基于多目标不确定性机会约束规划的矿区水资源配置研究

以矿区水资源配置系统为研究对象,针对矿区生态恢复过程水资源配置的多目标、模糊、不确定性的特点,构建多目标不确定性机会约束规划模型对矿区水资源进行优化配置。基于生态优先的配水原则,以碳排放最小化目标代替传统的污染物排放量最小化目标,兼顾碳排放最小化、系统经济效益最大化以及缺水量最小化,建立矿区生态环境-经济社会-水资源协调发展的多目标模型,统筹分配地下水、地表水、矿井水以及再生水。对实际情况中的不确定性因素采用区间参数的方法表示,并通过遗传算法对模型进行求解,得到合理的水资源配置方案。将模型应用于宁夏回族自治区羊场湾矿区,结果表明：以碳排放为目标的不确定性机会约束规划多目标模型能够很好地统筹矿区经济发展目标与水资源节约目标,配置方案可保证各个用水部门的需水满足度达到100%,而以污染物排放量为目标的优化方案存在区域缺水的情况。系统可带来年碳净吸收量(CO₂)为533.7～702.4 t,预期年经济效益为162.3×10⁴～163.7×10⁴元,区域年供水富余量为43.5×10⁴～49.7×10     

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。     

丰台区水资源耦合配置模型研究

以丰台区水资源配置系统为研究对象,在分析供需水的基础上,构建双层优化模型,其中从环境角度体现对污染物排放量的严格控制,从经济角度体现区域水资源系统经济效益最大化。最终,体现区域水资源数量和质量的统一和不同需水部门之间的合理配置,并达到环境目标和经济目标的集成化。基于模糊满意度算法求解模型,模型结果表明:丰台区各规划水平年的供水量基本上可以满足各用户的需水要求,其中南水北调工程将在区域水资源配置系统中发挥重要作用。进一步地将双层规划模型和两个传统的单目标优化模型的结果进行对比分析,以期为不同决策者提供的规划方案。     

玛纳斯河流域水资源合理利用研究

根据玛纳斯河流域水资源分布和利用现状,采用了水均衡法对该流域水资源及其利用进行分析与评价,以提高水的综合利用效益和达到以有限的水资源来满足玛河流域工业、农业、生活和生态的需水为目的,并采用多目标决策方法,针对其中出现的问题提出适合于玛纳斯河流域的水资源优化配置方案：现状年需开采的地下水量为5．62×10^8m^3;需地表水供用户用水量为20．40×10^8m^3,分配给农业用水的水量是最大的,分配给生态用水水量次之。枯水年需地下水和地表水水量分别为19．25×10^8和4．23×10^8m^3,至2020年农业需水量将达到17．8675×10^8m^3,地下水开采量6．32×10^8m^3,这将接近地下水的最大开采量7．2871×10^8m^3,说明玛纳斯河水资源开发利用将达到极限。     

榆林市水资源承载能力分析

为解决榆林市水资源供需矛盾,统筹水资源与其他规划的关系,结合榆林市供水现状及水资源开发利用情况,建立基于配置的水资源承载能力评价模型,分析榆林市水资源承载能力。通过对评价因素的分析探讨和水资源配置的评价分析,结果表明:榆林市2020年取用水总量为113586.58×10~4 m~3,小于12100×10~4 m~3的三条红线总量控制指标和可供水量;2030年取用水总量为144769.8×10~4 m~3,小于166200×10~4 m~3的三条红线总量控制指标和可供地表水。2020、2030年取用地表水、地下水等各项指标均在用水效率(Index)之内,符合水资源承载能力要求,这将为实现榆林水资源的可持续利用和优化配置提供科学参考。     

基于SD模型的干旱区城市水资源供需分析——以新疆克拉玛依市为例

为确定克拉玛依市水资源系统存在的问题,实行严格的水资源管理制度,落实"三条红线"控制指标,利用系统动力学模型对克拉玛依市水资源供需状况进行定量模拟,并在对水资源供需平衡的敏感性影响因子进行分析的基础上,提出了传统型、一般治污型、强化治污型、一般节水型、强化节水型和综合型等6种模拟方案。几个方案的模拟结果表明:(1)传统型方案的水资源供需缺口年均增加0.173×10~8m~3,2030年供需缺口将达到2.59×10~8m~3;(2)强化治污型方案的水资源供需缺口年均增加0.171×10~8m~3,2030年供需缺口将达到2.57×10~8m~3;(3)只依靠治污不能满足水资源的需求量,而节水能够有效地改善水资源供需状况;(4)2030年,一般节水型和强化节水型方案的供需缺口分别为1.89×10~8m~3和1.2×10~8m~3,综合型方案的供需缺口会进一步降低为1.18×10~8m~3。根据上述结果,提出了将治污与节水相结合的管理措施,这将对改善克拉玛依市水资源的供需状况,维持水资源的可持续发展提供支撑。     

基于混合算子遗传算法的水资源优化配置

构建了以经济效益、社会效益、生态效益为多目标的水资源配置模型,针对模型中存在的多目标多约束优化问题,对基本遗传算法进行改造,设计了一个混合算子遗传算法,并用算例进行验证,最后将水资源优化配置模型和算法应用于东江流域。实例计算结果表明,基于混合算子遗传算法的多目标水资源优化配置模型配置结果合理可行,可作为研究流域水资源配置的决策依据。遗传算法作为新型智能算法,可应用于水资源配置领域。     

区间多目标规划模型在邯郸市主城区水资源优化配置中的应用

以往对邯郸市水资源配置研究中多水源优化配置方面提出具体方案的研究比较少,故针对邯郸市主城区涉及的多水源、多用途、多用户的特点,建立了不确定条件下的区间多目标规划模型。该模型将系统里难以确定的参数或者变量用区间的形式表示,实现系统不确定性地有效表征,在求解过程中应用模糊理论引入隶属函数并基于两步式交互算法将转为两个确定的单目标模型进行求解。结果表明规划年2020年总供水量为[63175.25,76330.06]×10~4m~3。所建模型可以在同时追求经济效益、社会效益和环境效益前提下求出最优解,方便决策者在未来水资源管理中制定相关政策。     

基于NSGA-Ⅲ的水资源多目标优化配置研究 ——以安徽省泗县为例

优化配置、高效利用区域内有限水资源仍是当今研究热点。以安徽省泗县为典型研究区,以经济效益最大、社会缺水量最小和污染物排放量最小为目标函数,建立了泗县水资源多目标优化配置模型;采用NSGA-Ⅲ算法求解,生成了Pareto最优解集。选择4种侧重点不同的水资源配置方案,即方案一侧重于经济效益、方案二侧重于社会效益、方案三侧重于生态环境效益、方案四侧重于综合效益,来研究以协调水资源、经济社会和生态环境之间的关系,最终实现综合效益最大化的目标。研究结果表明:方案四为优选方案,该方案的配水总量为22 663万m~3,经济效益为325亿元,余水量为101万m~3,污染物排放量为1 969 t。研究成果可为安徽省泗县水资源合理配置提供科学依据。     

黄河上游典型小流域汭河水资源优化配置研究

针对汭河流域供水能力不足及流域辖区内用水部门用水量分配存在矛盾,进行水资源优化配置。以流域生活、工业、农业、生态等用水部门的用水总效益目标最大、余水量最大为目标,建立了多目标规划模型,采用多目标遗传优化算法求解,利用Topsis法对结果进行综合评价后求出最优的配置方案。结果表明：2020、2030年用水保证率(50%)下配置水量与预测水量相比工业用水量减少了528.336×10⁴、457.095×10⁴m³,生活用水量减少262.652×10⁴、342.059×10⁴m³,林牧渔畜用水量增加53.538×10⁴、84.098×10⁴m³生态用水量增加-7.905×10⁴、10.398×10⁴m³,农业减少641.047×10⁴、300.292×10⁴m³。通过优...     

Agricultural Multi-Water Source Allocation Model Based on Interval Two-Stage Stochastic Robust Programming under Uncertainty

Numerous uncertainties and complexities exist in the agricultural irrigation water allocation system, that must be considered in the optimization of water resources allocation. In this paper, an agricultural multi-water source allocation model, consisting of stochastic robust programming and two-stage random programming and introducing interval numbers and random variables to represent the uncertainties, was proposed for the optimization of irrigation water allocation in Jiamusi City of Heilongjiang Province, China. The model could optimize the water allocaton to different crops of groundwater and surface water. Then, the optimal target value and the optimal water allocation of different water sources distributed to different crops could be obtained. The model optimized the economic benefits and stability of the agricultural irrigation water allocation system via the introduction of a the penalty cost variable measurement to the objective function. The results revealed that the total water shortage changed from [18.6, 32.3]?×?10⁸ m³ to [15.7, 26.2]?×?10⁸ m³ at a risk level ω from zero to five, indicating that the water shortage decreased and the reliability improved in the agricultural irrigation water allocation system. Additionally, the net economic benefits of irrigation changed from [287.21, 357.86]?×?10⁸ yuan to [253.23, 301.32]?×?10⁸ yuan, indicating that the economic benefit difference was reduced. Therefore, the model can be used by decision makers to develop appropriate water distribution schemes based on the rational consideration of the economic benefit, stability and risk of the agricultural irrigation water allocation system.     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

基于多层规划的武汉城市圈水量-水质耦合配置研究

以武汉城市圈水资源配置系统为研究对象,在明确水足迹、水承载力及多重水资源需求的基础上,兼顾不同决策目标之间的制衡关系,构建了多层优化模型以达到环境目标、经济目标和社会目标的集成化.上、中、下层模型分别体现了污染物排放量的最小化、系统经济效益的最大化与系统收益配置的均等化.基于一种改进的多层次交互求解算法对模型进行求解,...     

土库曼斯坦农牧业水足迹研究

农牧业水足迹研究可揭示农牧业经济系统与水资源消耗间的联系与矛盾,为农业水资源合理利用和农业结构调整提供参考。运用水足迹理论和方法计算了土库曼斯坦农牧业水足迹,分析该农牧业水足迹总量、结构、人口密度、土地密度、农牧业水资源集约利用度、水资源负载指数特征及其年际动态和水资源生态安全指标。研究表明:土库曼斯坦农牧业水足迹总量介于1.63×1010².73×1010m3之间,年际变化总体呈上升趋势,2008年增幅最大;农产品水足迹组成中经济作物占总量的67.93%;农产品水足迹人口、土地密度的年际动态特征与总量相似,2008年出现峰值,畜产品水足迹较稳定;2007-2011年间该国农牧业水资源利用有效性提高,经济效益增加,但总体低于畜产品水资源的利用效率和经济效益;2007-2012年农业水资源负载指数显示农业水资源利用度和开发潜力持续升高,但仍有较大开发潜力;随着土国农牧业水足迹的上升,该国面临的水资源压力骤增,水资源生态安全问题突出。     

宁东能源化工基地水资源优化配置研究

宁东能源化工基地水资源极为贫乏,合理配置基地内的水资源对能源基地的发展极其重要。论文采用线性规划模型对宁东能源化工基地的联合供水方案进行了优化研究,提出了地表水和地下水联合供水方案,确定了供水方案中地下水的实际配额和供水路线,得到下述结论:陶乐傍河水源地可向平罗精细化工基地供水0.065×10~8m~3/a;骆驼井应急水源地向横城和鸳鸯湖工矿区供水0.019×10~8m~3/a;吴忠平原2号和3号备选水源地向灵武工矿区供水0.089×10~8m~3/a和0.067×10~8m~3/a;大泉地区的1号水源地向南部的马家滩和积家井工矿区供水0.054×10~8m~3/a。按地下水总供水量0.294×10~8m~3/a和最佳供水路线联合配置地下水,地表水配额只需供水3.136×10~8m~3/a,既能满足宁东能源化工基地2020年规划对水资源需求,又可实现社会经济和环境效益的最大化。     

Water Resources Assessment and Regional Virtual Water Potential in the Turpan Basin,China

Located in the centre of the Eurasian Continent, the Turpan Basin, as the second deepest lowland in the world, is extremely short of water resources. Aimed at this key scientific issue, this paper based on years of meteorological and hydrological observation data, carried out a scientific calculation and evaluation of surface and groundwater resources in the Turpan Basin, and then, with the help of modified Penman formula, calculated the virtual water potential in the basin in 2004. The results show that the average total usable surface water resources per year in the last decade were about 6.673×10⁸ m³, while adduction volume of surface water in 2003 was about 4.94×10⁸ m³, which means that most of the region has reached or approached the limit of water resources and, as a result serious crises and constraints on the development of the basin were thus caused. The exploitation content of groundwater in the Turpan Basin in 2003 was about 6.12×10⁸ m³, which has basically reached its upper limit, and the ground water level has fallen about 10~40 m in the Turpan Basin in recent years. The daily reference crop water requirement in the Turpan Basin in 2004 was about 1,053.39 mm, and the total virtual water potential contained in six main crops was about 5.25 ×10⁸ m³ in 2004. All these showed that research works on scientific assessment of water resources and regional virtual water strategy have great significance for the best social, ecological, economic benefits and regional sustainable development of the Turpan Basin.     

水会计恒等式探讨及其在水会计核算中应用——以滨海新区为例

水会计恒等式是在水会计核算中反映各要素之间内在联系的恒等式,是水会计科目与账户设置和水资产负债表编制的重要理论依据。在权责发生制的基础上,对水会计恒等式各要素进行探讨,阐述了各要素的基本概念、确认条件、组成部分及计算方法。在此基础上,以滨海新区为例建立了滨海新区水会计核算体系。通过对近年水资产结构、水负债结构和水主体权益结构进行分析与评价,结果表明:2018年滨海新区水资产总量为68106×104m~3,较2017年增加了1. 29%,较2016年减少了2. 05%;水负债总量为7. 60×104m~3,较2017年减少了51. 90%,较2016年减少了75. 08%;水主体权益总量为68098. 40×10~4m~3,较2017年增加了1. 30%,较2016年减少了2. 01%;水资产负债率为0. 01%,较2017年减少0. 01%,较2016年减少0. 03%。体现2018年滨海新区水资源优化配置程度较高、涉水生产活动稳健、负债量小、水主体权益程度化较高等水资源管理特点。     

基于区间模糊双层规划的水资源承载力与产业结构优化研究

产业结构与水资源利用密切相关,通过合理调整产业结构可实现经济社会效益最大化。针对水资源规划和管理中存在的不确定性和复杂性,建立了考虑决策者和执行者之间利益关系的区间模糊双层规划模型,并探讨了榆林市水资源承载力和产业结构。结果表明:2030年榆林市可承载最大人口规模为[408.5,413.8]万人,农田灌溉面积为[143997.3,154975.8]hm2,经济规模为[8879.0,10470.7]亿元。经优化后产业结构趋向于"三二一"型,且二产高度依赖能源化工产业,榆林市整体用水结构处于高收入国家水平,但局部地区农业用水比重偏大,用水结构仍然不合理。因此,调整农业种植结构,进一步挖掘节水潜力减少用水量仍是提高水资源承载力所必须坚持的方向。