基于线性规划和MODFLOW耦合技术的人民胜利渠灌区水资源优化配置研究

【目的】确定人民胜利渠灌区合理的农业水资源优化配置方案,为灌区水资源管理和机井布置提供科学依据。【方法】针对人民胜利渠灌区水资源分配不合理及灌区生态环境恶化问题,按照灌区地形地貌、工程类型和灌溉水源特点将灌区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个计算单元,基于线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型对灌区各计算单元进行不同水文年水资源优化配置,并模拟优化配置后地下水位动态变化。【结果】确定了不同水文年灌区的水资源优化配置方案:灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区不同水文年的井渠比例有所不同,平水年井渠比分别为1/3.14、1/3.25、1/2.92,丰水年分别为1/3.47、1/3.66、1/3.24,枯水年分别为1/2.75、1/2.77、1/2.60;平水年计算单元Ⅰ区模拟地下水埋深相比初始埋深下降0.01 m,水资源总量基本处于平衡状态;计算单元Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相对于初始埋深分别上升了0.12、0.15 m;丰水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别上升了0.1、0.23、0.3 m;枯水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别下降了0.17、0.08、0.04 m。【结论】线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型相结合能较好地模拟灌区地下水流场和预测地下水动态变化趋势,进而确定合理的水资源优化配置方案。     

新型群体智能算法优化BIGRU/BILSTM的水资源空间均衡评价

为科学评价云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡状态，建立基于社交网络搜索（SNS）算法、登山队优化（MTBO）算法优化双向门控循环单元（BIGRU）、双向长短时记忆（BILSTM）网络的水资源空间均衡评价模型。首先，从水资源支撑、水资源压力、水资源调控力3个方面遴选15个指标构建水资源空间均衡评价指标体系和等级标准，采用线性内插和随机选取的方法生成样本构建BIGRU、BILSTM适应度函数；其次，简要介绍SNS、MTBO算法原理，利用SNS、MTBO优化BiGRU、BiLSTM隐含层神经元数、学习率（超参数）构建SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型，通过不同样本大小和连续10次运行的方法验证SNS-BIGRU等4种模型的稳健性；最后利用SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型对云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡进行评价，并与SNS-支持向量机（SVM）、MTBO-SVM和模糊综合评价法的评价结果作对比。结果表明：(1)所建立的SNS-BIGRU等4种...     

面向生态的黑河中游模糊多目标水资源优化配置模型

以黑河中游为例,构建面向生态的单目标(模型一)和多目标(模型二)水资源优化配置模型,并进行对比分析。其中,单目标模型的目标函数是农业和生态产生的经济价值最大;多目标模型的生态目标是生态供水满意度最大,经济目标是农业产值最大。为了保证生态用水,模型中引入0-1整数规划来优化传统灌溉和节水灌溉的种植面积,同时,考虑到模型参数的不确定性,将模糊数引入到已建模型中。分别对2个模型求解,得到从不同角度出发的各个计算单元的水资源优化配置结果,为当地的生态保护提供了有力的决策支持。     

结合权重缺水率法的流域水资源三层次配置模型研究

为有效避免流域水资源配置过程中的“维数灾”问题及体现用户公平,通过建立需水单元三层次结构并结合权重缺水率法提出了以各层次需水单元权重缺水率相等且最小为优化目标的流域水资源三层次配置模型,并将其运用到东江干流水资源配置实例中。该模型层次明晰、简单易行,在优化流域水资源空间配置方面具有重要意义。     

区域水资源-能源-粮食系统耦合协调演化特征研究

水资源、能源和粮食是生产生活的基本要素。将3者视为一个相互依赖的系统,水资源-能源-粮食系统的耦合协调发展是区域可持续发展的重要基础。以辽宁省为研究对象,通过构建耦合协调度评价指标体系,采用熵值法赋权并引入耦合协调度模型及计算方法,对2006-2015年水资源-能源-粮食系统的耦合协调关系及其时序演化特征进行了实证分析。研究结果表明:辽宁省2006-2015年水资源-能源-粮食系统的整体协调发展能力在波动中不断增长,耦合协调度大致经历了过渡、基本协调2个发展阶段和勉强协调、初级协调、中级协调3个发展类型,且持续提升的趋势非常明显,但尚未跨入高度协调发展阶段,还有很大的提升空间。     

灌溉水资源安全阈值确定与高效配置

针对灌溉水资源供需矛盾突出且用水效率低等问题,寻求能够保证灌溉水资源可持续利用的安全阈值并基于此进行高效配水具有重要意义。采用模糊识别模型计算灌溉水资源与社会经济生态协调发展的协调度,并以此协调度作为状态变量,结合通过因子分析法获得的控制变量拟合尖点突变模型,通过突变判别式确定灌溉水资源安全阈值。在此基础上,以灌溉水生产率最大为目标函数构建灌溉水资源优化配置模型。以黑河中游甘州区、临泽县、高台县为例,得到三区(县)的灌溉用水安全阈值下限分别为4.88,3.02和2.69亿m~3,灌溉水生产力为1.58kg/m~3。得到的结果可为研究区域和类似地区提供技术参考。     

考虑负荷均衡的水资源承载能力研究——以滦河流域为例

经济的高速发展、人口的快速膨胀,导致水资源短缺、水环境污染、水生态恶化等问题日益加剧。在协调地区社会经济发展与生态环境保护的基础上,明确水资源的承载极限与承载状态是缓解水危机,实现水资源可持续利用的有效途径。对负荷均衡的概念进行探讨,通过引入协调发展度对社会经济、生态环境均衡发展的程度进行度量,将其作为约束条件,构建了水资源承载能力多目标计算模型,并将其应用于滦河流域。结果表明:随着时间的推移,滦河流域水资源承载状态大致呈现出好转的趋势;流域内部的唐山地区的承载状态相对于其他地区较差,需要引起注意。     

沿海地区粮食产量变化及其驱动因素分析

水土资源是粮食生产的基础资源，而农业产值是促进粮食生产的驱动力，在此基础上探究沿海地区粮食产量的主要影响因素，明确粮食产量与各影响因素的协调发展程度对评价区域粮食产量发展现状，保障粮食产量持续稳定增长具有重要意义。通过粮食产量、农业水土资源及农业产值等数据，构建了粮食产量恒等式模型，利用LMDI指数分解法探究了江苏沿海地区粮食产量的主要影响因素，利用耦合协调度模型探究粮食产量与各影响因素的均衡性。结果表明：(1)2009-2015年江苏沿海地区粮食产量呈稳定增长趋势，2016年和2017年有所跌落，2018年恢复增长状态，2009-2020年期间共增产119.31万t。(2)2009-2020年间，影响沿海地区粮食生产的主要因素依次是农业产值、农业产值耗水量、粮食复种指数、农业水土资源和粮食单产水平。各因素年际变化表现为正负波动变化，且区域间各时间段粮食产量影响因素差异显著。(3)自2009年到2020年，粮食产量与各影响因素的耦合协调度由严重不协调状态（D∈(0.0,0.3])逐渐稳定在基本协调状态（D∈(0.5,0.8]）和高级协调状态（D∈(0.8,1.0]）。因此政府在粮食增产...     

江苏沿海3市水资源量与经济增长关系研究

江苏沿海地区水资源供需矛盾已经成为制约江苏沿海大开发的主要问题之一，如何解决沿海地区的水资源短缺问题,是实现江苏沿海经济腾飞的重要课题。通过江苏省沿海三市水资源总量的规律入手，分析经济增长与水资源需求量之间的分布规律，并且建立了新一轮周期下江苏沿海水资源供给量的Logistic预测模型。探究江苏沿海大开发之后沿海地区水资源供需方面存在的问题。最后从全局和整体出发，强调江苏沿海三市需要解决水资源供给量和需求量的缺口，做好节水工作，提高水资源利用效率，建立起全省水资源可持续利用的管理体系，真正实现江苏经济的腾飞。     

有计划市场的水资源优化配置理论

鉴于我国水资源严重不足的现实,结合当前治水的新思路,从对配置方法进行理论阐述入手,探求水资源优化配置的新方法-有计划市场的水资源优化配置。通过比较计划经济体制和市场经济体制下我国水资源配置手段的优缺点,引出有计划市场的水资源优化配置的内涵,进而阐明该配置的特点,并从有计划市场的水资源优化配置的基础-水权、机制-水市场以及水价手段-水价三方面入手,全方位构建有计划市场的水资源优化配置的理论体系。然后从有计划市场的水资源优化配置方式入手,分析"计划配置"和"市场配置"的目标和特点,结合二者所长,将计划机制和市场机制引入到该配置中去,提出水资源配置的最佳方式-"有计划市场配置"。     

济南市“五库连通工程”水资源优化配置研究

建立了多水源联合、以月为调节时段的济南市"五库连通工程"水资源优化配置模型,在分析和计算研究区供水水源时段初可供水量和时段内来水量等配置变量的基础上,提出不同降水频率对应的水资源配置方案,并对不同的水资源配置方案进行求解,得到最优配置方案,可为工程的健康运行提供决策支持。     

玛纳斯河流域水资源优化配置研究

以玛纳斯河(玛河)流域为研究对象,基于玛河流域可持续发展的思路及流域水资源系统特征,引入多目标水资源配置模型,并采用基于欧氏距离的交互式模型求解方法,计算了各水平年规划年的水资源优化配置结果,并根据目标满意度及目标总体协调度对配置结果进行了评价。计算结果可为玛纳斯河流域水资源配置提供决策参考,以提高流域的水资源利用率。     

玛纳斯河流域水姿源优化配置研究

以玛纳斯河(玛河)流域为研究对象,基于玛河流域可持续发展的思路及流域水资源系统特征,引入多目标水资源配置模型,并采用基于欧氏距离的交互式模型求解方法,计算了各水平年规划年的水资源优化配置结果,并根据目标满意度及目标总体协调度对配置结果进行了评价.计算结果可为玛纳斯河流域水资源配置提供决策参考,以提高流域的水资源利用率.     

流域精细化水资源优化配置模型及应用

精细化水资源优化配置是水资源可持续利用的重要手段，精准描述水资源系统高度的空间复杂性和用水供水要素时变特征是建立精细化水资源优化配置模型亟待解决的重难点，目前仍没有得到很好解决。针对此难点，建立时空双向尺度上的流域精细化水资源优化配置模型，兼顾考虑水库的蓄水要求、蒸发渗漏损失、用水节点和供水节点间的退水关系因素对模型精度和适用性的影响。将流域内供水单元、用水单元进行分类，并针对不同类型单元建立约束条件，以缺水量最小为优化准则，建立流域精细化水资源优化配置模型，并采用线性规划进行求解。在南盘江流域的实际应用结论如下：(1)流域内农村用水、城镇用水满足率均为100%，农业用水满足率为97.7%，工业用水满足率为82.4%，考虑到年末水库蓄水要求以及管道限制，部分农业用水节点和工业用水节点存在缺水现象，总体上实现了时间空间双向尺度上的精细化配置；(2)黑滩河水库总蒸发损失量占到了起始库容的6.6%，白浪灌片农业用水中各月总退水流量在实际用水流量的占比达到了25%，说明水库蒸发渗漏损失、退水流量等因素对水资源优化配置具有不可忽视的影响；(3)本模型精准描述了水资源系统内各节点间的复杂联系，可为...     

武汉市水资源合理配置

结合武汉市多水源、多输水工程、多用户的复杂水资源系统的实际状况，并针对目前大多数配置模型只考虑水源、用户之间的配置，忽略了供水工程的配置调度作用，提出了基于水源－供水工程－用户的大系统多目标配置模型，并综合运用大系统分解协调，总体线性优化及Matlab优化工具箱求解模型。该模型能突出供水工程在水资源配置中的作用，通过计算，明晰了水源－工程－用户之间的供水关系，为指导武汉市水资源合理开发，优化配置提供切实可行的依据。     

威海市节水农业综合评价研究

针对沿海地区水资源紧缺的问题,结合我国节水农业的发展现状,以威海市为例对其进行了节水农业综合评价指标体系及评价模型的研究,构建了节水农业综合评价指标体系,建立了多层次模糊综合评价模型,优化了评价理论和方法。结果表明：威海市节水农业发展良好,所建立的评价体系、评价方法及评价模型科学合理。该研究为沿海缺水区节水农业的综合评价提供了可操作的技术,对正确实施节水农业工程的管理具有指导意义。     

基于水足迹视角下的水资源利用与经济协调发展脱钩分析——以贵州省为例

为了探讨贵州省水资源利用与经济协调发展之间的关系,利用贵州省2006-2015年统计数据计算其水足迹指标以及水足迹评价指标,并构建协调发展脱钩评价模型对水资源利用与经济发展之间的关系进行评价,结果表明:贵州省2006-2015年水足迹总体上呈波动下降趋势,其中农业用水是水足迹的主要组成部分,平均占比为57.83%,农业用水中,粮食作物和蔬菜水足迹占比最大,平均占比为38.42%和41.96%;水资源自给率、水资源压力指数和水资源匮乏指标均较高;GDP增长与水资源利用的关系整体上在波动中由弱脱钩的初级协调向强脱钩的优质协调转化。基于以上结论,通过改变消费结构、改变虚拟水贸易结构以及优化产业结构来进一步促进贵州省水资源利用与经济增长之间更好的协调发展。     

基于改进飞蛾扑火算法的区域水资源优化配置模型研究

为解决复杂的区域水资源优化配置问题,以区域缺水率最小和污染物排放量最小为目标函数建立了水资源优化配置模型,并以汾河下游谷地供水区为例,预测其在规划水平年20%、50%、75%和95%来水频率下的供需水量。针对飞蛾扑火算法(MFO)存在的搜索耗时较长、易陷入局部最优的问题,改进其烛火更新公式及对数螺旋函数。通过对群智能算法中常用的测试函数做仿真实验,对比分析了改进前后MFO算法的寻优结果,并采用改进的MFO算法对模型进行求解。实例结果表明,所构建的区域水资源优化配置模型合理有效,改进的飞蛾扑火算法收敛速度快,寻优性能优越,可用于水资源优化配置领域。     

基于水权管理的水资源可持续承载力测评研究

研究基于水权管理的水资源可持续承载力。通过总结众多研究成果,以水权管理为基础,根据水资源承载力、水资源优化配置和可持续发展3者间的内在联系,界定了水资源可持续承载力的概念,构建了水资源可持续承载力科学测算的3个子模型:(1)基于水权理论的水资源配置模型;(2)基于系统层析分析模糊优选理论的水资源配置方案优选模型;(3)水资源可持续承载力计算模型。利用模型对甘肃省石羊河流域民勤县的水资源可持续承载力进行评价,结果显示:2020年最优水权配置方案下水资源支持民勤县人口、工业可持续发展的承载容量指标与已有成果相比分别增加2.02%和10.94%,次优方案下分别增加1.16%和4.30%。测算模型具有可靠性与实用性,可用于模拟不同水权管理情景下水资源可持续承载力的测算和评价。     

水资源优化配置研究进展

结合我国水资源问题,阐述了水资源优化配置的作用,对国内外水资源优化配置的研究进展做了评述,从可持续发展的角度,对水资源优化配置研究成果的特点进行归纳。在此基础上,指出水质水量联合优化配置和水资源优化配置效果评价的理论、模型和方法,以及3S技术和新优化算法在水资源优化配置中的应用,是水资源优化配置研究的重要领域。