水利工程論文-南水北調(diào)中線水源區(qū)補(bǔ)水工程.doc

水利工程論文-南水北調(diào)中線水源區(qū)補(bǔ)水工程摘要：引江濟(jì)漢工程作為南水北調(diào)中線水源區(qū)最重要的補(bǔ)水工程之一，主要任務(wù)是改善漢江興隆梯級以下河道的農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、航運(yùn)和生態(tài)環(huán)境用水條件，使供水區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況得到合理的修復(fù)，以期實(shí)現(xiàn)“南北互利”。引江濟(jì)漢工程的渠道規(guī)模，是影響工程量、投資費(fèi)用和工程效益的重要因素，科學(xué)合理確定引江濟(jì)漢工程渠道規(guī)模，對實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)中線受水區(qū)和水源區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重大意義。本文應(yīng)用系統(tǒng)工程、渠道設(shè)計(jì)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論和方法，建立了以供水量最大、生態(tài)環(huán)境需水量缺水量最小和工程規(guī)模利用率最大為目標(biāo)、以水資源優(yōu)化配置為基礎(chǔ)的渠道規(guī)模多目標(biāo)優(yōu)選模型，首次提出了不同頻率組合控制流量的多目標(biāo)邊際優(yōu)選法，對引江濟(jì)漢工程渠道規(guī)模進(jìn)行了實(shí)例研究，取得了滿意成果。關(guān)鍵詞：渠道規(guī)模水資源優(yōu)化配置多目標(biāo)邊際指標(biāo)南水北調(diào)引江濟(jì)漢1前言南水北調(diào)中線工程從漢江丹江口水庫引水，沿太行山東麓北上，經(jīng)河南、河北，自流輸水到嚴(yán)重缺水的京津華北地區(qū)，以解決干渠沿線北京、天津等20座大城市，100多個(gè)縣市的用水問題。南水北調(diào)中線工程，近期調(diào)水95億m3，遠(yuǎn)景調(diào)水130億m3，丹江口水庫下泄水量減少，水位降低，勢必會改變漢江中下游干流供水區(qū)的水資源供需關(guān)系和生態(tài)環(huán)境條件，加劇該地區(qū)日趨嚴(yán)重的水資源供需矛盾。為了既有利于實(shí)現(xiàn)向北調(diào)水的任務(wù)，又無損失水源區(qū)的根本利益，必須采取相關(guān)補(bǔ)償工程措施，消除調(diào)水帶來的不利影響。引江濟(jì)漢工程（也稱“兩沙運(yùn)河”）作為漢江中下游水源配套工程措施之一，是從長江荊江河段沙市附近取水補(bǔ)充漢江干流興隆梯級以下地區(qū)的灌溉、航運(yùn)、生態(tài)環(huán)境等方面的用水需求，以及東荊河地區(qū)的灌溉、生態(tài)環(huán)境用水需求，（如圖1所示）。引江濟(jì)漢工程的供水對象包括：（1）東荊河灌區(qū)、謝灣灌區(qū)、澤口灌區(qū)、沉湖灌區(qū)、漢川二站提水灌區(qū)和江尾提水灌區(qū)等六個(gè)灌區(qū)，現(xiàn)有耕地面積39.9萬hm2，有效灌溉面積3.79萬hm2，人口555.24萬人；（2）武漢市城區(qū)、仙桃、潛江、漢川、孝感、東西湖、蔡甸等7個(gè)城市（區(qū)），供水人口333.7萬人，工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)534.75億元；（3）漢江下游河道生態(tài)環(huán)境用水：針對20世紀(jì)90年代以來，漢江沙洋以下約300km的河段發(fā)生過5次“水華”事件，使?jié)h江中下游河道維持一定的流量保證河道生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定；（4）河道內(nèi)航運(yùn)用水：為保證航道條件需保持一定流量，以維持必要的航深和航寬。對圖1所示的水資源系統(tǒng)，各供水子區(qū)的各部門用水，首先由該供水子區(qū)內(nèi)的各種當(dāng)?shù)厮Y源（包括地表水、地下水和過境水等）供給，如出現(xiàn)供水不足，則由引江濟(jì)漢工程補(bǔ)充供水，所以，各供水子區(qū)的缺水量大小，是確定工程渠道規(guī)模的重要依據(jù)。但是，供水區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源不同的配置方式，其產(chǎn)生的缺水量在時(shí)間和空間的分布是不同的，從而也影響著分干渠和總干渠的規(guī)模。渠道規(guī)模的優(yōu)選實(shí)質(zhì)上是水資源優(yōu)化配置在工程側(cè)面的體現(xiàn)，總的原則是在充分合理使用當(dāng)?shù)厮Y源的前提下，最大限度發(fā)揮工程的輸水能力，盡量減少各種水源的棄水和渠道的閑置，提高供水保證率和水資源綜合利用率。2渠道規(guī)模優(yōu)選的數(shù)學(xué)模型根據(jù)水資源優(yōu)化配置目標(biāo)的度量識別，本次研究認(rèn)為最優(yōu)的渠道規(guī)模應(yīng)該體現(xiàn)供水區(qū)社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境綜合效益最優(yōu)1，4，數(shù)學(xué)模型如下。2.1目標(biāo)函數(shù)（1）總供水量最大，即式中，WG總供水量；WGy(k,t)、WGh(k,t)、WGl(k,t)第k供水片第t時(shí)段的引江濟(jì)漢工程供水量、當(dāng)?shù)氐乇硭偷叵滤┧?；M長系列資料時(shí)段總數(shù)；N供水片總數(shù)。（2）總生態(tài)環(huán)境缺水量，即式中，WQe總生態(tài)環(huán)境缺水量；Ue(k,t)第k供水片第t時(shí)段供水區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量；WGe(k,t)第k供水片第t時(shí)段總供水量中可以提供的生態(tài)環(huán)境供水量；其它符號意義如前所述，下同從略。（3）引江濟(jì)漢工程渠道利用率最大，即式中，R引江濟(jì)漢工程利用率；Q(k,t)第k渠段第t時(shí)段的流量；QSUP(k)第k渠道的最大輸水控制流量。2.2約束條件（1）漢江水量平衡方程約束：W(k+1,t)=W(k,t)+P(k,t)-P(k,t)-E(k,t)+G(k,t)+I(k,t)-WGh(k,t)+F(k,t)(4)式中，W(k,t)、W(k,t+1)第t時(shí)段上游第k供水片的入、出境水量；P(k,t)、E(k,t)第t時(shí)段第k河段的降水量、水面蒸發(fā)量；G(k,t)、I(k,t)第t時(shí)段第k河段的地下水匯入量、河道區(qū)間水量；WGh(k,t)、F(k,t)第t時(shí)段第k供水片的供水量、回歸水量。（2）供水區(qū)水量平衡方程約束：U(k,t)-WQ(k,t)-WGy(k,t)-WGh(k,t)-WGl(k,t)=0（5）式中U(k,t)、WQ(k,t)第k供水片第t時(shí)段的需水量、缺水量。（3）引江濟(jì)漢工程渠道輸水能力上限約束：Q(k,t)w(k)Qsup(6)Q(k+1,t)Q(k-1,t)(7)式中，w(k)第k支渠從總干渠的設(shè)計(jì)分流比例。（4）水源棄水量最小約束：式中，WL水源的棄水總量目標(biāo)值；Wl(k,t)第k供水片第t時(shí)段的地表水源可供水量；T*系列時(shí)候刻度單位，一般為旬、日、月等；公式中大括號內(nèi)的三項(xiàng)分別為地表水源棄水量、地下水源棄水量和引江濟(jì)漢工程虛擬棄水量。（5）邊界條件約束、變量非負(fù)約束等。3多目標(biāo)邊際優(yōu)選法渠道規(guī)模的多目標(biāo)邊際優(yōu)選法包括供水區(qū)水資源優(yōu)化配置、控制六倆優(yōu)選、設(shè)計(jì)流量和加大流量優(yōu)選、靈敏度分析四步，其中水資源優(yōu)化配置和控制流量優(yōu)選是相互耦合并需要多次反復(fù)。3.1水資源優(yōu)化配置各供水片對當(dāng)?shù)厮床扇〉呐渲梅绞綍绊懙椒炙诘奶澦^程。從水資源可持續(xù)利用的角度出發(fā)，必須對各分水口所含供水片的水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，這樣得到的各分水口虧水過程，才是確定引水渠道最優(yōu)規(guī)模的直接依據(jù)。不考慮引江濟(jì)漢水源，采用渠道規(guī)模優(yōu)選的數(shù)學(xué)模型（1）（8）進(jìn)行供水區(qū)的水資源優(yōu)化配置（忽略目標(biāo)（3）并使Qsup=