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43.5×10⁴～49.7×10⁴ m³。研究结果一方面可为羊场湾矿区尽快实现绿色矿山提供理论支撑,另一方面也可为其他干旱地区煤矿区的水资源配置和规划提供参考。     

矿井大量涌水地区多水源联合配置

为了实现矿井水在区域供水体系中的科学配置,以煤矿开采规模庞大的乌审旗为研究区域,预测未来水资源供需态势,建立包含矿井水的多水源供水规则与配置模型,经优化提出多水源联合配置方案。结果表明：随着煤矿开采规模的扩大,与2020年相比,2025年乌审旗供水结构将发生显著变化,地下水供水量将减少44.9%,矿井水供水量将增加1.4倍;矿井水大量供给将置换地下水水源,可解决局部地下水超采问题;受用水总量控制指标的限制,2025年全旗缺水量将达到1 913×10⁴ m³,未来需要退减耕地面积以控制总需水量的增长。乌审旗有大规模利用矿井水的迫切需求,但存在供水成本高、取水许可“批用不符”等现实问题。乌审旗在建的大水网工程为当地地表水、黄河水、矿井水、再生水等水源的丰枯互济提供了工程条件,有利于消除矿井水的不稳定性,保障水资源的稳定供给。     

绿洲发展生态价值与社会经济价值的综合分析

干旱绿洲区水资源匮乏,绿洲的生态发展与社会经济发展之间矛盾突出,评估绿洲生态与经济的价值对于指导绿洲发展具有现实意义。基于2014-2018年的石羊河流域统计数据,考虑流域水资源因素、社会经济因素和绿洲景观因素的影响,结合情景假设的分析方法,分别对流域内绿洲适宜面积、耕地数量底线、绿洲生态价值和社会经济价值进行估算。结果表明：2014-2018年石羊河流域平均绿洲适宜面积为33.09×10⁴~50.26×10⁴ hm²,流域平均绿洲生态价值为170.77×10⁸ 元,二者均呈现减少趋势;绿洲生态价值的最小值为假设畜牧业增加情景中的149.44×10⁸ 元,绿洲生态价值和社会经济价值之和最大值为假设增加人口、增加耕地面积、增加畜牧业和增加工业组合下的945.85×10⁸ 元。     

水资源刚性约束下新余市水资源承载力系统动力学仿真分析

加强水资源刚性约束可有效提升区域水资源对社会经济的支撑能力。以新余市为例,充分考虑工业产业特色,建立面向水资源刚性约束要求的系统动力学仿真模型,预测2020-2035年现状延续型、经济发展型、资源节约型和刚性约束型4种方案下当地水资源承载力变化。结果表明：在落实水资源刚性约束制度下,刚性约束型方案更注重工业用水的高效利用,尤其是钢铁、光伏等高污染、高耗水等工业。该方案下2035年水资源供需比β₂₀₃₅为1.03,COD污染比α¹₂₀₃₅和氨氮污染比α²₂₀₃₅均大于1,可承载总人口数为130.2×10⁴,可承载GDP规模为5 578.6×10⁸元。本文运用系统动力学模型,同时考虑用水效率高效利用和社会经济合理发展的刚性约束型方案,可获得区域水资源供需平衡并达到较大的承载能力,以期为新余市有效落实水资源刚性约束制度提供技术支撑。     

基于SD模型的张掖盆地水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹模型,通过构建张掖盆地水资源利用SD模型,设计5类不同情景来核算和预测现状（2000—2020年）和未来（2021—2050年）张掖盆地水资源生态足迹和生态承载力。结果表明：对于现状,人均水资源生态足迹、生态承载力和生态盈亏均值分别为3.517、0.272和-3.245 hm²/人,水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.969和2.822 hm²/10⁴元;农业用水在张掖盆地水资源生态足迹核算中占绝对优势但占比在下降,农业领域是节水的重点且潜能较大;水资源生态足迹强度明显下降（降幅90.21%）,证明了张掖盆地用水效率的上升;张掖盆地的水资源利用压力较大。平均而言,预测期内张掖盆地不同情景中人均水资源生态足迹均大于人均水资源生态承载力,由此导致人均水资源生态亏损的出现;各情景下水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.932、13.483、10.055、12.698和9.846及0.281、0.206、0.201、0.281和0.196 hm²/10⁴元,未来时间里张掖盆地的水资源利用仍然处于不安全的状态。2021—2050年张掖盆地无法有效缓解水资源利用紧张的状况,需采用经济发展与水资源保护兼顾的发展方案,推荐政府部门采用情景ZS₅。因此,张掖盆地未来水资源利用需要全社会、各部门的通力合作,不断提高水资源利用效率,大力推进节约用水措施和技术的普及与应用,才能确保水资源的可持续利用。     

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%。     

基于改进粒子群算法的多水库复杂联合供水优化调度研究

丹凤县县城不断增长的用水需求与工程供水能力之间的矛盾日益突出,为了充分挖掘工程供水的潜力,解决现有供水工程运行中弃水多、供水保证率低的问题,以弃水量最小为目标建立模型,采用改进粒子群算法对青峰水库和龙潭水库的联合供水进行优化求解。以月为计算时段,在优先考虑河道生态流量、蒸散发和渗漏损失的情况下,针对青峰水库200×10⁴ m³和220×10⁴ m³两种拟定兴利库容方案情景进行模拟。结果表明：迭代次数达36次时目标函数趋于稳定;与常规调度相比,两库的年平均弃水量明显减少,供水保证率有所提高;采用线性递减惯性权重改进的粒子群算法在青峰和龙潭两水库联合优化供水计算中具有优越性和可行性。     

基于系统动力学的珠澳地区取用水系统水资源承载力

珠澳地区经济社会快速发展导致水资源问题日益突出。综合考虑珠澳地区经济社会发展和水资源开发保护,基于系统动力学理论设置现状趋势发展、经济优先发展、环境优先发展及综合发展4个情景方案,分析4个情景下珠澳地区“水-社会-生态”复杂水系统水资源承载力状况,并预测2020-2030年综合水资源承载力发展趋势。结果表明：预测期内各情景下的水资源承载力均呈上升趋势,而综合发展情景下至2030年用水总量低于广东省最严格水资源管理制度中所要求的6.84×10⁸ m³,整体优于其他情景;珠海市对澳门供水约占供水总量的15%,经济发展及人口增长会导致澳门用水出现供需缺口,综合发展情景可以缓解珠海市的供水压力;对各发展情景下用水效率分析发现,降低工业用水有利于环境保护,但会阻碍经济发展,提高工业用水效率并实施节水措施可实现环境保护与经济发展的双赢。珠海市与澳门取用水具有联动调控特点,水资源面临较大承载压力,采取适宜措施有利于提高珠澳地区水资源承载力。     

基于IFMOP的玉环市区域水资源配置

引入无概率分布的区间数表示不确定性影响范围,选取经济效益、供需水效率和COD排放量分别构建经济目标、社会目标和环境目标优化函数,构建了玉环市不确定性模糊多目标规划(IFMOP)水资源配置模型,并计算了不确定性解集。结果表明:IFMOP配置计算成果可实现玉环市区域水量水质协调高效利用和社会-经济-生态系统均衡发展;在75%来水保证率下各行业配置总水量不确定性范围为14 375万~15 154万m³。IFMOP水资源配置模型在信息不充分的条件下能够全面使用各类数据信息进行水资源配置,更好地满足水资源在各行业配置过程中的动态管理需求。     

许昌市水资源多模式联合调度与合理配置

水资源短缺是制约城市经济社会发展的重要因素,合理配置和有效利用有限的水资源是解决水资源供需矛盾的有效途径。以许昌市国家水生态文明试点城市建设为例,在分析水资源开发利用现状的基础上,运用定额法对需水量进行预测。以多年平均水资源量为基础,2011年作为研究基准年,根据水资源取用方式、工程方案及各种水量需求等,利用MIKE BASIN建立水资源配置模型,对许昌市水资源供需平衡进行模拟,通过三次供需平衡分析,得到不同规划水平年水资源供需配置方案,最终达到水资源供需平衡,使有限的水资源发挥最大效益。研究结果表明,本地水资源结合南水北调、引黄调蓄、中水回用等多模式联合调度,可以满足许昌市中长期经济社会可持续发展用水需求,对未来许昌市水资源可持续利用具有重要的指导意义。     

基于和谐论的新密市城区水资源配置研究

水质恶化是城市水资源供需矛盾的重要原因之一.合理配置水量水质,提高水资源利用效率和供水保证率,是城市健康发展的必然要求.本文将和谐论思想引入水资源配置,结合水资源分质配置思路,基于水资源配置量化指标体系和水资源配置模型,开展了新密市城区水量水质配置研究,为水资源优化配置提供定量分析的方法.     

我国分质供水的发展

随着我国部分城市水资源供需矛盾的加剧和水质恶化,优水优用逐渐得到重视,统一供水方式被分质供水取代已成为社会发展的必然趋势。根据供水水质、供水尺度、供水范围和供水模式对分质供水进行了分类。结合分类,介绍了我国分质供水发展历程,并从工业用水与生活用水分质供水、中水与自来水分质供水、自来水与纯净水分质供水以及城市范围分质供水等发展等进行了详述,最后总结了目前分质供水在水质、水价和负面效应等方面的主要问题。     

辽阳市供用水现状调查及预测分析

通过供用水现状调查分析,探讨了辽阳市水资源开发利用的特点和存在的问题。并结合对辽阳市各种水源供用水指标及综合用水效率等调查结果,采用多种预测方法,预测辽阳市规划水平年、远景展望年供需水量,为制订辽阳市水资源优化配置实施方案提供参考。     

基于和谐论的新密市城区水资源配置研究

水质恶化引起的缺水问题是城市水资源供需矛盾的重要原因之一。合理配置水量水质,提高水资源利用效率和供水保证率,是城市健康发展的必然要求。本文将和谐论思想引入水资源配置,结合水资源分质配置思路,基于水资源配置量化指标体系和水资源配置模型,开展了新密市城区水量水质配置研究,为水资源优化配置提供定量分析的方法。     

高校校园中水回用系统处理工艺方案比选研究

随着城市水资源供需矛盾的日益尖锐,中水回用为城市用水提供了新水源的可能.在系统分析了高校校园建设中水回用系统的必要性和可行性基础上,以云南某高校新校区为案例,从中水的工艺流程、技术特征和经济指标等方面对校园中水回用系统的三个典型处理工艺方案进行比选,提出了适合高校校园中水回用系统的处理工艺.     

滨海城市非常规水源供水规模优选

滨海地区河流源短流急、地表水资源开发难度大,将再生水、淡化海水等非常规水纳入滨海城市水资源统一配置是缓解水资源短缺矛盾的有效途径。考虑地表水等常规水资源丰枯不确定性,科学确定非常规水源工程建设规模,是实现常规与非常规水资源统一配置的关键。以威海市区为例,建立了考虑水库来水不确定性的海水淡化与再生水厂建设规模优选模型,采用多目标遗传算法进行求解,以可靠性、弹性和脆弱性为指标,评价整个供水系统的性能,并进行多方案比较。结果表明:2030规划水平年威海市区适宜的再生水和海水淡化规模分别为23和15万m3/d;在此规模下,威海市区的供水保证率可由63.8%提高到95.2%,多年平均供水成本为6.6亿元。研究结果可为区域供水规划提供决策参考。     

上海市水资源和水环境的可持续发展

从上海市的水域分布、水资源总量和水污染状况等方面分析上海市的水资源和水环境状况 ,分析结果表明 ,影响上海市水资源和水环境可持续发展主要有三大因素 :废污水的排放和治理问题 ;河网水动力条件和人工调节能力问题 ;流域资源的配置和环境影响问题。上海市水资源配置的主要目标是 :以水资源综合利用为核心 ,确保市民饮用水优质供给为首要目标 ,建立完善黄浦江水源、长江水源、地下水源和供水管网为重点的水资源配置系统 ,形成城镇供水、工业用水、农田灌溉、内河航运、环境用水相协调 ,水量、水质实时监控系统和合理的价格机制相配套的水资源配置体系。上海市水环境治理的主要目标是 :以水功能区划为依据 ,以“一江一湖十二河”为重点 ,以“六线六厂”污水处理骨干设施为基础 ,统筹兼顾城乡河网的内河航运、城市景观、生态环境等综合功能 ,形成污水收集处理、长期调水、定期清淤和长效管理相结合的水环境保护体系。     

茅洲河流域再生水的综合优化配置

对深圳市茅洲河流域工业生产、农业灌溉、城市绿地浇灌、道路广场浇洒以及居民冲厕等方面的再生水需求进行分析,建立包括4个再生水厂、35个再生水用水片区的再生水优化配置模型,并运用LINGO求解其全局最优解。结果表明:①茅洲河流域再生水厂的生产能力为59.4万m3/d,仅能满足该流域污水处理需求的51.7%;②农业灌溉、工业回用、城市绿地浇灌、道路广场浇洒、居民冲厕等行业使用再生水的边际收益分别为3.7元/m3、21.6元/m3、4.1元/m32、.1元/m3、1.3元/m3。     

包头市市区居民生活用水量预测分析

用水量预测对区域水资源规划、利用和管理提供重要依据.运用灰色关联度分析法分析包头市市区居民生活用水量影响因素的基础上,分别建立多元线性回归模型、灰色GM(1,1)模型及灰色线性组合模型对该地区2009年和2010年的生活用水量进行预测分析,同时比较了三个模型的预测精度.结果表明:城市居民生活用水量与城市用水人口、人均居住面积和水价的关联度较高;2009年和2010年用水量的预测采用组合灰色模型精度最高,相对误差分别为13.6％％和6.5％,均方根相对误差为10.7％.组合预测模型的预测精度明显优于单一模型,使结果更加准确、合理,符合实际情况.