水资源优化配置研究进展 下载本文

水利工程是水资源配置的基本单元,由于其结构相对简单,影响和制约因素相对较少,如何实现水利工程控制的有限水资源量的最大效益,成为广大学者较早涉足的研究领域。曾赛星、李寿声( 1986)在对内蒙古河套灌区地表水地下水联合优化调度中,采用动态规划方法确定各种作物的灌水定额及灌水次数;1989针对江苏徐州地区欢口灌区的实际情况,建立了一个既考虑灌溉排水、降低地下水位的要求,又考虑多种水资源联合调度、联合管理的非线性规划模型,以确定农作物最优种植模式及各种水源的供水量比例。唐德善( 1992)以黄河中游某灌区为例,运用递阶动态规划法,确定水资源量在工业和农业之间的分配比例。此外, 贺北方等( 1995) 、黄振平等( 1995) 、向丽等( 1999)和马斌等( 2001)对多库多目标最优控制运用的模型与方法、灌区渠系优化配水、大型灌区水资源优化分配模型、多水源引水灌区水资源调配模型及应用进行了研究[7]。这些成果使水利工程单元的水量优化配置模型和方法不断丰富和完善,促进了以有限水资源量实现最大效益的思想在水利工程管理中的应用。 3. 2区域水资源优化配置

区域是社会经济活动中相对独立的基本管理单位,其经济社会发展具有明显的区域特征。随着经济社会的快速发展,以及多目标和大系统优化理论的日渐成熟,自80年代中期以来,区域水资源优化配置研究成为水资源学科研究的热点之一。贺北方( 1988、1989)提出区域水资源优化分配问题,建立了大系统序列优化模型,采用大系统分解协调技术求解。在河南豫西地区建立了区域可供水资源年优化分配的大系统逐级优化模型。该成果的特点是考虑了产业结构调整对水资源量配置的影响。吴泽宁等( 1989)以经济区社会经济效果最大为目标,建立了经济区水资源优化分配的大系统多目标模型及其二阶分解协调模型,并用层次分析法间接考虑水资源配置的生态环境效果。翁文斌等( 1995)将宏观经济、系统方法与区域水资源规划实践相结合,形成了基于宏观经济的水资源优化配置理论[8],并在这一理论指导下提出了多层次、多目标、群决策方法,实现了水资源配置与区域经济系统的有机结合,也是水资源优化配置研究思路上的一个突破。吴险峰等( 1997)探讨了北方缺水城市,枣庄在水库、地下水、回用水、外调水等复杂水源下的优化供水模型,从社会、经济、生态综合效益考虑,建立了水资源量优化配置模型。2002年中国水利水电科学研究院等单位联合完成的 “九五”国家重点

科技攻关项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”,建立了干旱区生态环境需水量计算方法,提出了与区域发展模式及生态环境保护准则相适用的生态环境需水量,在此基础上,提出了针对西北生态脆弱地区的水资源配置方案[9]。采用了在水资源配置方案设置的基础上,生成水资源配置结果的研究思路,使水资源配置结果更符合区域的实际。 3. 3流域水资源优化配置

流域是具有层次结构和整体功能的复合系统,由社会经济系统、生态环境系统、水资源系统构成,流域系统是最能体现水资源综合特性和功能的独立单元。国内在流域水资源优化配置方面也取得了可喜的成果,成果与区域水资源优化配置研究具有近似的特征。唐德善( 1994)应用多目标规划的思想,建立了黄河流域水资源多目标分析模型,提出了大系统多目标规划的求解方法。1996年由黄委会勘测规划设计研究院主持的“黄河流域水资源合理分配和优化调度研究”成果中,开发了由数据库、模拟模型、优化模型等组成的决策支持系统,并初步研究了黄河干流多库水量联合调度模型。王成丽等( 1997)针对近年来黄河下游连年缺水、断流等现象,研究了黄河下游水资源量的优化配置问题。陈晓宏等( 2002)以大系统分解协调理论作为技术支持,运用逐步宽容约束法及递阶分析法,建立东江流域水资源优化调配的实用模型和方法,并对该流域特枯年水资源量进行优化配置和供需平衡分析。 3. 4跨流域水资源优化配置

跨流域水资源优化配置是以二个以上的流域为研究对象,其系统结构和影响因素间的相互制约关系较区域和流域更为复杂,仅用数学规划技术难以描述系统的特征。因此,仿真性能强的模拟技术和多种技术结合成为跨流域水资源量优化配置研究的主要技术手段。邵东国( 1994)针对南水北调东线这一多目标、多用途、多用户、多供水优先次序、串并混联的大型跨流域调水工程的水量优化调配 以系统弃水量最小为目标,建立了自优化模拟决策模型,采用动态规划法进行求解。吴泽宁等( 1997)以跨流域水资源系统的供水量最大为目标,将模拟技术和数学规划方法相结合,建立了具有自优化功能的流域水资源系统模拟规划模型[10],并以大通河和湟水流域为例对模型进行验证,提出了跨流域调水工程的规模。解建仓等针对跨流域水库群补偿调节问题,建立了多目标模型,并分析了求解方法和

实用上的简化,通过大系统递阶协调方法和决策者交互方式的补充,来实现综合的决策支持(DSS)算法。 4结 论

4.1 水资源优化配置研究存在的问题

由于水资源系统涉及经济、社会、技术和生态环境的各方面,是复杂的巨系统,特别是可持续发展战略实施,对水资源配置的要求越来越高,水资源优化配置也不断面临新的挑战。用可持续发展思想审视已有研究成果,尚有不完善之处,概括起来有以下方面, ①重视水量的优化配置,对水质水量统一优化配置研究不够;②重视确定条件下水资源的优化配置,对不确定性对水资源配置的影响研究不够;重视工程措施,对非工程措施在水资源优化配置中的作用研究不够;③重视水资源配置的经济效益研究,对水资源的生态环境效果研究不够。 4. 2水资源优化配置研究的发展趋势 (1)水质水量联合优化配置研究

可持续发展要求以水资源可持续利用支撑和保障经济社会的可持续发展,这要求在水资源配置研究中,充分考虑代际间发展和用户之间分配的公平性,以及经济发展与水资源、环境之间的相互协调。因此,如何从理论和技术上体现水资源配置的公平性和水资源配置与经济、环境、人口的协调,是水资源配置研究必须解决的问题之一。

(2)水资源优化配置效果评价研究

为提高水资源优化配置研究成果的实用价值,水资源优化配置方案的效果评价也是研究的重点课题之一。区域水资源配置系统的各因素相互影响和相互制约机制极其复杂,效果的表现形式各种各样,在建立水资源优化配置的模型时,无论从理论上还是技术上都难以完整体现,难免要作一些简化。同时,在模型中充分反映众多不确定因素影响也很困难。此外,优化配置模型不便直接反映决策者的偏好。因此,研究优化配置方案效果评价的理论、模型和方法,有助于选择符合区域实际的水资源配置方案,使水资源配置研究成果能指导或应用于区域水资源管理中。

(3)3S技术和新优化方法在水资源优化配置中的应用研究

新的优化方法和3S(GIS,GPS,RS)技术的应用将丰富水资源优化配置的

研究领域和手段。目前,水资源优化配置模型多采用线性规划、非线性规划、动态规划、模拟技术及它们之间的有机结合,这些方法应用于复杂大系统时会受到一定的限制。新近发展起来的智能优化方法,如遗传算法(GA) 、模拟退火算法(SA) 、禁忌搜索(TABU ) 、人工神经网络(ANN)和混沌优化等,对于离散、非线性、非凸等大规模优化问题充分显示出其优越性,必将被越来越广泛地应用。在信息化社会,3S技术在水资源领域的应用已经显示出强大的功能,3 S技术与水资源优化配置的理论、模型和方法结合的水资源优化配置专家支持系统是非常有前途的研究方向。 参考文献:

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