基于优化模型的城市供水多水源配置研究

在人口增长、社会发展和气候变化的多重影响下,城市缺水问题日益严重,多水源供水成为解决此问题的主要途径。本文建立了城市多水源供水优化模型,以澳大利亚墨尔本为例,针对不同气候和需水情景研究了海水淡化与外调水在城市供水系统的配置问题。结果显示,两种水源均能够提升需水临界点、提高供水可靠性,实现增强供水系统安全性的目标。正常气候条件下,两种水源对供水系统改善效果近似,考虑供水成本,应优先采用外调水水源;干旱气候条件下,稳定可靠的海水淡化水源优于受气候变化影响的外调水水源,但成本较高。增加供水水源、实施需求管理是保障城市供水系统安全的重要措施,城市供水多水源的配置应综合考虑供水可靠性与供水成本。     

胶东地区跨流域调水优化配置研究

胶东地区是严重缺水地区,近年来随着城市人口不断增长,工农业生产和经济快速发展,缺水问题越来越突出。以胶东地区缺水较为严重的潍坊、青岛、烟台、威海四个地市为研究区域,结合引黄济青工程和南水北调东线工程实施跨流域调水,缓解供需矛盾,以2020年和2025年为规划水平年,基于水量平衡分析,构建以缺水量最小和调水工程效益最大为目标的多水源多目标优化配置模型,确定调引不同水源(黄河水,黄河水和长江水)时的水资源优化配置方案。配置结果表明:只调引黄河水,受水区不同规划年的缺水量分别降低14%~83%、10%~31%;同时调引黄河水和长江水,受水区不同规划年的缺水量分别降低28%~81%、19%~53%。可见优化配置方案可以有效缓解胶东地区水资源紧缺状况和供需水矛盾,为胶东地区的可持续发展奠定基础。     

南水北调来水条件下北京市多水源联合调度模型研究

2014年南水北调中线工程引水进京后,北京将形成外调水、当地地表水和地下水多水源联合供水的格局,其中外调水是由南水北调中线工程整体调度后确定的,其水量和水质对北京市供水调度有重要影响。本文以北京市多水源供水环路为研究区域,以充分保证供水和弃水量最小为调度目标,建立多水源联合调度模型,采用南水北调中线多年设计来水系列对供水系统进行调度,给出北京市以日为尺度水资源调度结果,环路各处流量、水压等动态变化情况及各个水厂的水资源配置情况。结果表明,通过优化方法确定的调度规则可以使模型达到不弃水不缺水的调度目标;在平水年即南水北调来水量为11.9亿m3时,2014年需水水平下反向调入密云水库约1.65亿m3。不同典型年下,供水环路南水北调来水和本地水源同时供水时间达1~100 d。供水环路中南干渠沿线水厂和九厂发生南北水源同时供水天数较多,需要防范水源混合可能带来的水质风险。     

基于区间犹豫模糊语言集的水资源多目标决策

以鄂北水资源配置工程为对象,研究大型调水工程背景下的多水源多目标优化配置。将鄂北地区水库分为充蓄水库、补偿水库与在线水库等3类,根据各类水库特点对鄂北水资源配置工程进行系统概化,建立以年缺水量最小和调水成本最低为目标函数的多水源多目标优化配置模型。采用权重系数法进行求解得到非劣解集。最后采用基于区间犹豫模糊语言与TOPSIS的多目标决策方法对各方案的缺水量与调水量作出评价并遴选出最优方案。研究结果表明:对鄂北水资源配置工程而言,缺水量与调水量的权重比为7∶3的方案综合评价最优,重视缺水的同时兼顾调水成本;基于区间犹豫模糊语言集与TOPSIS的水资源多目标决策方法经本文实例验证具有较高的稳定性与可行性。     

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。     

河北省南水北调工程水资源实时调度研究

河北省南水北调供水区覆盖土地面积6.21万km2,南水北调工程实施后将形成外调水、当地地表水、地下水以及其他可利用水量的多水源和多用户体系。利用当地水资源条件、各用户缺水程度及其他有关影响因素制定各目标的供水效应函数,采用动态规划原理寻求某一时段内整体供水效益最高的配置方案。通过不断更新供水效应函数,可实现南水北调工程水资源实时调度的动态管理。     

南水进京后北京供水保障战略展望

北京天然水资源人均占有量不足200 m3,属于资源性严重缺水城市。2014年10月江水进京,南水北调划工程来水将成为北京新的主力水源。社会经济快速发展,对北京水资源保障、城市供水设施、生态文明建设以及构建多元外调水保障体系提出了新要求。文章重新认识水的价值,提出打通外部调水四大通道、增加水源储备空间、建设第二条输水环路、沟通五大水系河四大供水保障战略,从而构建起北京供水保障体系,形成多水源联合配置、互为补充、调度灵活、安全可靠的供水系统。     

浅议淮阴市摆脱水资源短缺困境的出路

地球缺水,中国缺水,位于淮、沂、泗水系下游素有“洪水走廓”之称的淮阴市同样缺水。水危机、水资源稀少成为制约淮阴市经济发展的“瓶颈”。 水危机的表现及其成因 淮阴地处苏北腹地,用水主要依靠洪泽湖、骆马湖,受淮河中上游水来量大小的制约,形成了全市水资源可用不可靠的特点。供水现状:一般干旱年份可供水量118亿立方米,及利用现有江水北调工程可抽取江水150至180立方米每秒;特大干旱年份可供水量为66亿立方米     

基于可变模糊集理论的跨流域调水工程 水资源优化调度

为实现水资源的高效利用, 对胶东调水工程进行水资源优化调度研究。基于受水区潍坊、青岛、烟台、威海等 4 市的实际配水量与社会经济指标分析, 利用可变模糊集理论, 建立地市外调水量可变模糊优选模型进行优化调配 系数计算, 优化调配 4 市外调水量, 并对优化后的外调水量与区域社会经济发展进行耦合协调度计算。以调水效率 最高为原则, 以 4 市缺水总量最小建立目标函数, 利用 Lingo 软件编程求解, 分别对平水年、枯水年、特枯年进行水资源优化调度。把基于调配水量调度与规划指标调度的结果进行对比分析。结果表明: 2 种调度结果均满足各分水口的最小需水要求; 外调水量的优化调配提高了胶东 4 市水资源与社会经济发展的耦合协调度, 调配水量调度后, 青岛市缺水率明显下降, 其他地市缺水率降幅则较小。     

洪泽湖多目标水量调度决策模型及其应用

针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究,构建贴近适宜生态水位 （生态效益）、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型,考虑生态效益目标与水 资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征,采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方 案。结果表明：多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系,贴近适宜生态水位的调控方式在一定 程度上降低洪泽湖调蓄能力,与水资源利用形成矛盾关系;模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者 的偏好情况,并提供适用于不同情景的优化调度方式;生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖 水量等方式有效补充生态用水,可将生态水位偏离差降低至 0.30?m,可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提 供参考。     

无锡水源地贡湖引水改善水质效果分析

为了分析“引江济太工程”对无锡市主要饮水水源地贡湖南泉水质的影响,建立了太湖二维水量水质模拟模型。在设定引水水质与水源地水质的条件下,针对常规和突发污染事故调度情况,模拟分析了引水枢纽望亭立交及梅梁湖泵站不同引水流量对南泉水源地水质的影响,掌握了水源地水质的恢复时间及恢复过程与引水流量的关系。研究结果可为水资源管理部门决策、优化工程调度、水源地供水安全保障提供科技支撑。     

跨流域引水后受水水库引水与供水联合调度研究

针对跨流域引水工程中受水水库引水与供水联合调度问题，建立了供水量最大与引水效率最高的多目标联合调度模型，并将其分解成两个单目标调度模型，应用长系列模拟优化的方法， 求解受水水库引水与供水联合调度图及其调度规则。以大伙房水库输水应急入连工程规划为基础，采用本文建立的模型方法对其受水水库碧流河水库进行实例研究，先后求解引水后水库最大可供水量以及如何高效引水的问题。结果表明，进行联合优化调度后，可提高跨流域引水的有效性，从而增加受水水库的综合效益。     

跨流域调水对恢复白洋淀生态环境重要性分析

近几十年来,由于气候变化和和人类活动的影响,白洋淀入淀水量逐年减少,造成多次干淀现象。水利部和河北省先后组织多次本流域调水和外流域调水,以缓解白洋淀供水不足的问题。通过对白洋淀供水水源与耗水量分析,为保护和恢复白洋淀生态环境,跨流域调水是一项重要措施。南水北调中线工程总干渠通水后,将能实现引江水补淀,从根本上解决白洋淀生态环境危机。     

洪泽湖与骆马湖水资源连通分析与优化调度耦合模型研究

通过对洪泽湖与骆马湖水资源综合分析,发现两湖水系存在丰枯不同步的情况,且两湖连通河道满足水资源联调需求。本文采用大系统分解协调理论与线性规划优化模型原理,研究建立了洪泽湖与骆马湖水资源优化调度耦合模型,并采用逆时序倒推法制定了两湖水资源调度控制线,为两湖水系水资源耦合模型计算提供依据。根据两湖长序列来水资料和用户2020规划水平年需水预测,进行两湖水资源联合优化调度计算。研究成果为两湖水系水资源调度预案编制提供了依据,进一步优化了两湖水资源配置,促进洪水资源化利用,有助于缓解两湖地区水资源供需矛盾,保障区域经济协调发展,具有重要的理论和现实意义。     

杭嘉湖南排工程调水试验对水质改善的效果分析

在确保杭嘉湖平原区域防洪安全和供水安全的前提下,对导流港东大堤沿线各闸、太浦闸和南排各闸组合调度,通过对两次南排调水试验的效果进行监测和分析,结果表明:该措施可有效配合太湖流域"引江济太"工程,进一步增加杭嘉湖地区"引江济太"水量,扩大平原水体流动范围,增加水体流速,提高水环境容量.该研究成果可为太湖流域类似地区的工程...     

跨流域调水工程两部制水价研究

跨流域调水是解决北方天然缺水的必然选择,却往往由于水价机制不合理,长期亏损,无法稳定地发挥供水效益。因此,跨流域调水工程应该推行更科学、合理的两部制水价。本文分析了适用于跨流域调水不同环节的两部制水价,并提出了可行的计算方法,以期水价管理部门提供水价制定和调整的方法支持。     

流域分质水资源量的供需平衡

论述进行流域分质水资源量供需平衡分析的重要性,提出分析的思路和方法:将各类用水户的取水量和对水质的要求与取水地点的实际可供水量和水质对比,计算各类水的余缺.以太湖流域1998年现状用水情况为例进行分析,结果说明由于水的重复利用率高和可从长江引水补充,流域当年不存在水量型缺水问题.但水质型缺水情况还比较严重,不仅缺Ⅲ类水,而且也缺Ⅴ类水.对上述方法在规划条件下的推广应用进行了讨论.     

Conjunctive use of Inter-Basin Transferred and Desalinated Water in a Multi-Source Water Supply System Based on Cost-Benefit Analysis

Water shortage has forced coastal cities to seek multi-source water supply with a focus on inter-basin water and desalinated seawater. The differences of water supply costs pose a challenge in the optimal use of multiple water resources. This paper aims to understand the impact of desalinated seawater’s variable costs on multi-source water supply through a cost-benefit analysis method based on a multi-objective optimization model, considering different combination scenarios of desalination yield, streamflow condition, seawater desalting plant (SDP) scheme, water shortage index and utilization ratio of the SDP. The application in the coastal city Tianjin, China shows that the desalination yield has an impact on the tradeoff between the water shortage index and the total water supply cost and an optimal desalination yield can be determined at a turning point. And where the turning point appears is influenced by the utilization ratio of the SDP and streamflow conditions of inter-basin water. Moreover, a single centralized SDP is found to have an overall lower water supply cost than several decentralized small-sized SDPs. Lower water shortage index leads to higher cost, and the unit decrease of shortage index will need more added cost when the shortage index is very low. This method is proven to be effective in identifying the best conjunctive use of inter-basin water and desalinated seawater, which can contribute to relieve urban water shortage.     

全球大型跨流域调水工程及水资源农业开发潜力

根据自流调水、就近调水、技术可行等原则,利用地理信息系统空间分析功能设计了全球9大区72项跨流域调水工程和相关粮食运输的内河航运网络,利用迈阿密光温和气候生产力模型计算了非受水区的节水灌溉粮食增产潜力和9大区调水灌溉受水区的粮食增产潜力,对受水区进行了缺水程度评价,对调水工程的经济效益和可行性进行了粗略技术经济分析与评价。主要结论为:受水区和非受水区的粮食增产潜力分别为36. 18×10~8t和11. 72×10~8t,合计为47. 90×10~8t,稍高于预测的2100年世界食物增产量40. 56×10~8t;大多数调水项目经济效益好,可行性强,个别调水项目经济效益较差,可以通过优化设计增强项目可行性。笔者对未来全球食物供给形势持谨慎乐观态度,主张采取积极进取的全球食物生产战略,以保障世界食物供给。