管理制度優(yōu)化配置研究

1、管理制度優(yōu)化配置研究最嚴格水資源管理制度下的水資源優(yōu)化配置模型目標函數(shù)區(qū)域水資源優(yōu)化配置模型作為對現(xiàn)實系統(tǒng)的模擬，需要從全局出發(fā)，在多目標的約束下，進行統(tǒng)籌優(yōu)化。隨著流域內經濟、社會發(fā)展、生態(tài)保護與水資源聯(lián)系日益緊密，圍繞“經濟社會生態(tài)水資源”系統(tǒng)，建立以經濟效益、社會效益和環(huán)境效益為目標的多目標水資源優(yōu)化配置模型。經濟效益目標以區(qū)域供水帶來的直接經濟效益作為經濟目標的表達，即用供水效益與成本之差的最大值來表示經濟效益目標函數(shù)。式中：為獨立水源向子區(qū)用戶的供水量（萬），為公共水源向子區(qū)用戶的供水量，為獨立水源向子區(qū)用戶的單位供水量效益系數(shù)（元），為公共水源向子區(qū)用戶的單位供水效益系數(shù)（元），為

2、獨立水源向子區(qū)用戶供水的費用系數(shù)（元），為公共水源向子區(qū)用戶供水的費用系數(shù)（元），為子區(qū)獨立水源的供水次序系數(shù)，為子區(qū)用戶用水公平系數(shù)，為子區(qū)的權重系數(shù)。社會效益目標由于社會效益不容易度量，而區(qū)域缺水量的大小或缺水程度會直接影響到社會的發(fā)展和穩(wěn)定，故以區(qū)域缺水量的大小或缺水程度刻畫社會效益目標。環(huán)境效益目標區(qū)域用水的同時必定造成排污，以可代表區(qū)域代表性污染成份的排污量的最小值（例如）描述環(huán)境效益目標。式中：為子區(qū)用戶單位廢水排放量中的含量（），為子區(qū)用戶的污水排放系數(shù)。由于三個目標函數(shù)的量綱不一致，在求解前需要統(tǒng)一量綱，將目標函數(shù)規(guī)范化。首先求各個目標函數(shù)的最大值，、最小值，通過下式將目標函數(shù)

3、規(guī)范化，即這樣三個目標函數(shù)經過規(guī)范化處理后，有利于模型的求解。約束條件目標函數(shù)的約束條件可以從取水、用水和排水這三個水資源配水環(huán)節(jié)進行分析，并且體現(xiàn)出“三條紅線”的限制作用。用水總量約束不同水源供給計算分區(qū)各用水戶的總水量不應多于其可供水量，即式中：為地表水可供水量（萬），為地下水可供水量（萬），為外調水可供水量（萬），為污水處理回用水可供水量（萬）用水效率約束工業(yè)需水定額、農業(yè)需水定額以及國民經濟整體需水定額都應小于設計的用水效率控制指標，即（）式中，表示各行業(yè)需水定額；表示確定的不同水平年用水效率約束水功能區(qū)限制納污約束式中：為允許的排放總量（）部門用水量約束各水源提供給各分區(qū)各用戶的水量

4、不低于該部門的最低用水量式中：為子區(qū)用戶的最小需水量（萬），為子區(qū)用戶的最大需水量（萬）。變量非負約束各個分區(qū)的任何用水戶的用水量不為負數(shù)，所能提供的水量能滿足每個用水戶的需要，即實例分析研究對象概況濟寧市地處山東省西南部，地跨黃、淮兩大流域，黃河從北部穿境而過，南四湖處于濟寧腹地，京杭大運河貫穿南北。濟寧市屬于暖溫帶季風性氣候，年降雨量在左右，全市當?shù)囟嗄昶骄Y源量億，人均水資源量，不足全國平均水平的，南水北調工程開通后，每年約有萬的引江水量。全市包括有當?shù)氐乇硭?、地下水、外調水（引黃水和引汶水）和污水處理回用水等個供水水源，和城鎮(zhèn)生活、農村生活、農業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)公共用水和生態(tài)環(huán)境用水等個

5、用水戶。其中，跨流域調水僅供給梁山縣；污水處理回用水分別供給兗州市、鄒城市和魚臺縣；各水資源計算分區(qū)的當?shù)氐乇硭偷叵滤疄閱畏謪^(qū)水源。綜合考慮濟寧市的地形、地貌、統(tǒng)計資料的搜集以及方案實施的可行性，將濟寧市劃分為個水資源計算分區(qū)：市中區(qū)，任城區(qū)，汶上縣，兗州市，曲阜市，鄒城市，泗水縣，梁山縣，嘉祥縣，金鄉(xiāng)縣，魚臺縣，微山縣。參數(shù)確定供水次序系數(shù)、用水公平系數(shù)用水公平系數(shù)。在水量有限的情況下，最先滿足生活飲用水，然后統(tǒng)籌安排生產和生態(tài)用水，由此擬定各用水部門用水的先后次序為城鎮(zhèn)生活、農村生活、城鎮(zhèn)公共用水、生態(tài)、工業(yè)、農業(yè)。根據下式可計算得到用水公平系數(shù)：城鎮(zhèn)生活為，農村生活為，城鎮(zhèn)公共用水為，

6、生態(tài)為工業(yè)為，農業(yè)為。式中：）表示子區(qū)水源供水次序的序號，表示子區(qū)水源供水序號的最大值供水次序系數(shù)。反映的是分區(qū)內各水源相對于其他水源供水的優(yōu)先程度，根據各水源的調節(jié)能力，依據上式確定濟寧市水源的供水次序為：地表水為，地下水為，跨流域調水為，污水處理回用水為。用水效益系數(shù)、供水費用系數(shù)用水效益系數(shù)。工業(yè)用水的效益系數(shù)，可根據萬元產值需水量的倒數(shù)確定；農業(yè)用水效益系數(shù)，由灌溉后產生的效益與水利分攤系數(shù)確定；生活用水系數(shù)一般難以有明確的數(shù)值，為使其在計算過程中的供應量得到保證，一般效益系數(shù)賦予較大值。環(huán)境用水與生活用水關系緊密，一般環(huán)境用水效益系數(shù)的取值可參考生活用水的效益系數(shù)。供水費用系數(shù)。供水

7、費用系數(shù)的確定是依據水費收費標準。目前居民生活用水價格，工業(yè)用水價格，環(huán)境用水費用參照生活用水費用系數(shù)，農業(yè)用水費用系數(shù)為額定。對于有資料的水源工程，根據資料計算確定；缺乏資料時，可參考臨近地區(qū)類同水源工程。用戶需水量上下限生活需水量上下限。城鎮(zhèn)生活用水和農村生活用水，屬于保障性用水，任何時候都應優(yōu)先滿足，所以需水量上限都取其規(guī)劃水平年的需水量。生態(tài)環(huán)境需水量上下限。濟寧市水環(huán)境形勢不容樂觀，需要維護和改善，環(huán)境用水跟生活用水的上下限一樣取其需水量。工業(yè)需水量上下限。工業(yè)需水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。農業(yè)需水量上下限。工業(yè)需水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。城鎮(zhèn)公

8、共用水量上下限。城鎮(zhèn)公共用水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。計算結果與分析依據年濟寧市水資源公報和濟寧市水資源綜合規(guī)劃報告，以現(xiàn)狀年水平年（年）的水資源優(yōu)化配置為例進行計算分析，確定相關參數(shù)，并帶入上述模型中。由表和表可知，城鎮(zhèn)生活需水量和農村生活需水量的總和是萬，生活用水供水量量為萬，達到供需平衡；農業(yè)需水量為萬，供水量為萬，缺水量為萬，缺水率為；工業(yè)需水量為萬，供水量為萬，缺水量為萬，缺水率為；城鎮(zhèn)公共用水需水量和生態(tài)需水量均達到平衡。從表、圖和圖看出，全市需水量為萬，總供水量為萬，總缺水量萬，全市平均缺水率為，屬于缺水情況。存在缺水的行業(yè)主要集中在農業(yè)和工業(yè)，生活、生態(tài)以及城

9、鎮(zhèn)公共用水不存在缺水。超過全市平均缺水率的城市有市中區(qū)、任城區(qū)、曲阜市、鄒城市、泗水縣和嘉祥縣。由表和圖可以看出，工業(yè)和農業(yè)缺水程度尤為嚴重。究其原因，農業(yè)灌溉用水較多，灌溉效率低且農田灌溉需水定額較高，導致農業(yè)用水量劇增；工業(yè)發(fā)展迅猛，需水量增加，工業(yè)工藝方式落后導致用水浪費；水環(huán)境污染嚴重，廢水排放達標率低，且排放量較大，導致工農業(yè)使用污水處理回用水量較少；水資源分配過程中，優(yōu)先滿足生活用水，造成工業(yè)和農業(yè)供水不足，缺水增加?？傮w而言，隨著全市人口增加和社會經濟的發(fā)展，全市總需水量增加較大，而可供量較小，供需矛盾嚴重，用水日益緊張。由表和圖可知，市中區(qū)、任城區(qū)、曲阜市、鄒城市、泗水縣和嘉祥

10、縣缺水率較高，其中市中區(qū)、任城區(qū)和曲阜市缺水原因是工業(yè)增長速度較快但結構優(yōu)化進程緩慢。規(guī)模以上工業(yè)數(shù)量以煤炭化工、裝備制造等高耗水行業(yè)數(shù)量居多，高新技術產業(yè)發(fā)展緩慢；工業(yè)節(jié)水設備和生產工藝更新滯后，工業(yè)廢水未能有效轉化為處理回用水，污水處理能力和用水效率低下。鄒城市、泗水縣和嘉祥縣缺水原因是農業(yè)用水增加。農業(yè)種植結構主要以水稻、小麥、大麥和玉米等高耗水低效益的作物為主，而蔬菜、瓜類、果樹和棉花等低耗水高收益的作物占有比例較?。晦r業(yè)灌溉技術以“漫灌”為主，節(jié)水灌溉技術普及較慢，農業(yè)灌溉效率低，導致農業(yè)用水量較大。結語本文著重探討和研究最嚴格水資源管理制度與水資源優(yōu)化配置之間的契合點，將最嚴格水資源管理制度與區(qū)域水資源優(yōu)化配置相結合。實例研究表明，最嚴格水資源管理制度下的區(qū)域水資源優(yōu)化結果更具合理性，更能體現(xiàn)現(xiàn)實