4.4.2 国内水资源配置研究进展

4.4.2 国内水资源配置研究进展

1.以水利工程作为控制单元的水资源优化配置

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,成为我国广大科技人员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,李寿声等(1986)针对江苏徐州地区欢口灌区的实际情况(1989),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,黄强等(1992)、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。这些研究成果使以水利工程为控制单元的水量优化配置模型和方法不断丰富和完善。

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20世纪80年代中期以来,区域水资源优化配置研究已成为水资源学科研究的热点之一。由于区域水资源系统结构复杂,影响因素众多,各部门的用水矛盾突出,研究成果多以多目标和大系统优化技术为主要研究手段,在可供水量和需水量确定的条件下,建立区域有限的水资源量在各分区和用水部门间的优化配置模型,求解模型以获得水量优化配置方案。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,并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,该模型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益最大为目标,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,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;聂相田等(1999)建立了宁陵县三层递阶大系统优化配水模型,将该县水资源量在各子区、各作物间进行最优分配;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”,提出了干旱区生态环境需水量的计算方法,得出了与区域发展模式及生态环境保护准则相适应的生态环境需水量,并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,使水资源配置结果更符合区域的实际。

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,由社会经济子系统、生态环境子系统构成,其水资源优化配置最能体现水资源综合利用、统一管理以及可持续发展的思想。国内在流域水资源优化配置方面也取得了可喜的成果。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,由黄河水利委员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”项目中,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,建立了东江流域水资源优化调配的实用模型,并对该流域特枯年水资源量进行了优化配置和供需平衡分析。

4.跨流域水资源优化配置

跨流域水资源优化配置是以两个或两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,并采用动态规划法进行了求解;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,建立了流域水资源系统模拟规划模型,并以大通河和湟水流域为例对模型进行了验证,提出了跨流域调水工程的规模;卢华友等(1997)以跨流域水资源系统中各子系统的供水量和蓄水量最大、污水量和弃水量最小为目标,建立了基于多维动态规划和模拟技术相结合的大系统分解协调实时调度模型,采用动态规划法进行求解,并以南水北调中线工程为背景进行了实例验算,该成果考虑了污水量最小目标,是水资源优化配置研究的一大进步;黄强等(1998)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。