黑河流域的水資源.

1、黑河流域的水資源黑河流域的水資源優(yōu)化配置優(yōu)化配置 李璐2015年6月10日目錄黑河流域簡(jiǎn)介評(píng)價(jià)體系配置優(yōu)化模型優(yōu)化配置思路水資源概況黑河流域簡(jiǎn)介（地理）黑河是我國(guó)西北地區(qū)第二大內(nèi)陸河，發(fā)源自青海省祁連冰川，流域東與石羊河流域相鄰，西與疏勒河流域相接，北至內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟(jì)納旗境內(nèi)的居延海，與蒙古人民共和國(guó)接壤，流域范圍介于東經(jīng)98102,北緯37504240之間，滋潤(rùn)著兩大綠洲：中游的甘肅省張掖市和下游的內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟(jì)納旗。共有35條小支流，由于用水的不斷增加，部分之流與干流失去水力聯(lián)系。形成東 、西、中三個(gè)獨(dú)立水系。一般所謂的黑河干流流域指的是東部子水系。東部子水系從青海祁連山發(fā)源到尾閭居

2、延海，全長(zhǎng)821km。涉及青海、甘肅、內(nèi)蒙古三?。ㄗ灾螀^(qū)），國(guó)土總面積14.29萬(wàn)km，其中甘肅省6.18萬(wàn)km，青海省1.04萬(wàn)km，內(nèi)蒙古約7.07萬(wàn)km。水資源概況地下下水冰川降雨地表水全流域干旱少雨，時(shí)空分布不均，年平均降雨量108mm祁連山河源冰川428條，覆蓋面積110.3km2。儲(chǔ)量27.55億m3 根據(jù)水文資料情將產(chǎn)流區(qū)劃分成有水測(cè)站觀測(cè)資料的河流，無(wú)觀測(cè)資料河流，淺山區(qū)和走廊平原區(qū)四種類(lèi)型區(qū)山丘區(qū)多年平均地下水資源量為9.36億m3,平原區(qū)多年平均地下水資源量為2032億m3地下水資源的可開(kāi)采量為6.72億m3 黑河流域出山口地表徑流總量為25.1131億m3,.其中干流出山

3、口鶯落峽站多年平均徑流量為16.19億m3,梨園堡站多年平均徑流量為2.32億m3,其它沿山支流多年平均徑流量為6.60億m3. 黑河流域地下水資源量為21.76億m3,黑河流域地下水主要由河川徑流轉(zhuǎn)化補(bǔ)給,地下水與河川徑流不重復(fù)量?jī)H為3.33億m3,其中山前側(cè)向補(bǔ)給量為2.647億m3(含巴丹吉林 沙漠側(cè)向補(bǔ)給量),降雨入滲補(bǔ)給量為0.68億m3.扣除地表水和地下水重復(fù)計(jì)算量, 黑河流域水資源總量為28.44億m3水資源總量水資源總量水資源概況 黑河流域作為典型的西北干旱區(qū),水資源的基本特點(diǎn)為: 干旱少雨，生態(tài)脆弱,沒(méi)有灌溉就沒(méi)有農(nóng)業(yè),沒(méi)有工程供水系統(tǒng)就談不上發(fā)展; 水土矛盾突出，地區(qū)分布不

4、均衡；水熱同步，內(nèi)陸河受冰川補(bǔ)給比例較大,年際徑流量變化不大;徑流年內(nèi)分布不均勻，調(diào)節(jié)代價(jià)高,春季缺水嚴(yán)重,大面積 干旱問(wèn)題迫切需要加大對(duì)出山口徑流的調(diào)節(jié)能力;生態(tài)需水剛性大，水資源可利用量相對(duì)較少,生態(tài)需水一般占水資源總量的1/3以上;地表水地下水轉(zhuǎn)化頻繁， 下游對(duì)中上游的水資源開(kāi)發(fā)利用方式極為敏感 (l)水資源嚴(yán)重短缺,供需矛盾突出年內(nèi)分配不均,來(lái)水需水過(guò)程很不協(xié)調(diào),干流缺乏骨干調(diào)蓄工程,客觀上加劇了水資源供需矛盾。自1993年至2005年,甘肅的張掖!臨澤!高臺(tái)三縣(市)共發(fā)生水事糾紛巧2起,發(fā)生各類(lèi)水事案件123起,其中多起是因搶水而破壞水利工程的惡性案件1761 (2)經(jīng)濟(jì)生活用水?dāng)D

5、占了生態(tài)用水甘肅省提出/興西濟(jì)中0發(fā)展戰(zhàn)略,并向中游地區(qū)移民灌溉面積發(fā)展很快. 隨著人口的增長(zhǎng)和灌溉面積的增加,全流域生產(chǎn)生活用水量已由解放初期的約15億m3增長(zhǎng)到目前的26.2億m, 生態(tài)用水被擠占導(dǎo)致尾間湖泊消失,地下水位下降,生態(tài)系統(tǒng)退化. (3)用水結(jié)構(gòu)不合理,水資源有效利用效率低中游地區(qū)引水口門(mén)，平原水庫(kù)過(guò)多,渠系完好率低，工程配套差,工業(yè)用水重復(fù)利用率低,城鎮(zhèn)生活用水長(zhǎng)期存在低價(jià)和包費(fèi)制現(xiàn)象,導(dǎo)致水資源利用效率低下;供水結(jié)構(gòu)不合理,地表供水份額過(guò)高,地下水開(kāi)采利用程度較低,機(jī)電井成井規(guī)模小!配套不全,潛水無(wú)效蒸發(fā)損失很大 (4)水污染潛在威脅大,水源地生態(tài)系統(tǒng)狀況堪憂 張掖現(xiàn)狀工業(yè)

6、廢水排放量約1385萬(wàn)t,達(dá)標(biāo)排放率僅1.53%,且污染物含量較高.另外張掖每年化肥施入量約30萬(wàn)t,通過(guò)各種途徑進(jìn)入干流,出山口干流水質(zhì)為I類(lèi),中下游降為2-3類(lèi)開(kāi)發(fā)利用中的問(wèn)題 自然屬性原則 生態(tài)屬性原則 環(huán)境屬性原則 經(jīng)濟(jì)屬性原則 社會(huì)屬性原則優(yōu)化配置原則水源配置時(shí)間配置空間配置管理配置用水配置優(yōu)化配置思路 其規(guī)劃的重點(diǎn)是系統(tǒng)全面地考慮較長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展需要,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用水結(jié)構(gòu),進(jìn)一步協(xié)調(diào)生活，生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水,其用水性質(zhì)以農(nóng)業(yè)灌溉用水為主;下游地區(qū)以合理輸水方式為重點(diǎn),合理配置水資源，提高水資源的利用效率,遏制和恢復(fù)下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)退化的趨勢(shì),其用水性質(zhì)以生態(tài)用水為主.由于中下游

7、河段的用水性質(zhì)差異較大,研究的重點(diǎn)各有側(cè)重,水資源配置區(qū)別不同河段進(jìn)行研究.結(jié)合黑河流域用水需求及上游山區(qū)骨干工程建設(shè)的可能性,考慮上游山區(qū)水庫(kù)的不同開(kāi)發(fā)任務(wù)，分水方案的約束條件,并參考水利部5黑河流域近期治理規(guī)劃6,另外方案的設(shè)置還將考慮水資源配置對(duì)象!配置目標(biāo)，工程措施，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等不同方面,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行黑河流域水資源合理配置供需平衡分析。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法， 大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論（本文采用）大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論（本文采用） 宏觀經(jīng)濟(jì)分析法宏觀經(jīng)濟(jì)分析法(投入產(chǎn)出分析法投入產(chǎn)出分析法) 多目標(biāo)規(guī)劃與決策技術(shù)多目標(biāo)規(guī)劃與決策技術(shù)水資源優(yōu)化配置模型建模方法合理配置優(yōu)化模型 水量供

8、需平衡約束（總水量，單元水量，河道節(jié)點(diǎn)，水庫(kù)水量，） 蓄水庫(kù)容約束（） 提引水量約束 地下水使用量約束 最小供水保證率約束 正義峽多年平均下泄量約束 三生用水約束（生活 生產(chǎn) 生態(tài)） 非負(fù)約束（邊界條件，起調(diào)庫(kù)容，傳遞條件）約束條件目標(biāo)函數(shù)配置目標(biāo)流程圖多目標(biāo)、多水源、多用戶的優(yōu)化模型多目標(biāo)、多水源、多用戶的優(yōu)化模型合理配置優(yōu)化模型的求解 目前的智能優(yōu)化算法包括禁忌搜索法 模擬退火法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 遺傳算法 免疫進(jìn)化算法（采用該種算法，MATLAB編程） 人工免疫優(yōu)化算法是基于現(xiàn)有進(jìn)化算法理論,受生物免疫機(jī)制啟發(fā),基于免疫系統(tǒng)原理發(fā)展而來(lái)的一種新的優(yōu)化方法.最早由美國(guó)新墨西哥大學(xué)的s.Fo

9、rest等提出了免疫系統(tǒng)的建模方法和思 免疫進(jìn)化算法的核心在于充分利用最優(yōu)個(gè)體的信息,以最優(yōu)個(gè)體的進(jìn)化來(lái)代替群體的進(jìn)化,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的調(diào)整把局部搜索和全局搜索在進(jìn)化過(guò)程中有機(jī)地結(jié)合起來(lái).該算法的實(shí)現(xiàn)手段著重體現(xiàn)在最優(yōu)個(gè)體的保留，生殖以及標(biāo)準(zhǔn)差的動(dòng)態(tài)調(diào)整上,和現(xiàn)有其他進(jìn)化算法相比,它具有搜索效率高和不易陷入局部最優(yōu)解等特點(diǎn).免疫算法（IEA）的原理免疫進(jìn)化算法一般表述初始種群生成適應(yīng)度計(jì)算最優(yōu)個(gè)體選擇子代生成不滿足終止條件滿足終止條件生成子代時(shí)只采用最優(yōu)個(gè)體進(jìn)行子代尋找求解流程圖與結(jié)果黑河流域水資源合理配置綜合評(píng)價(jià) 原則：社會(huì)合理性，經(jīng)濟(jì)合理性，生態(tài)環(huán)境合理性，資源合理性，效率合理性，發(fā)展協(xié)調(diào)性

10、社會(huì)合理性指標(biāo):包括人口自然增長(zhǎng)率,預(yù)期壽命,城鎮(zhèn)化率等24項(xiàng)指標(biāo). 經(jīng)濟(jì)合理性指標(biāo):包括人均GDP,人均糧食產(chǎn)量,單方供水成本等15項(xiàng)指標(biāo). 生態(tài)合理性指標(biāo):包括地下水埋深,湖泊萎縮率,斷流河長(zhǎng)比等23項(xiàng)指標(biāo). 資源合理性指標(biāo):包括可用水資源量,水資源開(kāi)發(fā)利用率等20項(xiàng)指標(biāo). 效率合理性指標(biāo):包括地表水控制率,單方水GDP產(chǎn)出等8項(xiàng)指標(biāo). 發(fā)展協(xié)調(diào)性指標(biāo):采用協(xié)調(diào)系數(shù)表示,協(xié)調(diào)系數(shù)可綜合反映可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)中前五類(lèi)準(zhǔn)則的系統(tǒng)離差程度.黑河流域水資源合理配置綜合評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選方法-主成分分析法 指標(biāo)權(quán)重確定方法-熵權(quán)法和德?tīng)柗品?綜合評(píng)價(jià)方法-層次分析法，綜合指數(shù)法，灰色關(guān)聯(lián)度分析，物元分析

11、法，投影尋蹤決策法（采用），墓于模糊隸屬度的DEA/AHP的三階段綜合評(píng)價(jià)方法（采用）配置思路：上游水庫(kù)+中游供水+分水方案約束.主要用于模擬加15年有上游水庫(kù)(承擔(dān)向中下游供水任務(wù))，中游下泄水量受分水方案約束情況下,流域水資源配置情況.合理評(píng)價(jià)流程圖合理評(píng)價(jià)流程圖合理配置方案規(guī)劃水平年的合理配置規(guī)劃水平年的合理配置結(jié)論與討論(l)現(xiàn)狀水平年(2005年)水資源合理配置成果分現(xiàn)狀水平年(2005年),黑河流域水資源總量為28.16億m,其中地表水資源量為24.84億m3 。資源量2.65億m3,降雨量0.69億m3.現(xiàn)狀黑河流域總需水量為32.65億m3(不含天然生態(tài)需水量,下同),其中生活

12、量0.52億時(shí),工業(yè)需水量0.94億m3,農(nóng)業(yè)需水量27.09億m3,人工生態(tài)需水量4.10億m3。不控制正義峽斷面下泄量情況,采用二元結(jié)構(gòu)水資源合理配置優(yōu)化模型進(jìn)行現(xiàn)狀水平年中游水資源合理配置計(jì)算(見(jiàn)表5一1),得出:流域多年平均總供水量為27.40億m3,其中地表水供水量22.97億m3,地下水供水量4.43億m3,多年平均總?cè)彼繛?.25億m3,缺水率為19.2%.中游地區(qū)多年平均總供水量為24.18億m3,其中地表水供水量21.09億m3,地下水供水量3.09億m3,缺水量為4.93億m。缺水分布為:中游農(nóng)田和人工生態(tài)缺水4.93億m3,鼎新灌區(qū)農(nóng)田和人工生態(tài)缺水0.31億m3.正義

13、峽下泄水量為7.43億m3,比9.50億m3分水指標(biāo)少2.07億m3;進(jìn)入額濟(jì)納旗的地表徑流量為3.89億m3.(2)規(guī)劃水平年(20巧年)水資源合理配置成果分析規(guī)劃水平年(20巧年),黑河流域水資源總量為28.16億m3,其中地表水資源量為24.54億m3,山前側(cè)向量為2.65億m3,降雨入滲量為0.69億m3.流域總需水量為22.75億m3,其中生活需水量為0.76億m3,工業(yè)需水量為1.52億m3,農(nóng)田灌溉需水量為1431億m3,人工生態(tài)需水量為6.16億m3。 確定了本研究采用的水資源配置方法,原則和模式.其次,根據(jù)黑河流域中下游河段的用水性質(zhì)差異較大,研究的重點(diǎn)各有側(cè)重,水資源配置應(yīng)區(qū)別不同河段進(jìn)行研究的特點(diǎn),分別擬定了5種不同的水資源 配置方案,并采用大系統(tǒng)理論建立了水資源合理配置的多目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化模型.由于該模型是一個(gè)十分復(fù)雜的多目標(biāo)多水源多用戶的配置模型,而免疫進(jìn)化算法作為一種全新的進(jìn)化算法,大量的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用表明,該方法具有收效速度快,操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),因此引入該方法對(duì)模型進(jìn)行求解.并按照求解結(jié)果,對(duì)黑河流域現(xiàn)狀水平年和規(guī)劃水平年的不同配置方案的配置成果進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)結(jié)論與探討參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1鄭重, 馬富裕, 李江全, et al.