黑河流域的水资源.

1、黑河流域的水资源黑河流域的水资源优化配置优化配置 李璐2015年6月10日目录黑河流域简介评价体系配置优化模型优化配置思路水资源概况黑河流域简介（地理）黑河是我国西北地区第二大内陆河，发源自青海省祁连冰川，流域东与石羊河流域相邻，西与疏勒河流域相接，北至内蒙古自治区额济纳旗境内的居延海，与蒙古人民共和国接壤，流域范围介于东经98102,北纬37504240之间，滋润着两大绿洲：中游的甘肃省张掖市和下游的内蒙古阿拉善盟额济纳旗。共有35条小支流，由于用水的不断增加，部分之流与干流失去水力联系。形成东 、西、中三个独立水系。一般所谓的黑河干流流域指的是东部子水系。东部子水系从青海祁连山发源到尾闾居

2、延海，全长821km。涉及青海、甘肃、内蒙古三省（自治区），国土总面积14.29万km，其中甘肃省6.18万km，青海省1.04万km，内蒙古约7.07万km。水资源概况地下下水冰川降雨地表水全流域干旱少雨，时空分布不均，年平均降雨量108mm祁连山河源冰川428条，覆盖面积110.3km2。储量27.55亿m3 根据水文资料情将产流区划分成有水测站观测资料的河流，无观测资料河流，浅山区和走廊平原区四种类型区山丘区多年平均地下水资源量为9.36亿m3,平原区多年平均地下水资源量为2032亿m3地下水资源的可开采量为6.72亿m3 黑河流域出山口地表径流总量为25.1131亿m3,.其中干流出山

3、口莺落峡站多年平均径流量为16.19亿m3,梨园堡站多年平均径流量为2.32亿m3,其它沿山支流多年平均径流量为6.60亿m3. 黑河流域地下水资源量为21.76亿m3,黑河流域地下水主要由河川径流转化补给,地下水与河川径流不重复量仅为3.33亿m3,其中山前侧向补给量为2.647亿m3(含巴丹吉林 沙漠侧向补给量),降雨入渗补给量为0.68亿m3.扣除地表水和地下水重复计算量, 黑河流域水资源总量为28.44亿m3水资源总量水资源总量水资源概况 黑河流域作为典型的西北干旱区,水资源的基本特点为: 干旱少雨，生态脆弱,没有灌溉就没有农业,没有工程供水系统就谈不上发展; 水土矛盾突出，地区分布不

4、均衡；水热同步，内陆河受冰川补给比例较大,年际径流量变化不大;径流年内分布不均匀，调节代价高,春季缺水严重,大面积 干旱问题迫切需要加大对出山口径流的调节能力;生态需水刚性大，水资源可利用量相对较少,生态需水一般占水资源总量的1/3以上;地表水地下水转化频繁， 下游对中上游的水资源开发利用方式极为敏感 (l)水资源严重短缺,供需矛盾突出年内分配不均,来水需水过程很不协调,干流缺乏骨干调蓄工程,客观上加剧了水资源供需矛盾。自1993年至2005年,甘肃的张掖!临泽!高台三县(市)共发生水事纠纷巧2起,发生各类水事案件123起,其中多起是因抢水而破坏水利工程的恶性案件1761 (2)经济生活用水挤

5、占了生态用水甘肃省提出/兴西济中0发展战略,并向中游地区移民灌溉面积发展很快. 随着人口的增长和灌溉面积的增加,全流域生产生活用水量已由解放初期的约15亿m3增长到目前的26.2亿m, 生态用水被挤占导致尾间湖泊消失,地下水位下降,生态系统退化. (3)用水结构不合理,水资源有效利用效率低中游地区引水口门，平原水库过多,渠系完好率低，工程配套差,工业用水重复利用率低,城镇生活用水长期存在低价和包费制现象,导致水资源利用效率低下;供水结构不合理,地表供水份额过高,地下水开采利用程度较低,机电井成井规模小!配套不全,潜水无效蒸发损失很大 (4)水污染潜在威胁大,水源地生态系统状况堪忧 张掖现状工业

6、废水排放量约1385万t,达标排放率仅1.53%,且污染物含量较高.另外张掖每年化肥施入量约30万t,通过各种途径进入干流,出山口干流水质为I类,中下游降为2-3类开发利用中的问题 自然属性原则 生态属性原则 环境属性原则 经济属性原则 社会属性原则优化配置原则水源配置时间配置空间配置管理配置用水配置优化配置思路 其规划的重点是系统全面地考虑较长时期的发展需要,调整产业结构和用水结构,进一步协调生活，生产和生态环境用水,其用水性质以农业灌溉用水为主;下游地区以合理输水方式为重点,合理配置水资源，提高水资源的利用效率,遏制和恢复下游地区生态环境系统退化的趋势,其用水性质以生态用水为主.由于中下游

7、河段的用水性质差异较大,研究的重点各有侧重,水资源配置区别不同河段进行研究.结合黑河流域用水需求及上游山区骨干工程建设的可能性,考虑上游山区水库的不同开发任务，分水方案的约束条件,并参考水利部5黑河流域近期治理规划6,另外方案的设置还将考虑水资源配置对象!配置目标，工程措施，产业结构调整等不同方面,在此基础上进行黑河流域水资源合理配置供需平衡分析。 系统动力学方法，系统动力学方法， 大系统分解协调理论（本文采用）大系统分解协调理论（本文采用） 宏观经济分析法宏观经济分析法(投入产出分析法投入产出分析法) 多目标规划与决策技术多目标规划与决策技术水资源优化配置模型建模方法合理配置优化模型 水量供

8、需平衡约束（总水量，单元水量，河道节点，水库水量，） 蓄水库容约束（） 提引水量约束 地下水使用量约束 最小供水保证率约束 正义峡多年平均下泄量约束 三生用水约束（生活 生产 生态） 非负约束（边界条件，起调库容，传递条件）约束条件目标函数配置目标流程图多目标、多水源、多用户的优化模型多目标、多水源、多用户的优化模型合理配置优化模型的求解 目前的智能优化算法包括禁忌搜索法 模拟退火法 人工神经网络算法 遗传算法 免疫进化算法（采用该种算法，MATLAB编程） 人工免疫优化算法是基于现有进化算法理论,受生物免疫机制启发,基于免疫系统原理发展而来的一种新的优化方法.最早由美国新墨西哥大学的s.Fo

9、rest等提出了免疫系统的建模方法和思 免疫进化算法的核心在于充分利用最优个体的信息,以最优个体的进化来代替群体的进化,通过标准差的调整把局部搜索和全局搜索在进化过程中有机地结合起来.该算法的实现手段着重体现在最优个体的保留，生殖以及标准差的动态调整上,和现有其他进化算法相比,它具有搜索效率高和不易陷入局部最优解等特点.免疫算法（IEA）的原理免疫进化算法一般表述初始种群生成适应度计算最优个体选择子代生成不满足终止条件满足终止条件生成子代时只采用最优个体进行子代寻找求解流程图与结果黑河流域水资源合理配置综合评价 原则：社会合理性，经济合理性，生态环境合理性，资源合理性，效率合理性，发展协调性

10、社会合理性指标:包括人口自然增长率,预期寿命,城镇化率等24项指标. 经济合理性指标:包括人均GDP,人均粮食产量,单方供水成本等15项指标. 生态合理性指标:包括地下水埋深,湖泊萎缩率,断流河长比等23项指标. 资源合理性指标:包括可用水资源量,水资源开发利用率等20项指标. 效率合理性指标:包括地表水控制率,单方水GDP产出等8项指标. 发展协调性指标:采用协调系数表示,协调系数可综合反映可持续发展系统中前五类准则的系统离差程度.黑河流域水资源合理配置综合评价 评价指标筛选方法-主成分分析法 指标权重确定方法-熵权法和德尔菲法 综合评价方法-层次分析法，综合指数法，灰色关联度分析，物元分析

11、法，投影寻踪决策法（采用），墓于模糊隶属度的DEA/AHP的三阶段综合评价方法（采用）配置思路：上游水库+中游供水+分水方案约束.主要用于模拟加15年有上游水库(承担向中下游供水任务)，中游下泄水量受分水方案约束情况下,流域水资源配置情况.合理评价流程图合理评价流程图合理配置方案规划水平年的合理配置规划水平年的合理配置结论与讨论(l)现状水平年(2005年)水资源合理配置成果分现状水平年(2005年),黑河流域水资源总量为28.16亿m,其中地表水资源量为24.84亿m3 。资源量2.65亿m3,降雨量0.69亿m3.现状黑河流域总需水量为32.65亿m3(不含天然生态需水量,下同),其中生活

12、量0.52亿时,工业需水量0.94亿m3,农业需水量27.09亿m3,人工生态需水量4.10亿m3。不控制正义峡断面下泄量情况,采用二元结构水资源合理配置优化模型进行现状水平年中游水资源合理配置计算(见表5一1),得出:流域多年平均总供水量为27.40亿m3,其中地表水供水量22.97亿m3,地下水供水量4.43亿m3,多年平均总缺水量为5.25亿m3,缺水率为19.2%.中游地区多年平均总供水量为24.18亿m3,其中地表水供水量21.09亿m3,地下水供水量3.09亿m3,缺水量为4.93亿m。缺水分布为:中游农田和人工生态缺水4.93亿m3,鼎新灌区农田和人工生态缺水0.31亿m3.正义

13、峡下泄水量为7.43亿m3,比9.50亿m3分水指标少2.07亿m3;进入额济纳旗的地表径流量为3.89亿m3.(2)规划水平年(20巧年)水资源合理配置成果分析规划水平年(20巧年),黑河流域水资源总量为28.16亿m3,其中地表水资源量为24.54亿m3,山前侧向量为2.65亿m3,降雨入渗量为0.69亿m3.流域总需水量为22.75亿m3,其中生活需水量为0.76亿m3,工业需水量为1.52亿m3,农田灌溉需水量为1431亿m3,人工生态需水量为6.16亿m3。 确定了本研究采用的水资源配置方法,原则和模式.其次,根据黑河流域中下游河段的用水性质差异较大,研究的重点各有侧重,水资源配置应区别不同河段进行研究的特点,分别拟定了5种不同的水资源 配置方案,并采用大系统理论建立了水资源合理配置的多目标规划优化模型.由于该模型是一个十分复杂的多目标多水源多用户的配置模型,而免疫进化算法作为一种全新的进化算法,大量的实验及应用表明,该方法具有收效速度快,操作简单等优点,因此引入该方法对模型进行求解.并按照求解结果,对黑河流域现状水平年和规划水平年的不同配置方案的配置成果进行了计算分析。结结论与探讨参考文献参考文献 1郑重, 马富裕, 李江全, et al.