石羊河流域多目标水资源配置模型及其应用

石羊河位于甘肃河西走廊内陆河流域,降雨稀少,生态环境脆弱,水是控制生态系统演变和限制社会经济发展的关键因子,水资源的合理配置是流域水资源持续利用的基础。遵循生态平衡原则、效率原则以及公平性原则,以流域生态需水满足度最大为生态目标、流域总的净效益最大为经济目标、流域内各计算单元人均净效益变率的均方差最小为社会公平目标,建立了水资源配置多目标评价函数。从供水、节水、结构调整、虚拟水等措施假设不同的水资源模拟配置情景,通过计算单元优化配置模型和水资源转化模拟模型的耦合模型得到各方案的配置结果,由多目标评价函数评价各方案的优劣,提出了流域水资源合理配置的方案。     

优化与模拟耦合模型在水资源合理配置中的应用

随着水资源供需矛盾日益加剧,合理配置已成为实现水资源可持续利用的重要手段,本文系统地阐述了我国水资源配置方面取得的研究和应用成果,分析了常用的两种配置模型——优化模型和模拟模型。结合工程实际,研究优化与模拟耦合在水资源合理配置中的应用,实现了水资源合理配置时间和空间的有机耦合。     

基于多目标遗传算法的西宁市水资源优化配置研究

对基于多目标遗传算法的水资源优化配置模型进行研究,可为城市水资源可持续利用和规划管理提供一定的参考依据。根据西宁市的水资源实际情况,建立水资源优化配置模型,并利用多目标遗传算法对该区域水资源进行了优化配置。结果表明,在各水平年不同保证率条件下,西宁市水资源经优化配置后的总供水量有所减少,各个水源的供水量亦有不同程度的减少,其中地表水和地下水减少的供水量较为明显。研究结果表明,多目标遗传算法在水资源优化配置中的应用效果较好,优化结果合理可靠。     

车路沟流域坝系水资源优化配置研究

根据车路沟流域的特点,设置GDP最大为经济目标、粮食产量增加为社会目标、水土流失最少为环境目标,在此基础上筛选决策变量,以经济条件、水土流失、水平衡、投资和农业生产水平作为约束条件,选择合适的决策变量,运用大系统多目标规划理论,建立了车路沟流域坝系水资源优化配置模型。模型计算表明,优化的水资源配置可使全流域经济目标增加,粮食产量明显提高,水土流失大幅减少。与实际情况对比,模型的相对误差较小、可靠度较高。     

新疆白杨河流域水资源的优化配置

[目的]针对新疆白杨河流域存在供需用水矛盾、地下水超采、生态用水量被挤占等问题,对该流域进行水资源优化配置,为新疆白杨河流域经济健康发展及水资源分配提供合理依据.[方法]运用水资源综合评价模型对新疆白杨河流域、达坂城区、托克逊县水资源承载力进行分析,建立以缺水量最小、经济效益最大、公平性最优为目标函数的多目标模型,采用...     

引洮受水区水资源多目标优化配置研究

甘肃省引洮工程通水后,其受水区的水资源匮乏状况将得到极大改善,如何高效合理地利用水资源是该区域亟待解决的重要课题。在对当地水资源供需状况全面预测的基础上,建立受水区家庭、工业、农业、服务业、建筑业、生态六大用水户水资源综合效益最大化多目标优化配置模型,采用多目标规划法进行求解,得到7种水资源配置方案,并对各方案进行分析,以期为促进受水区水资源利用效益的最大化和经济、社会、生态的协调发展提供决策依据。     

不确定条件下考虑水循环过程的灌区多水源高效配置

灌区多水源配置涉及"大气水-地表水-土壤水-地下水"水循环过程,水文要素的变化增加了灌区多水源配置的复杂性,如何在不确定性条件下考虑农田水循环过程,将有限的不同来源的水量高效的分配到作物不同生育阶段,对促进灌区精准灌溉具有重要意义。基于此,该研究在径流与降水联合不确定性条件下,建立基于水循环过程的灌区多水源高效配置多目标模型,该模型耦合了Jensen模型与水短缺足迹模型,以实现节水增效的目的,并获得灌区高效配水方案对径流-降水联合不确定性的响应特征。结果表明：在不同径流与降水的组合情景下,基于各情景配水方案及发生概率,灌区主要生育期的综合配水量为2 241万m3,地表水与地下水的分配比例为6.5∶1,田间实际配水量占灌区可分配水量的95%;经济效益与田间配水量呈正相关关系,而水短缺足迹与田间配水量呈负相关,所构建的模型权衡了灌区经济效益、产量、蓝水利用量多个相互矛盾目标,与实际情况相比,灌区水分生产力可提高11%;不同情景下各生育阶段需要灌溉的程度不同,拔节期对缺水的敏感性最强,且水量分配变幅较大;分蘖期、拔节期和乳熟期采用以地表水灌溉为主,而抽穗期采用以地下水灌溉为主的方式可促进灌区节水增效;多水源配置方案使灌区灌溉的有效性在各情景下均呈现良好状态,可靠性在良好和中等水平之间,而灌区在灌溉的充分性方面有很大提升潜力。构建的模型能够反映水文要素的动态变化对灌区多水源配置的影响,明晰渠首引水与田间多水源配水的相互关系,并提出效益与用水效率同步提升的多水源配置方案,为灌区农业水资源的高效利用提供决策支持。     

城市水资源承载力多目标模型及其在济南市的应用

 城市水资源承载力能够较好地反映城市水资源开发利用与人口、经济社会发展的适应状况。通过建立水资源承载力WRCC多目标模型,对现状年2005年、水平年2010年和水平年2020年共计6个计算方案的济南市水资源承载力的计算,得出济南市现有水资源可利用量在不同方案下能够支撑的最大人口和经济社会发展规模。结果表明:保泉与否牵扯到大量优质地下水能否开发利用,对济南市城市水资源承载力的影响很大;黄河水、长江水等客水资源以及今后城市中水等非常规水资源的利用对城市水资源承载力也可起到很大作用。济南市今后的发展既需要保泉,又需要充分利用黄河水和长江水,积极利用中水等非常规水资源,并需要充分考虑以水资源承载力为基础统一规划城市发展规模。     

基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型

地表水和地下水联合运用于农业灌溉是中国大部分灌区主要采用的灌溉形式,但目前的优化模型对地下水的运用情况过于简化,常采用定值作为优化模型的参数,所以不能真实反映地下水随时间对灌溉面积的影响。该文基于排队理论,研究分析了地下水灌溉的农田面积随等待地表水灌溉的历时的影响,并建立灌区渠系优化配水模型,以灌水历时最短为目标,根据渠首引水、渠系供水、作物用水等方面的用水关系建立约束条件。通过河北石津灌区的实际应用,说明模型方法的可行性,并提出该灌区5条主要干渠的合理优化配水方案。结果显示最优的灌溉历时为25.6 d;干渠B1的灌水周期贯穿了大部分灌水周期,是影响整个系统灌溉效率的关键渠道;子区C5分配的地下水资源较多,该子区的地下水灌溉面积占到了43%。该模型可更加真实地反映用于灌溉的地下水水量随时间变化的不确定性,能够为中国大部分地区建立地表水和地下水联合灌溉优化模型提供方法上的借鉴。     

三江平原水资源可持续利用优化配置研究

水资源的优化配置是实现可持续发展的有效措施之一。在定性地分析了目前三江平原出现吊泵、局部超采等水资源短缺问题的基础上,利用水资源系统的多目标性,建立了多目标水资源配置数学模型,并引入具备内在并行机制及全局搜索能力的并列选择遗传算法求解。以获得生活、生产和生态综合效益最大为目标,将各个子目标折算为一个统一量———经济效益作为基准点。结果表明,该模型和算法的结合达到了水资源优化的目的。     

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。     

基于农牧业需水特性的洋河流域农业水资源优化配置

针对洋河流域水资源短缺与水环境污染问题日益突出,以及考核断面水质难以达标等问题,为了实现水资源充分利用与环境保护的双重目标,结合流域经济社会发展及水资源开发利用现状特点,以洋河流域为研究对象,考虑水质约束,构建了农业水资源优化配置模型。在保障考核断面水质达标前提下,通过优化各月份不同作物和牲畜的配水量,以及作物种植面积和牲畜养殖数量,以实现农业经济效益最大化。为提高水质和实现水资源充分利用,提出补水减排联合控制水质达标方法,并基于农牧业需水特性配水,可避免非均衡给水情形的发生。同时,能有效降维,提升模型求解效率。以2014年为例,采用该模型优化计算,通过增加高效益的蔬菜、薯类种植面积和大牲畜的养殖数量,减少排污大的油料作物种植面积和小牲畜养殖数量,可实现考核断面水质达标,且农业配水量减少3.38%,经济效益增长11.96%,验证了该模型的有效性。再模拟分析2020年丰平枯3种典型水文年的优化配置方案,结果表明:随着可供水量的增大,农业配水、河道补水量会相应增加,大部分需水用户和子区的配水量也会随之增加。子区中的怀来县和宣化区的配水量增量较大,需水用户中谷物和水果的配水量增量较大,牲畜配水量增量小于农作物。需水用户的配水量增长率与其面积相关,子区间的配水量增长率与其区内作物类型和种植面积相关,以及水量分配是可供水量、污染排放量、经济效益综合权衡结果。该配置模型对于保障洋河流域的水质安全及区域经济可持续发展具有重大意义,并对考虑水质的水资源优化配置有一定的参考作用。     

利用OWA和电路模型优化黄河流域甘肃段生态安全格局

从生态系统服务视角出发优化生态安全格局,对于维护区域生态安全格局,确保经济社会稳定发展意义重大,但现有研究缺乏对多种生态系统服务之间权衡情景下生态系统状况的认知。该研究以黄河流域甘肃段为研究单元,在测度2019年食物供给、碳固定、产水量、土壤保持及生境质量5种典型生态系统服务的基础上,利用有序加权平均（Ordered Weighted Averaging,OWA）模型识别出生态系统服务权衡度最高的优先保护区作为生态源地,利用最小累积阻力模型和电路模型识别生态廊道和战略点区域,进行生态安全格局构建与优化。结果表明：黄河流域甘肃段生态源地斑块共计169个,总面积27 460.56 km2,约占研究区总面积的19.2%。5种生态系统服务之间在全流域尺度下呈现出协同关系,甘南高原、陇中、陇东黄土高原由于受地形气候和植被覆盖以及人类活动的影响,生态系统服务差异显著。利用电路模型提取得到441条生态廊道,总体呈网状分布,贯穿东西,识别出生态节点49个。提出构建\     

Evaluation of different methods for the determination of saturated hydraulic conductivity for simulation of water table depth and drainage discharge using the DRAINMOD computer simulation model

The purpose of this study was to investigate application of the DRAINMOD computer simulation model for estimation of water table depth (W) and drainage discharge (q) by using different values of saturated hydraulic conductivity (K _s) in a subsurface drainage system in Kooshkak area in Fars province. These values of K _s were obtained from the drainage system, a direct measurement of K _s calculated from drainage data (K _s1), Porchet method with saturated inverse hole (K _s2), ordinary Porchet method (K _s3) and saturated Porchet obtained using an empirical equation presented by Sepaskhah and Rezaee (K _s4) (Sepaskhah AR, Rezaee A. 1998. Hydraulic conductivity measurement for subsurface drainage system. Iran Agr Res. 17:139–150). The results indicated that saturated Porchet and saturated Porchet calculated using Equation (17) are reliable for determination of K _s because their values are close to that obtained from the direct method. Furthermore, the results indicated that W fluctuations and q are estimated properly by the DRAINMOD model, as shown by an index of agreement of 0.90–1.0 and 0.99 for W and q, respectively. However, q estimations were more accurate than W fluctuations, as shown by a mean absolute error of 0.045–0.243 and 1.73–25.44 for q and W, respectively. Using different values of K _s in the model caused tangible differences between the results, especially in W fluctuations, and showed that the model is sensitive to this parameter. Among the indirect methods of K _s determination, using the measured K _s obtained by the saturated Porchet method (K _s2) resulted in more accurate W and q. It was determined that the saturated Porchet method is more difficult and time-consuming than the ordinary Porchet method. Therefore, a relationship between these two tests has been developed in the study area [similar to the equation that was presented by Sepaskhah and Rezaee (1998 Sepaskhah, A R and Rezaee, A. 1998. Hydraulic conductivity measurement for subsurface drainage system. Iran Agr Res, 17: 139–150.  [Google Scholar])] and estimation of K _s from ordinary Porchet method can then be converted to saturated Porchet method for use in DRAINMOD model.