基于改进粒子群优化算法的区域水量水质联合配置模型EI北大核心CSCD

综合考虑区域水资源水量和水质两个因素,以供水净效益最大、区域总缺水量最小、COD排放量最小为目标建立区域水量水质联合配置多目标模型;为提高算法的计算精度和全局寻优能力,对粒子群优化算法进行了改进并用于模型求解。将模型用于江苏省靖江市水资源配置研究,结果表明:基本方案和节水方案下的用水总量和COD排放量均在其限值范围内,节水方案下供水净效益比基本方案低3.0亿元,缺水量和COD排放量分别比基本方案低1290万m^(3)、1062.7 t,说明得出的配置方案合理可行。在节水方案下进行区域水资源配置,在缓解区域缺水状况的同时,能够有效减少COD排放量,可为解决区域水质型缺水问题提供决策参考。     

流域/区域水量水质联合配置研究Ⅰ：理论方法

针对当前水资源配置对水质因素考虑不足等问题,进行了流域/区域水量水质联合配置研究。阐述水量水质联合配置理论基础,构建供需平衡、耗水平衡和基于水资源优化配置的水质模拟系统,提出基于水功能区纳污能力的污染物总量分配优化模型,分析分质供水的实现方式以及不同模块之间的耦合关系。基于改进"三次平衡"思想,提出水量水质联合配置方案设置、识别缺水类型和污染物总量控制分配的决策思路。本研究可为水量水质联合配置提供理论基础和方法指导。     

剖析珠江水问题,优化水资源配置--对珠江水资源配置的思考

简要分析珠江水资源面临的问题,提出珠江水资源配置的总体思路,认为应突出流域管理,构筑配置指标体系;优化水资源配置格局,构筑工程体系;统筹区域配置,因地制宜制定区域配置方案.建议在珠江水资源配置工作开展过程中,重点把握以下几点：采用两套模型计算,把握流域配置大帐;合理确定需水总量,控制需水规模;水量、水质统筹考虑,以水质和生态用水保证情况确定用水总量、水质目标;重视基础资料处理,确保配置计算精度.     

面向总量闭合的水资源配置模型与应用

水资源总量控制是水资源管理的主要手段,针对区域来水、取用水分开统计,导致区域来水、取用耗排水、断面出境水量不闭合问题,本文从水量控制核算的角度出发,构建基于水循环转化的水资源配置模型,通过模拟区域水资源取用耗排过程下的水循环过程,以区域来水和出境断面水量双向控制方法核算区域水量取用情况。以天津市为例,在全境多年平均来水42.1亿m~3(其中外调水14.7亿m~3)情景下,2020年水平年天津市取用水、耗水和排水等总量闭合控制阈值分别为38.25、22.0和16.25亿m~3,出境水量为22.1亿m~3,根据水资源实际管理需求,模型给出了各区县不同水源和行业相应的控制阈值,研究成果可为水资源消耗双控行动、最严格水资源管理和节水型社会建设提供科学支撑。     

精细管理促双控 量质并重保供水

正实行水资源消耗总量和强度双控行动是党的十八届五中全会作出的重大决策部署。如何做好水资源消耗总量和强度双控行动,促进流域经济社会的可持续发展,是当前水资源管理领域的重点和热点问题。太湖流域地处江南水乡,本地水资源严重短缺,水质型缺水和局部工程型缺水问题常年存在,主要靠北引长江及上下游重复取用满足用水需求,饮用水安全问题尚未得到根本解决。实行水资源消耗总量和强度双控行动,促进流域节水减排、减污,全面保障流域供水安     

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...     

流域/区域水量水质联合配置研究Ⅱ：实例应用

为检验流域/区域水量水质联合配置理论方法的可行性,在湟水干流进行实例应用研究。进行了基准年的供需平衡、耗水平衡分析和水质模拟,对当地水质型缺水进行了识别。构建需水方案和工程方案集,以需水中方案和工程方案3为推荐方案。以改进的"三次平衡"思想为指导,模拟现有污染治理水平下,2030年水功能区纳污量;分析了耗水平衡和水功能区纳污能力的变化趋势,进行了污染物总量控制分配。结果表明,随着本研究方案的实施,各水资源分区生态用水比例均在60%以上;水质型缺水率仅为0.4%;2030年COD和氨氮纳污量分别为4 585.51 t和244.63 t,污染物总量得到控制;各水功能区水质均达标。证实流域/区域水量水质联合配置理论方法可行。     

绿洲城市水资源配置模拟和优化

从水资源与城市化相互影响的系统角度,基于反馈回路构建系统动力学模型,以乌鲁木齐市为例,设定5种水资源配置方案,模拟预测2012—2030年城市发展指标值和生产、生活、生态用水量及缺水程度等,根据水资源利用与城市化发展综合效益最大化的原则确定最优方案。结果表明:方案5能扭转水资源与城市化系统恶化趋势,实现水资源、环境和经济社会效益最大化。该方案通过调水、节水和调低城市发展速度,在2013年实现缺水程度为0,且第一产业用水比例递减,生态用水比例递增,废污水排放量较小,2030年总产值可达24751.74亿元,三次产业结构比例为0.47∶29.49∶70.04,总人口为467.78万,城镇化率为97%,用水总量为18.54亿m3。提出应加强城市化进程中经济增速控制和产业结构调整,以适应水资源配置。     

面向高质量发展的缺水地区水资源优化配置模型及应用

科学合理的水资源配置方案是实现北方缺水地区高质量发展的重要基础。在系统梳理相关研究成果的基础上,分析北方缺水地区水资源特点和未来配置需求,提出面向高质量发展的北方缺水地区水资源优化配置模型框架。从目标函数、约束条件、参数设置、算法设计等方面开展系统建模,并从惯性权重与学习因子两个角度对传统粒子群算法进行改进和有效性检验。最后,将模型和算法应用于北方典型缺水城市阳泉市的水资源配置方案研究。结果表明：阳泉市工业和生活用水具有较大节水潜力,平定县是最大用水户;规划水平年节水情景显著提升了缺水地区的需水满足程度和水生态环境承载能力;构建的高质量发展目标和北方缺水地区关键约束的水资源优化配置模型具有可行性。     

考虑水质与水价影响的城市再生水需求研究

再生水是城市的“第二水源”,加强再生水配置利用对优化供水结构、增加水资源供给、缓解水量供需矛盾以及保障水生态安全具有重要意义。科学预测城市再生水需求是提高污水资源化利用水平的重要基础。在区域水资源需求分析基础上,充分考虑工业生产、城市杂用、河道补水、农林灌溉等4大领域的水量和水质需求特点,提出考虑水质与水价的分领域再生水需求预测技术框架。首先考虑水质影响,引入再生水可替代率指标,分析水资源需求总量中可由再生水供给的水量;其次,考虑自主定价模式下再生水价格对用户需求的影响,建立“补贴-价格-需求”模型,计算不同补贴情景下区域再生水的需求量;最后,应用于宿迁市中心城市。结果表明：在规划年2025和2030年的再生水利用率目标要求下,采用中等补贴情景能在有效推广再生水利用的同时兼顾政府财政压力,再生水需求量分别可达10 095×10⁴和13 387×10⁴ m³。本研究进一步拓展了城市再生水需求量预测的理论方法,也为宿迁市再生水利用配置提供了科学依据。     

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。     

山东省农业水足迹周期及趋势变化分析

农业用水状况及其周期趋势分析对合理制定农业用水分配、提高水资源利用效率有着重要的现实意义。依据水足迹理论,分别计算了山东省1978-2014年农业总水足迹及其分项,利用经验模态分解(EMD)分别分析了各水足迹值的波动周期,从多时间尺度分析了农业总水足迹值波动影响因素,并结合对数平均迪氏分解(LMDI)方法,分析了引起总水足迹增长的主要贡献因素。结果表明:林牧渔业水足迹以3.5a为周期波动,种植业水足迹以5a为周期波动,总水足迹以8a为周期波动;农业总水足迹值3a短波动周期主要受种植业影响,8a长波动周期在2002年前主要受畜牧业影响,2002年后则主要受种植业影响;农业总水足迹及各分项多年来均呈增长趋势;蓝水、绿水、灰水足迹值的变化均对总水足迹值的增长起正向促进作用,多年来农业总水足迹值的增长由绿水足迹主导逐渐转变为蓝水足迹主导。     

五元系数法-改进熵权法在水质评价中的应用

为了使水质监测值和水体划类标准值之间关系更紧密,利用五元联系数方法建立了各水质评价指标与评价标准的五元联系数;同时在传统熵权计算的基础上,采用秩比法设定偏好校正系数,得到改进的熵权重;最后将五元联系数ui和改进的熵权重WRi相结合获得五元综合联系度,据此对水质进行评价,这是一种主客观结合的、符合实际情况的水质评价新方法。以贵州贵阳市河流断面监测数据为例,评定样本点所在河段水质等级,分析了该河流水质变化趋势,验证了五元系数法-改进熵权法水质评价方法的实用性。     

不同再生水占比景观水体水质演变机制实验研究

以永定河(北京段)为研究对象,开展不同再生水占比景观水体连续24d的水质监测实验,监测指标包括化学需氧量、氨氮、溶解氧、pH、电导率及土壤微生物多样性等。结果分析表明:相同实验条件下永定河上游山峡段河岸带土壤微生物多样性明显好于下游沙质断流河岸带土壤,而二者混合形成的沙土有利于丰富土壤微生物多样性;高再生水占比水体对于环境更加敏感,更容易因为外部因素引起水质变化,在高温下水质恶化速率更快;根据实验所监测的多项水质指标与生态效应综合分析,静止景观水体再生水占比在超过75%以后水质持续恶化,推荐永定河实际景观河道再生水占比控制在75%以下。     

基于综合指数法的保定市地表水资源脆弱性评价

根据地表水资源脆弱性内涵及保定市地表水资源的特点,从自然脆弱性、人为脆弱性和承载脆弱性三个方面选取10项评价指标。利用层次分析法确定各指标权重,基于综合指数法结合GIS/RS技术对保定市地表水资源脆弱性进行了定量评价。结果表明,保定市地表水资源总体上呈现出较为脆弱的态势,其中以保定市西北部、西部、中部偏东及东南部地区表现得最为明显。根据脆弱性结构,将这些地区分成自然脆弱性主导型地区、人为脆弱性主导型地区和承载脆弱性主导型地区三类。针对自然和人为脆弱性主导型地区,提出加快水利设施建设、扩大绿化面积等对策;针对承载脆弱性主导型地区,提出控制用水总量和人口增长、淘汰落后产能、发展节水技术、宣传节水知识等对策。     

水位波动作用下软土的变形强度特性研究

在我国沿海地区,过量抽取利用地下水引发了明显的地面沉降,限制开采量、人工回灌地下水对减轻地面沉降具有显著效果。开采与回灌地下水促成了地下水位的大幅波动,使得沿海地区广泛分布的软土层发生了明显的沉降与回弹变形。为了研究软土在水位波动作用下的变形和强度特性,利用沉降柱试验装置模拟地下水位波动,对不同水位波动次数作用后的软土试样进行了高压固结试验、直剪试验和三轴试验,研究了水位波动次数对软土变形性状的影响,给出了用初始强度指标和含水量表示的、不同水位波动次数作用后的软土残余强度表达式。试验结果表明:随着水位波动次数的增加,软土的变形特性增强而强度特性降低,黏聚力和内摩擦角随波动次数的增加呈近似线性降低;相同水位波动次数下软土试样的强度指标随含水量的增加呈明显下降趋势。研究成果对于探索城市地下水位波动对地面沉降和承载力变化的作用机理,提高科学决策水平及减轻环境地质灾害有着重要实际意义和应用价值。     

考虑水文情势变化的黄柏河流域纳污能力

水体的纳污能力是指在满足水功能区水环境质量达标的基础上,水体最大允许的纳污量,其精确核定对水资源合理开发利用与有效保护具有重要的现实意义。水利工程、人类活动等使河流原有水文情势发生了不同程度的改变,水文情势变化影响下的纳污能力精确核定现已逐渐成为当前亟待研究和解决的问题。以长江流域的黄柏河为例,选取汇入支流、水库和调(引)水工程3个主要影响因素分析了对河道水文情势及其对纳污能力的影响,根据水文情势的差异性变化提出了相应的纳污参数确定方法,并基于一维水质数学模型计算得出黄柏河流域水体的纳污能力,最后以典型区段黄柏河东支保护区为例与传统法的纳污能力结果进行了对比分析。结果表明考虑水文情势变化的纳污能力研究中所提出的纳污参数确定方法在一定程度上有助于水域纳污能力的准确核定。研究结果可以为区域有效保护水资源,防治水污染,改善水环境提供一定的技术参考。     

调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法

投资费用分摊对于分清调水工程各受益地区之间、部门之间的经济责任大小以及水价测算和定价等工作具有重要作用。提出基于过程和产生机制的调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法,旨在在分摊时反映水价要素的变化过程以及费用产生机制。在阐述投资分摊和费用分摊的原则、方法和具体步骤的同时,分析了两部制水价与单一制水价之间的关系以及供水量、还贷等要素变化过程对水价的影响。最后以产芝水库调水工程为例,研究了向多地区供水的、具有多种费用产生机制和要素变化过程的调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法。     

新形势下我国节水现状及问题分析

近年来,通过全面推进节水型社会建设,全国用水总量持续增长势头得到有效遏制,水资源利用效率明显提高,各行业节水取得显著成效。经统计分析,2016年较2010年总用水量、各行业用水量及占比变化不大,万元GDP用水量下降36%,灌溉水有效利用系数由0.51提高到0.54,万元工业增加值用水量下降42%,工业用水重复利用率提高到了88.3%,城镇公共供水管网漏损率维持在15%左右。农业、工业、城镇各重点领域现状节水水平与国际先进水平对比,仍存在较大差距,节水型社会建设任重道远。随着中国特色社会主义进入新时代,对水安全保障提出了更高要求,同时气候变化使得经济社会发展与水资源保障矛盾更为突出,节水工作面临新的形势与挑战。从法律标准、政策机制、科技创新、计量统计、管理体制、节水宣传等方面深层次探讨了现状节水工作存在的问题,并提出新形势下实施国家节水行动的重点及建议。     

基于区间两阶段随机规划方法的 北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m~3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m~3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m~3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。