即用最小相对信息熵原理确定指标综合权重并耦合到指标联系度中,构建出城市供水安全的组合赋权-集对分析的评价体系,通过五元减法集对势确定城市供水安全等级,并对昆明市2011～2020年的供水安全评价划分安全等级。结果表明,2011～2013年昆明市供水处于安全等级,其中2011、2012年更倾向于基本安全等级;2014～2020年昆明市供水处于非常安全等级但更倾向于安全等级,供水状态相对安全和稳定。所提方法一定程度上解决了城市供水安全评价等级中的不确定性和多指标性问题,为城市供水安全评价提供了一种新思路。     

我国水资源动态演变及开发利用现状分析

分析水资源动态演变及开发利用现状，对水资源可持续开发与保护有重要意义。选取我国松花江区、辽河区、海河区、黄河区、淮河区、长江区、东南诸河区、珠江区、西南诸河区、西北诸河区等10个水资源一级区1997～2020水资源公报数据，运用Kendall秩次检验法分析各区水资源动态演变及开发利用现状。结果表明，我国水资源动态演变具有空间差异性，黄河区呈极显著增加趋势，松花江区呈显著增加趋势，淮河区呈不显著减少趋势，其余区域呈不显著上升趋势。松花江区和长江区呈弱显著上升趋势，辽河区、海河区、淮河区和东南诸河区为不显著下降趋势；其他水资源区均为不显著上升趋势。我国供水结构中供水量呈极显著上升趋势，但近年来增速变缓；地表水占比最大，地下水次之，其他用水占比最小。我国用水结构中2013年后农业、工业用水量呈极显著下降趋势，与之对应的是工农业用水效率增加，生活用水保持平稳水平，生态用水量逐年增大。     

变化条件下大连市水资源可持续利用状态评价

针对水资源可持续利用状态具有动态可变性的评价标准及指标值具有区间性的问题,根据实行最严格水资源管理制度的思想,从用水总量、效率、水质及社会经济等方面确定了影响水资源可持续利用状态的重要指标,从而建立了基本评价体系,并确定了其评价标准,进而采用基于区间值的水资源可持续利用状态可变模糊评价方法分析了大连市水资源可持续利用状态评价指标体系、评价标准、模型参数及指标值等不确定性因素,评价了大连市各水平年的水资源可持续利用状态。结果表明:现状年(2007年)下大连市水资源可持续利用状态处于中级偏低水平;非常规水源利用规模的不断增大及外调水工程的陆续运行,一定程度上保障了未来经济社会发展对水资源的需求,提高了大连市水资源可持续利用能力,规划水平年(2015、2020、2030年)下水资源可持续利用状态基本稳定于中级或中级偏高水平。     

东江上游龙川站水文情势变化分析

针对河道受气候变化和人类活动影响致使水文情势变异的问题,基于东江上游龙川水文站1952~2010年的实测径流数据,利用Mann-Kendall检验方法分析了径流量的变化趋势和变异区间,并引入IHA指标、生态过剩和生态赤字指数来量化东江流域的水文变异程度。结果表明,在过去近60年期间,龙川水文站年径流量呈增长趋势,由于上游水库的调节作用,径流量大小、频率、延时及逆转次数都有显著改变;生态统计分析表明,生态过剩现象较生态赤字现象更为频繁,夏季洪水期高度运用水库调度的情况则除外。可见龙川站水文情势的变化对生态系统具有潜在影响,需加强东江流域的水资源管理来满足供水和生态系统的需求。     

水文综合改变度动态评估模型构建与应用

根据龙羊峡水库下游贵德水文站1954～2017年流量数据,利用粗糙集理论、集对分析理论及变化范围法确定水文综合改变度,通过集对-马氏链评估方法建立了一种关于水文综合改变度的动态评估模型,探讨龙羊峡水库水文综合改变度变化及趋势。结果表明,该模型在时段预测及稳态预测有较好的表现;2013～2017年时段的模型预测结果与实际计算结果相同,同为中度改变;现阶段水文综合改变度处于高度改变状态,但具有逐渐向好的态势,经多个周期变化达到稳定态势后呈现为低度改变。     

河北省南水北调受水区水资源优化配置研究

为了使南水北调工程能最大限度地缓解河北省严重缺水状况及在工程建成后更好地发挥工程效益,根据南水北调海河流域平原区受水情况,将其划分为18个子区、6个用水部门,以供水系统缺水率最小、经济效益最大化为目标,以水源可供水量、用户需水量、水源至用户的供水能力等为约束条件,建立了水资源优化配置模型。并采用多目标粒子群算法对模型进行求解,获得了以2030年为水平年的水资源配置结果。通过分析发现,南水北调工程实施后能有效缓解海河平原区严重缺水的状况,大幅提高了河北省水资源和水环境的承载能力,但仍有不同程度的缺水。     

基于熵权-云模型的湖北省水资源可持续性评价

为实现湖北省高质量发展,提高湖北省水资源集约节约利用水平,基于“人-资源-自然”构建了湖北省水资源可持续性评价指标体系,由水资源条件、社会经济、环境生态3个子系统和19项指标构成,并确定了评价指标5级分级标准。基于熵权法和云模型构建了湖北省水资源可持续性评价模型,对2019年湖北省17个市州的水资源可持续性进行评价。结果表明,湖北省水资源分布不均,大部分城市水资源短缺,城市之间水资源供需不平衡;部分城市农业用水量过大,水资源浪费严重,影响经济发展;大部分城市污水处理能力不够,水环境受到污染。评价结果与实际情况比较吻合,说明所建模型合理可行。     

基于改进蚁群算法的太原市受水区水资源优化配置

针对太原地区水资源严重短缺、供需矛盾日益尖锐的问题,为了使引黄入晋工程最大限度地缓解太原地区缺水情形,根据该地区水资源开发利用现状及地区发展规划,建立基于改进蚁群算法的太原市受水区多目标水资源优化配置模型。该模型引入生态效益目标,以用水效益最大、研究区缺水量最小和生态需水满足程度最大等综合效益作为规划目标,以水源可供水量、用户需水量等作为模型约束条件,并采用改进的蚁群算法进行求解,得到2015、2020两水平年的水资源优化配置方案。通过对优化结果的对比分析,表明该模型应用效果良好,优化配置结果有效减轻了地下水的供水压力,促进了水资源的高效利用。     

江苏省经济发展与水土资源的耦合协调度研究

水土资源的合理利用不仅影响到区域水土资源安全，还对经济能否持续健康发展具有决定作用。为此，基于熵值赋权法，构建了经济—水资源—土地资源系统内三者间的耦合协调度模型，研究了2004～2019年江苏省经济发展与水土资源的整体耦合协调度及经济发展、水资源、土地资源三个子系统两两间的耦合协调度。结果表明，2004～2019年间，江苏省经济发展与水土资源耦合协调程度总体处于基本协调水平；经济发展与水资源、经济发展与土地资源的耦合协调度不断下降，自2013年起该省经济发展进入水土资源开发过度型经济发展模式；水土资源之间的耦合协调度总体相对平稳且多为水资源供给充足型土地利用模式。     

基于混合蛙跳与投影寻踪模型的水资源系统脆弱性评价

研究水资源系统脆弱性有助于水资源可持续利用的实现,结合驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)框架构建了水资源系统脆弱性评价指标体系,利用混合蛙跳算法和投影寻踪方法建立了基于混合蛙跳和投影寻踪的水资源系统脆弱性评价模型,以山东省滕州市为研究区,分别从驱动力—压力—状态—影响—响应5个方面及系统整体进行了水资源系统脆弱性评价,并以模型计算的投影值作为衡量系统脆弱程度的依据。结果表明,该区2008年水资源系统指标体系各方面与整体均处于脆弱性中等范围,其中水资源供需矛盾不断加剧及水资源开发利用条件薄弱导致影响、状态两方面脆弱性程度较高,依靠科技进步措施使得响应类指标对脆弱性影响程度较低,与实际情况相符,可见该模型评价结果可行、有效。     

呼兰河流域河川径流年内分配变化特征分析

掌握河川径流年内分配变化特征对优化区域水资源利用具有重要意义。基于呼兰河流域兰西站1952~2014年逐月径流资料,分析了流域径流年内各季、各月分配情况,运用不均匀系数Cu、集中度Cd、绝对变化幅度ΔR和相对变化幅度Cm等指标分析了流域径流年内分配特征,并采用累积滤波器法、Mann-Kendall法和R/S分析法分析了径流及其特征指标的历史、未来变化趋势。结果表明,呼兰河流域各季年代、年际径流量相差较大,各季径流量均呈减少变化;径流年内分布呈"单峰型",主要集中在4~10月,该时段平均径流量占到全年的94%以上;未来一段时间内,年、各季、1、5、6、8~12月径流量将表现为减少变化,其余时段呈增加变化;Cu、Cd、ΔR和Cm分别以-0.007/10a、0.004/10a、-0.511×108 m3/10a、-42.727/10a的趋向率变化,现在和未来的年内各月径流差异逐渐减小,径流年内分配趋于集中。流域内农业迅猛发展,尤其是灌溉用水的急剧增加,在一定程度上改变了流域河川径流年内分配特征。研究成果可为呼兰河流域水资源规划管理提供参考。     

基于机器学习算法的万家寨水库排沙预测研究

为克服水库排沙多因素、非线性复杂关系建立难题，实现水库排沙准确预测，利用万家寨水库2002～2020年水沙系列数据，基于XGBoost、KNN、SVR、RF四种机器学习算法分别预测分析水库出库含沙量。结果表明，利用机器学习算法可有效预测综合考虑不同影响因素的水库排沙；不同机器学习算法在水库排沙预测的适用性有所不同，对比之下，基于RF算法建立的水库排沙预测模型的决定系数R²最高为0.934 9,平均绝对误差及均方根误差均最小，分别为2.974、4.886,其预测效果更优于其他三种算法。研究成果可为水库排沙精确预测及调度方案优化提供参考。     

基于Budyko假设的乌伦古河源区径流变化特征及归因识别

揭示流域径流演变特征及定量识别驱动因素贡献率对流域水资源适应性管理和水安全保障至关重要。基于乌伦古河源区二台水文站1960～2015年实测逐月径流序列及同期气象和人类水土资源开发利用影像数据，采用滑动移除小波分析法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等方法分析水文气象要素序列演变趋势及突变特征，基于Budyko假设的弹性系数法定量识别气候变化与人类活动对研究区径流变化的贡献率。结果表明，乌伦古河源区径流序列呈不显著上升趋势，降水序列呈显著上升趋势，潜在蒸散发序列呈显著下降趋势；径流序列于1995年发生突变，相较于基准期1960～1994年，变化期1995～2015年径流对降水、潜在蒸散发及下垫面特征参数的敏感性系数分别增加了8.8%、25.0%、7.8%;降水与潜在蒸散发、下垫面特征参数变化对径流变化的贡献率分别为39.2%、7.0%、53.8%,研究区径流变化由人类活动与气候要素共同驱动，人类活动为主要驱动因素。