不确定性多目标模糊规划在水资源优化配置中的应用

在充分考虑水资源系统中供需水不确定性的基础上,基于多目标规划、模糊规划和区间规划原理,以经济效 益、社会效益和环境效益最大为目标,以需水量、可供水量和不同子区用水部门间的用水公平性为主要约束,构 建一种适用于多水源、多子区、多用户的考虑供需水不确定性的多目标模糊规划模型,以期通过平衡水资源配置 系统中用户配置水量、缺水风险与系统收益三者的关系,实现系统综合效益最大。模型以衡水市历年供水、用水 及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,通过引入模糊隶 属度函数,利用两步交互式算法,将多目标规划转化为单目标规划进行求解,以 2025 年为衡水市规划水平年,得 到规划水平年下的 11 个子区、4 种水源、4 个用水行业的最优配水方案。结果表明：本研究制定的水资源优化配 置方案可实现“外调水优先利用、地下水控制利用”,同时考虑用水的公平性约束后,在缺水条件下可有效控制水 资源向每立方米水效益高的区域和部门流动,有利于多区域、多部门共担缺水风险;该水资源优化配置方案可有 效缓解衡水市水资源供需矛盾,实现多水源和多目标之间的协同互补。研究成果可为河北省其他县域的水资源 优化配置提供技术参考。     

广州市水资源优化配置探讨

建立一个以广州市水资源合理利用为目标，考虑主要水库和河道防洪、供水、航运、压成等约束的广州市水资源优化配置多目标分析模型，采用大系统“分解协调”原理，运用逐步宽容约束法及递阶分析法，在特枯水年来水情况下，针对全市各单元区2020年水平年需水状况，通过13个中型水库与河道、区间径流联合调度，进行自流域至供水行业的多层次优化的水资源配置，得出各个用水户的配水结果及缺水状况，提出在区域上分7片配水解决广州市水资源供需问题的方案。     

基于区间多阶段随机规划的水资源优化配置模型及应用

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性,基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,利用多阶段随机规划反映水资源配置中的动态性,进而建立了多水源、多用水户的区间多阶段随机规划模型,模型通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、系统风险与系统收益三者关系,可实现系统最大经济效益。利用该模型对黑龙江省水资源配置问题进行研究,结果表明:规划年黑龙江省生活、工业和生态用水均可以得到满足,农业用水在丰水年基本得到满足,枯水年缺水量为15.32亿~49.40亿m³,与现状年相比,农业缺水得到一定程度的缓解;水源供给方面,地表供水比例稳步提升,可以较好保护地下水源。     

基于调配管理的北京市多水源水量联合调度研究

针对北京市复杂供水系统多水源联合调配与管理,依据最严格水资源管理制度,在规划用水总量控制红线和用水效率控制红线管控下,充分考虑水行政主管部门调配管理目标与约束,绘制了基于水源-工程-单位(水管系统)-用户的多维嵌套北京市供水网络拓扑结构,建立了北京市多水源联合调度模拟模型,实现了用水管控、水源配置、水量调度统筹的多水源联合调度。计算结果表明:2019年全市用水管控39.6亿m~3,考虑输水损失和干流补水后,由本地新水供水20.3亿m~3,利用再生水11.5亿m~3,调用南水北调水9.7亿m~3;在现状工程条件下,为满足城市生活与工业用水和城区重点区域河湖基本生态需求,可充分调配南水北调水约9～10亿m~3;通过加大调水可进一步恢复本地水源储备和改善河湖生态环境。研究成果可为水行政主管部门开展日常水量调配工作提供技术支撑。     

邢台市水资源优化配置分析

将鲸鱼算法(WOA)应用于以总缺水量最小和经济效益最大为目标的邢台市水资源优化配置模型中,结果显示邢台市各分区不同用水户总需水量26.94亿m~3,总分配水量20.08亿m~3,总缺水量6.86亿m~3,缺水率25.4%,第一产业缺水量及缺水率均最大。求解结果体现了公平性原则,符合区域水资源开发利用实际,验证了WOA在求解水资源优化配置问题时的可行性。     

MIKE BASIN模型在白龙江引水工程受水区水资源配置中的应用

为了对白龙江引水工程受水区132处供水水源与442个用水对象组成复杂的供用水网络进行水资源供需多方案快速分析,基于MIKE BASIN软件建立了受水区水资源配置模型。计算结果表明,规划水平年2040年,当地地表水可供水量6.30亿m~3,地下水可供水量1.72亿m~3,其他水可供水量2.61亿m~3,缺水量7.88亿m~3,满足各用水对象保证率条件下需外调白龙江水7.66亿m~3,模型较好地模拟了不同类型水源之间联合供水,复杂用水条件下流域内外水资源供需状况及配置情况。     

南水北调条件下北京市供水可持续评价

北京市水资源危机已经成为约束城市社会经济发展的重要因素,南水北调中线正式通水后,可以为北京每年平均配水10亿m3。以北京市供水系统为研究对象,全面收集全市的供需水及供水配置情况,建立水资源配置WEAP模型,模拟了四种方案,分析评价不同来水情况下2020年北京市供水可持续性,并对供水配置网络做出了适当的修改。研究表明,南水北调中线工程可以显著改善北京市缺水情况,修改后的供水配置网络更利于各类水源的综合利用,保证北京市供水可持续性。     

浅谈北京水资源问题应急对策

一、北京的水资源形势 北京市多年平均降水量为595mm,年平均降水总量99.96亿m~3,形成当地自产水资源量39.99亿m~3,人均水资源量低于全国平均水平,属重度缺水城市。50多年来,北京市坚持不懈地开展大规模的水利基础设施建设,建成了相对完善的供水工程体系,基本保障了北京经济社会发展。但随着经济的发展和人口的增长,用水需求     

基于MIKE BASIN的水资源合理配置方案对比分析——以长吉经济圈为例

针对东北部分地区水资源不足问题,以长吉经济圈为例,为实现该地区未来20年的水资源合理分配与调度,以2015年为基准年,采用灰色关联分析与多元线性回归模型相结合的方法,对2020及2030规划水平年进行需水量预测,分别提出供水效益最大化、经济效益最大化以及用水总量和用水效率双指标约束控制下的三种不同水资源配置方案,并利用MIKE BASIN建立水资源配置模型进行模拟。结果表明:在考虑河道生态基流量的基础上严格控制用水总量和用水效率双指标的方案可以满足研究区经济社会可持续发展长期用水需求;到2020年研究区总需水量为29.461×10~8m~3,只有吉林市工业缺水2 397×10~4m~3;2030年总需水量为33.122×10~8m~3,此时长春市工业、九台工业、双阳农业和工业、公主岭工业以及吉林市的工业和农业均存在少量的缺水,缺水量分别为750×10~4m~3、320×10~4m~3、228×10~4m~3、152×10~4m~3、460×10~4m~3、4 280×10~4m~3、1 070×10~4m~3,但相较于优化配置方案前已大大减少了缺水量。研究成果对该区未来20年的水资源可持续利用具有一定的指导意义。     

中原沿黄经济带水资源优化配置效果研究

中原沿黄经济带是河南省政治、经济与文化的中心,但水资源严重匮乏,即使考虑南水北调水源供水,到2020年保证率为75%、90%的缺水量仍然达16.646亿、34.837亿m3,缺水严重区主要分布在豫北的安阳、濮阳、新乡以及南部的许昌等补源区。研究表明:水资源优化配置是解决中原沿黄经济带缺水问题的重要措施,通过各类水资源在各子区、各用水部门(行业)间的优化配置,到2020年,在考虑南水北调水源供水情况下,保证率为75%、90%的缺水量将分别降至0.744亿、3.309亿m3,缺水率分别为0.50%、2.10%,水资源供需矛盾可得到有效缓解。     

京津冀地区适水发展问题与战略对策

阐述了适水发展理论的产生背景、内涵及对象与任务。适水发展是依靠科技进步,开发利用广义水资源、提高用水效率,根据水资源条件转变用水模式、优化用水结构和水资源配置,拓展水资源开发利用新空间,实现水资源可持续利用。从适水发展的角度,系统分析了京津冀发展面临的严峻的水资源问题,主要有水资源极度短缺、用水压力大、生态持续恶化和非常规资源资源利用程度低等问题,严重制约京津冀协同与可持续发展。针对存在的主要问题,提出了京津冀走适水发展道路的战略对策,实行水资源开发利用的多方面战略性转变,重塑京津冀适水型产业体系,构建适水型现代工业,发展适水型现代农业,建设适水型城市,实现京津冀地区社会-经济-生态健康永续发展。     

滨海地区水资源多目标优化调度模型研究

针对滨海地区水资源系统的特点,以加权相对总缺水深度最小和系统供水总成本最小为目标,建立了平原河网、平原水库群和远距离调水工程体系的水资源多目标优化调度模型;利用多目标粒子群算法(MOPSO)求解,提出了各类约束条件的处理方法,并得到非劣解集;采用距理想解欧拉距离最小准则,得到最好权衡两个目标的最佳协调解,并取得相应的调度结果。以江苏沿海为背景开展实证研究,验证了所建模型和求解方法的有效性。     

基于水量水质双控的缺水地区水资源优化配置

开展水量水质双控约束下水资源优化配置研究是落实新时期"节水优先"方针、保障区域水安全和促进水资源可持续利用的基础支撑。针对我国北方地区资源型缺水、工程型缺水并存的问题,以山东省昌乐县为例,结合WEAP模型与传统水资源配置理论方法,根据区域用水需求与总量控制及水功能区限制纳污管控要求,统筹协调生活、生产、生态用水,建立基于水量水质双控的区域水资源优化配置模型,采用AHP法、熵权法、AHP-熵权耦合法计算不同情景方案的配置效益并优选配置方案。结果表明:规划水平年农业、城市供水保证率分别为50%、95%时,基于用水总量控制的跨流域调水、强化行业节水和水污染治理以及加大再生水回用相结合的配置方案(B4方案)综合效益最大,各行业用水需求均能得到满足,GDP较现状水平年增加709.01亿元,再生水利用率提高至25%。     

北京市用水结构演变及归因分析

用水结构的分析和预测是水资源管理和规划的前提和基础。以北京市为例,分析了1988-2016年北京市用水结构的演变特征,揭示了导致用水结构变化的驱动因素,讨论了未来北京市用水结构可能出现的变化及其对水资源供给的影响。结果表明,近30年来北京市总用水量先升后降,而后缓慢增加,农业用水和工业用水持续减少,而生活用水和环境用水则持续增加。农作物播种面积的减少和工业节水分别是导致农业用水和工业用水减少的主要原因,生活用水的增加主要是由于人口的增长和人们用水方式的变化,而环境用水的增加和园林绿化面积的增长关系密切。预计未来北京的农业用水仍将持续减少,而工业用水的变化取决于产业结构调整的力度。生活用水仍将缓慢增长,这将是未来北京市水资源安全供给面临的最大压力。     

基于组件模型的地表水资源配置系统设计

传统地表水资源配置系统往往针对特定的流域,缺乏扩展性和灵活性。将流域、水库、需水点、输水连接等水利要素分别抽象为组件,对河流采用Horton编码分级,使用拓扑排序和河流同步的方式解决水系网络的水力联系,以组件连接模式灵活地进行地表水资源模拟和优化配置,通用性高,扩展性强。新开发的系统可为水资源管理部门对生活用水、工业生产、农业灌溉、生态建设等规划、设计以及管理提供技术支撑。     

河北省南水北调中线受水区水资源统一调配方案研究

针对南水北调中线受水区外调水及当地地表水来水过程的不均匀性及来水频率的不确定性、供用水系统的复杂性(多水源、多工程、多用户)等特点,以河北省南水北调受水区为研究对象,以多目标群决策理论和大系统分解协调理论为指导,以优化与模拟为主要技术,构建了基于MIKE BASIN的1+7受水区水资源优化调配模型,制定了基于不同年份、不同保证率、不同节水水平、不同用水户需求条件的受水区水资源优化调配方案。在2020年供受水区来水频率组合(引江水P=50%、当地地表水P=50%)条件下,对基本节水及高效节水的优化调配方案优化效果进行了分析,以期在充分利用水资源、满足需水要求的情况下,寻求多水源与多用户之间最优的配水方案,实现区域综合效益最大化,促进区域经济可持续发展。     

我国西北地区主要农作物贸易对区域水资源影响

随着我国粮食生产重心的北移,西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显,然而该地区水资源缺乏,水土资源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年,伴随着城市化和区域贸易的快速发展,西北地区农作物产量和外运量均快速增长,大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地,进一步加剧了西北地区的水资源压力,严重制约当地的可持续发展。基于此,本研究对2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析,在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力。结果表明,研究期内2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势,从2000年的417.16亿m~3增长到2015年的439.87亿m~3。与此同时,农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加,从2000年的220亿m~3增长到2015年的272.99亿m~3,严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于全国平均水平,陕西更是呈重度水资源压力状态。因此,本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议,为保障我国西北地区水资源可持续利用提供了科学参考。     

三江平原水资源开发利用程度变化与驱动因素

水资源开发利用程度评估与分析研究对于区域水利规划和水资源管理具有实践指导意义。三江平原作为国家商品粮生产基地,具有保障国家粮食安全的重要作用,同时,水资源开发利用问题与供需矛盾也日益凸显。为了定量研究三江平原水资源开发利用状况与态势,运用基于变异系数和相对熵改进的TOPSIS方法,对研究区水资源开发利用程度进行了综合评价,并对1984-2011年研究区水资源开发利用程度变化特征及驱动因素进行了分析。结果表明:2011年三江平原水资源开发利用程度处于中等水平,东北部地区较高,西南部地区较低;2001年是三江平原水资源开发利用程度变化的时间节点,2001-2011年十年间三江平原一半以上分区的水资源开发利用程度发展至中等水平;地下水资源开发利用和农业灌溉是三江平原及其大部分分区水资源开发利用程度变化的核心驱动因素,鹤岗市、双鸭山市和佳木斯市是推动研究区水资源开发利用程度演变的主要分区;相比2011年,2017年三江平原水资源开发利用程度和关键驱动因素无明显变化。研究结果可为三江平原水资源可持续利用提供参考和借鉴。     

基于关键绩效指标的西安市水循环健康评价

城市水循环健康评价研究对于城市的规划定位、发展建设及城市资源管理具有实际指导意义。以西安市为例,基于城市水循环内涵,结合水资源关键属性,从水生态水平、水资源丰度、水资源质量及水资源利用四个维度出发,筛选出16个指标,构建了基于关键绩效指标(KPI)的城市水循环健康评价体系,对西安市2010-2015年水循环健康状况进行评价。结果表明:西安市2010-2015年水循环均处于亚健康状态,健康评价得分为3.05～3.46分,其中2010-2011年健康得分呈现下降趋势,在2011年健康得分最低,为3.05分,之后2011-2015年健康得分逐年上升,上升趋势显著;饮用水水源地水质达标率得分最高,2010-2015年均处于非常健康状态,而人均水资源量、亩均水资源量得分最差,2010-2015年均处于严重病态;提高水资源开发利用的合理性、缓解水资源供需矛盾是改善西安市水循环健康状态的关键。     

2007-2015年湖南省水资源安全状态与短板要素甄别

根据水资源安全内涵, 构建湖南省水资源安全评价指标体系, 采用水资源安全综合指数辨识 2007- 2015 年湖 南省水资源安全状态; 根据短板要素理论, 构建湖南省水资源安全评价体系多木桶模型, 采用均衡度指标度量各桶 片( 指标) 的长度差异, 将指标分为优势要素、限制性要素和短板要素, 辨识系统短板。从纵向( 年际) 和横向( 指标) 比较分析湖南省水资源安全现状与发展趋势。结果表明: ( 1) 湖南省水资源安全系统, 2011 年为较不安全状态, 2015 年为较安全状态, 其余年份为临界安全状态, 2007- 2015 年间湖南省水资源安全呈现前期形势较为严峻、后期 矛盾缓和的特点; ( 2) 绘制湖南省水资源安全短板要素图, 甄别出防洪治涝形势严峻、废水及有机污染物排放量较多 和工农业及生活用水量较大是当前影响湖南省水资源安全的主要短板要素。