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日目錄黑河流域簡介評價體系配置優(yōu)化模型優(yōu)化配置思路水資源概況黑河流域簡介（地理）黑河是我國西北地區(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)額濟納旗境內(nèi)的居延海，與蒙古人民共和國接壤，流域范圍介于東經(jīng)98102,北緯37504240之間，滋潤著兩大綠洲：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、中三個獨立水系。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821km。涉及青海、甘肅、內(nèi)蒙古三省（自治區(qū)），國土總面積14.29萬km，其中甘肅省6.18萬km，青海省1.04萬km，內(nèi)蒙古約7.07萬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)劃分成有水測站觀測資料的河流，無觀測資料河流，淺山區(qū)和走廊平原區(qū)四種類型區(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)化補給,地下水與河川徑流不重復(fù)量僅為3.33億m3,其中山前側(cè)向補給量為2.647億m3(含巴丹吉林 沙漠側(cè)向補給量),降雨入滲補給量為0.68億m3.扣除地表水和地下水重復(fù)計算量, 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),水資源的基本特點為: 干旱少雨，生態(tài)脆弱,沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè),沒有工程供水系統(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)代價高,春季缺水嚴(yán)重,大面積 干旱問題迫切需要加大對出山口徑流的調(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， 下游對中上游的水資源開發(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,來水需水過程很不協(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!高臺三縣(市)共發(fā)生水事糾紛巧2起,發(fā)生各類水事案件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)濟生活用水?dāng)D

5、占了生態(tài)用水甘肅省提出/興西濟中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，平原水庫過多,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)生活用水長期存在低價和包費制現(xiàn)象,導(dǎo)致水資源利用效率低下;供水結(jié)構(gòu)不合理,地表供水份額過高,地下水開采利用程度較低,機電井成井規(guī)模小!配套不全,潛水無效蒸發(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t,達標(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t,通過各種途徑進入干流,出山口干流水質(zhì)為I類,中下游降為2-3類開發(fā)利用中的問題 自然屬性原則 生態(tài)屬性原則 環(huán)境屬性原則 經(jīng)濟屬性原則 社會屬性原則優(yōu)化配置原則水源配置時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)劃的重點是系統(tǒng)全面地考慮較長時期的發(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,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,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,研究的重點各有側(cè)重,水資源配置區(qū)別不同河段進行研究.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)水庫的不同開發(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)上進行黑河流域水資源合理配置供需平衡分析。 系統(tǒng)動力學(xué)方法，系統(tǒng)動力學(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)濟分析法宏觀經(jīng)濟分析法(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，水庫水量，） 蓄水庫容約束（） 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)） 非負約束（邊界條件，起調(diào)庫容，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)有進化算法理論,受生物免疫機制啟發(fā),基于免疫系統(tǒng)原理發(fā)展而來的一種新的優(yōu)化方法.最早由美國新墨西哥大學(xué)的s.Fo

9、rest等提出了免疫系統(tǒng)的建模方法和思 免疫進化算法的核心在于充分利用最優(yōu)個體的信息,以最優(yōu)個體的進化來代替群體的進化,通過標(biāo)準(zhǔn)差的調(diào)整把局部搜索和全局搜索在進化過程中有機地結(jié)合起來.該算法的實現(xiàn)手段著重體現(xiàn)在最優(yōu)個體的保留，生殖以及標(biāo)準(zhǔn)差的動態(tài)調(diào)整上,和現(xiàn)有其他進化算法相比,它具有搜索效率高和不易陷入局部最優(yōu)解等特點.免疫算法（IEA）的原理免疫進化算法一般表述初始種群生成適應(yīng)度計算最優(yōu)個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只采用最優(yōu)個體進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價 原則：社會合理性，經(jīng)濟合理性，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、社會合理性指標(biāo):包括人口自然增長率,預(yù)期壽命,城鎮(zhèn)化率等24項指標(biāo). 經(jīng)濟合理性指標(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,斷流河長比等23項指標(biāo). 資源合理性指標(biāo):包括可用水資源量,水資源開發(fā)利用率等20項指標(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價 評價指標(biāo)篩選方法-主成分分析法 指標(biāo)權(quán)重確定方法-熵權(quán)法和德爾菲法 綜合評價方法-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的三階段綜合評價方法（采用）配置思路：上游水庫+中游供水+分水方案約束.主要用于模擬加15年有上游水庫(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.合理評價流程圖合理評價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,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)化模型進行現(xiàn)狀水平年中游水資源合理配置計算(見表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;進入額濟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,研究的重點各有側(cè)重,水資源配置應(yīng)區(qū)別不同河段進行研究的特點,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,而免疫進化算法作為一種全新的進化算法,大量的實驗及應(yīng)用表明,該方法具有收效速度快,操作簡單等優(yōu)點,因此引入該方法對模型進行求解.并按照求解結(jié)果,對黑河流域現(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行了計算分析。結(jié)結(jié)論與探討參考文獻參考文獻 1鄭重, 馬富裕, 李江全, et al.