基于模拟技术的灌区水资源供需平衡分析

利用系统工程的思想,建立灌区水资源需水计算的数字模拟模型,并对都江堰灌区水资源开发利用现状及灌区水资源供需平衡进行了分析。以都江堰灌区为例,将灌区分为若干子区,分析该流域的供水能力、供需现状及供需发展情况。讨论各规划水平年水源工程和解决分区内水资源紧缺问题。     

非相依年径流序列的随机模拟

本文提出了一种非相依年径流序列的随机模拟方法。该法应用谐波分析方法,从原始序列中分离出适宜的复合周期分量,使剩余序列具有良好的相依性,然后通过模拟剩余序列来实现对非相依年径流序列的随机模拟。模拟中选用了偏态的一阶自回归模型。结果显示,用本文提出的方法及选定的模型模拟的非相依年径流序列较好地保持了实测年径流序列的主要统计特征,具有较好的实用性。     

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。     

改进GM（1,1）模型在台兰河灌区引水量预测中的应用

台兰河流域灌区存在水量分配不均,水资源利用率低等特点,对本灌区年引水量进行模拟与预测具有重要意义。在传统GM（1,1）模型基础上,利用最小二乘原理,以原始序列与其模拟值的差值平方和最小为约束条件,构建改进GM（1,1）时间响应模型。结果表明,改进GM（1,1）模型模拟数据合理准确,精度较高,具有很强的实用性,可以运用于台兰河灌区引水量模拟与预测。     

基于Logistic回归模型的张掖市水资源供需风险研究

为缓解张掖市水资源供需矛盾,并为水资源科学管理提供决策依据,收集张掖市2006—2015年水资源相关数据,并选取张掖市供水量、需水量和缺水量3个变量,运用Logistic回归模型,得出张掖市水资源供需风险率及其影响程度;使用谱系聚类法评价其风险率并确定风险等级,最后得出张掖市在2种水平年可能存在的供需风险程度。结果表明:近10 a来,张掖市水资源均存在供需不平衡、供需矛盾的问题;张掖市未来经济发展与当地水资源供需状况有关,而供需风险的高低与供水保证率有直接关系。建议张掖市政府实行多措并举来保证水资源供应量充足,使得供需风险处于低风险。     

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。     

一种径流随机模拟的非参数模型

应用核密度估计理论构造了单变量多阶非参数模型NP（p)。该模型是基于数据驱的、不需对序列概率分布和相依形式进行识别、适合于时间序列随机模拟的非参数模型。将NP(p)模型用于金沙江流域李庄－屏山区间年径流过程随机模拟，与平稳AR（p)模型对比，研究表明非参数模型是适合于径流随机模拟的。     

基于GWAS模型的灌区水资源优化配置研究:以淠史杭灌区为例

针对淠史杭灌区“蓄、引、提、调”相结合的“长藤结瓜”式灌溉系统,为实现灌区间、上下游的优化联合配置,采用GWAS模型,通过划分水资源配置子单元和设置调蓄节点,采用公平性最优和供水缺水率最小作为目标函数,总量控制、供水能力、分质供水等作为约束条件,将水资源优化配置问题模拟为生物进化问题,采用基于精英策略的非支配遗传改进算法求解,建立了适用于淠史杭灌区的水资源优化配置模型。配置结果表明:灌区引水量最大,其次为当地地表水和边界提水站提水,中水和浅层地下水作为补充。通过序列年水资源配置,发现相同频率年在处于不同丰枯年份时,可供水量存在明显差异,因此在进行区域水资源配置时,仅分析50%、80%或90%几个频率年往往不能真实反映可供水情况,需进行长序列调配分析。基准年、2025年和2035年在50%和80%保证率下基本不缺水,灌区水资源可实现基本供需平衡。如遇连续干旱年,90%保证率下缺水较严重,可通过合理开发当地水、新增外调水来降低缺水程度。     

基于基尼系数的洱海灌区水资源配置均衡性研究

为给云南省洱海灌区供需水合理性分析和水资源优化配置的均衡性评价提供依据,文章采用洛伦兹曲线和基尼系数分析方法,把洱海灌区划分成10个灌片单元,对2016现状年、2035设计水平年水资源配置成果的供、需水量时空分布及变化特点进行了定量分析。结果表明2035设计水平年需水侧各需水因子均衡度有所提高,供水侧各工程供水压力减小,供水更加合理均衡,供水工程的配置达到最优程度。基尼系数与区位熵结合可以较好地揭示大型灌区的水资源配置合理性与均衡性。     

灌区最优规划决策方案研究

水资源紧缺严重制约着我国社会经济的发展,如何将有限的水资源合理分配以产生最大的效益成为人们关注的话题。针对灌区水资源利用紧缺,选用BP神经网络对叶尔羌河流域径流进行预测,并利用遗传算法(GA)进行优化,构建了GA-BP径流预测模型,以基流、温度和降雨作为输入条件,进行了月径流模拟和预测。同时构建了基于二次规划方法的叶尔羌河灌区水资源最优规划模型,根据径流预测推算得到保尔水库月出库径流量并将其作为水量约束,选用灌区的春小麦、春玉米、胡麻作为典型研究作物,根据水分生产函数,计算理想条件下典型作物的月水资源分配以达到灌区经济效益最大化。     

漳卫南灌区农业水资源优化配置研究

考虑到不确定条件下漳卫南灌区农业水资源管理的复杂性,为了解决当灌区水资源用户供水目标不能满足需求时的水资源优化配置问题,结合LFP模型与TSP模型的优点,开发了一种分式两阶段随机规划模型(FTSP)。选择漳卫南灌区最大控制性工程岳城水库的两个大型供水灌区作为验证实例,模型应用结果表明,不同决策情景所对应的经济效益和缺水风险不同,最优决策实现了经济效益和缺水风险之间的平衡;不同径流水平下,各用户的正常灌溉面积会发生相应变化,高径流水平时所有用户均能得到正常灌溉。     

流域水资源供需双侧调控模型及应用

针对水资源常规配置中供需分离、配置与调度结合不紧密,难以支撑流域水资源严格管理的问题,提出流域水资源供需双侧调控模型。在需水侧,通过建立供水量和效益函数关系,并考虑水土资源等约束条件,构建农业种植结构与灌溉制度优化模型;在供水侧,采用模拟与优化、配置与调度相结合的两阶段建模路径,构建多水源配置与水库群优化调度模型;通过来源于需水侧模型的"需水过程"与来源于供水侧模型的"可供水过程"的分解与耦合,实现供需双侧的联合调控,综合集成构建流域水资源供需双侧调控模型。将该模型应用于南四湖流域,提出了南四湖上级湖、下级湖等大型湖库工程的优化调度图与不同年型下农业种植结构和水资源配置方案,验证了模型的有效性。通过供需双侧协调优化,南四湖流域供需缺口缩小,农业种植效益增加,枯水年水分生产效益提高了0.70元/m³、平水年水分生产效益提高了0.63元/m³;生活和工业供水保证率稳定在95%,生态和农业供水保证率明显提升,分别由53%提高到71%、由67%提高到75%。     

城市总体规划环评中的水资源承载力分析方法及其应用

城市总体规划中产业发展存在显著不确定性因素,因此对水资源系统产生的压力不易量化。构建了用于城市规划环评的水资源承载力分析技术方法体系,以产业结构和布局的不确定性分析为切入点,综合运用情景分析和大样本随机模拟技术,系统辨识城市水资源总体需求及其空间分布特征,在水资源供需平衡计算的基础上,评估不确定性条件下的产业发展和规划水资源配置的合理性。以《大连城市总体规划(2000～2020)》环评为案例,分析三种产业结构情景条件下的水资源总体供需平衡,在此基础上以产业发展基准情景为例,通过随机采样产生50000个产业空间布局样本,并对其进行统计分析,识别在均值条件下水资源供需失衡区域的产业结构和供水状况,提出了缓解水资源压力的建议。     

陆浑灌区供水调度方案编制研究

及时编制、调整供水调度方案是灌区安全、高效输水的前提,是灌区科学、合理调配水资源的基本保障.通过对供水调度目标以及不同环境下供水调度的限制条件进行全面分析,提出供水调度应坚持的原则及供水调度方案编制应重点关注的要点,确保方案的可行性、科学性,对优化陆浑灌区供水调度、提高水资源利用的经济社会效益具有较好的指导意义.     

宝鸡峡灌区地表水与地下水联合调度研究

针对宝鸡峡灌区水资源开发利用中存在的问题,结合灌区作物种植结构、灌溉方式.建立了地表水与地下水联合调度模型,以灌区经济效益最大为目标,以供需水平衡、可供水量、地下水位等为约束条件,以优先利用地表水为原则,进行了模型求解.结果表明:丰水年、平水年、枯水年3种水文年份灌区灌溉水源均应以地表水为主、地下水为辅;增加地袁水供水的比例,有利于灌区经济效益的提高,可以起到以丰补枯、涵养地下水源、缓解水资源供需矛盾的作用.     

水资源分配模型及模拟求解技术

建立了以供水满足程度最大化为目标,供水系统的供水能力、输水系统的输水能力、用水系统的供需变化和非负约束为约束条件的水资源分配模型;提出了模型的模拟求解技术;最后以焦作市为例,求解了2020年规划年75%来水频率下焦作市水资源的分配量.计算结果满足用水户的要求,体现了水源的时空分配过程.     

位山灌区四水转化模型模拟研究

四水转化模型是认识区域水资源转化消耗规律的重要工具.根据半干旱半湿润区特点对四水转化模型进行改进后应用于位山灌区,得到了地下水实测值的验证.2000年模拟结果表明:降水与引黄是位山灌区的主要水源,水资源供给相对丰富;不同情景下渠系水利用系数对整个灌区的水量平衡影响不显著,地下水开采的增加有助于保证农作物供水,同时引起地下水位下降;引黄水量的减少引起地下水位下降并影响农作物供水.     

基于联系数的大型灌区水资源空间均衡评价与优化调控

区域水资源空间均衡评价与调控是水资源开发利用与经济社会协调发展的重要技术基础和科学管理手段。可供水量与需水量是区域自然资源条件和经济社会活动对水资源系统的综合体现指标,二者之间的平衡关系可以直观地揭示水资源系统的单元供需均衡和空间均衡程度。针对水资源空间均衡研究现状,首先以供需差占供需总量比定义并计算水资源系统的单元供需均衡度;再以各单元面积、人口和经济占比确定单元的系统权重,并运用七元联系数将各单元均衡度综合为系统空间均衡等级并识别均衡状态;以淠河灌区现状及远景规划年为例,对有无水量调配下水资源空间均衡状态开展评价计算与对比分析,最后针对性地提出提高灌区水资源空间均衡状态的优化调控方案。研究结果表明:现状水平年灌区水资源空间均衡状态经系统内水资源调配后有明显提升;远景规划年不同来水情景下,水资源供需矛盾较为尖锐,只有在充分节水基础上借助系统内、外多水源调配方能使灌区水资源系统达到基本均衡;单元供需均衡度能同时表达缺水型失衡和余水型失衡而更有普适性;改进的七元联系数评价模型可更加细致地刻画复杂水资源系统的不确定性,为准确判别区域水资源系统所处空间均衡状态提供了新思路新途径;大型灌区内部...     

渭河干流月径流的时历相依性研究

目前的径流预测方法大都要求数据序列具有时历相依性,因此在应用相应的方法进行时间序列的预报时,应先判别时间序列的时历相依性。以渭河干流林家村水文站和咸阳水文站为研究对象,采用线性自回归模型对相邻两个月的径流量进行了相关性分析,研究了其月径流序列的时历相依性,并采用BP神经网络模型进行了月径流预报。结果表明:当相邻两个月径流量的相关度≥0.7时,数据序列时历相依性较好,可以进行月径流量预报建模;当BP神经网络模型的预报合格率≥80%时,可用于月径流量预报。     

协调模式下的吐鲁番地区水资源合理供求模式分析

系统动力学基于系统理论,能够将用水子系统和供水子系统纳入到水资源供需系统中,并且可以分析每个子系统中各因素的变化对于整体系统的影响.而系统动力学软件Stella可以通过情景模拟来预测水资源供需的发展趋势.运用系统动力学的方法,结合吐鲁番社会经济发展和生态需水的实际情况,构建了吐鲁番水资源供需系统模型,设定四种不同的情景,仿真模拟了2013年-2030年吐鲁番地区水资源供需变化趋势,进而对该地区水资源供需平衡进行分析.研究结果表明:为实现水资源的优化利用,保证吐鲁番地区的可持续发展,还必须加大水利建设,增加水利投资,进一步实施节水措施,巧妙合理的利用水资源.