环境管理_基于“三条红线”的渭河流域关中段水资源优化配置

汇报内容 1 2 3 4 前言 基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 实例分析 结论 1前言 国外 针对水资源合理配置的研究起源于20世纪40年代 20世纪60 70年代水资源合理配置研究得到了迅猛的发展 线性规划 动态规划和大系统理论等优化理论与模型开始被广泛应用于水资源的合理配置 20世纪90年代以来 水资源合理配置研究从传统的以供水量和经济效益最大为目标的配置模式转移到开始注重水质约束条件下的水资源合理配置 水资源配置国外研究进展 1前言 研究方法为模拟与优化技术相结合 以及模糊优化 3S等新技术 水资源调配的目标从单一的目标到多目标 水库优化调度为先导的水资源分配 水资源配置国内研究进展 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 水资源配置依据的 三条红线 水资源开发利用总量控制红线用水效率控制红线水功能区限制纳污红线 三条红线 体现了水资源管理的供 用 排三个核心内容 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 目标函数 基于 三条红线 的水资源优化配置的目标有3个 河流健康流量控制目标 其中 Qvi i t 指河流第i控制断面第t时段健康流量调控阈值 Gqvi i t 指河流第i控制断面第t时段流量 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 水资源利用目标 缺水量最小 其中 w为任一计算单元的缺水量 j 1 2 3 4 5分别代表用水户生态 河道外 生活 工业 农业 发电 t 1 2 T 为t时段缺水判别系数 当时 为0 反之 当时 为1 发电量目标 其中 为总发电量 为第i个电站第t时段平均出力 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 约束条件 水库水量平衡约束 水库库容约束 水库供给量平衡约束 节点地下水供给量平衡约束 断面生态基流控制约束 节点水量供需平衡约束 电站出力约束 非负约束 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 模型求解方法 多目标的处理 将多目标转化为单目标 以各计算单元各供水对象缺水量最小为主目标 其余目标则转化为约束条件 目标函数为 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 考虑供水水源顺序 用水顺序 水库运行规则等 求解考虑的原则 计算 结合上述模型求解规则 运行模型 采用自适应算法 分别考虑不同的情形 不同的调控手段 进行模型求解 模型求解方法 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 自适应算法流程 自适应算法是将每个可控系统逐时段状态参量xi t 作为输入 带入由专家知识库和状态参量目标取值范围 求各状态参量xi t 的有序度Oi xi t 取值范围在 0 1 之间 且其值越大 表明xi t 越接近于目标期望值 对系统有序程度的贡献越大 相反 若不在 0 1 之内 系统将调节结果反馈给ui t 进行新一轮调控计算 不断循环 直至满意为止 最终得到满意的决策变量及对应的状态参量值 获得水资源调控方案 2基于 三条红线 的水资源配置模型及求解 输入与输出 输入 可控系统 计算单元 水源工程 节点等的集合及参数 长系列旬径流过程 各计算单元各用户长系列逐旬需水过程 输出 各计算单元长系列 多年平均及典型年水资源供需平衡结果及其用户保证率 各可控断面长系列 多年平均及典型年断面流量调控结果及其保证率 3实例分析 水文资料 气象资料 水利工程资料 水资源开发利用资料 西安市 渭南市 宝鸡市 黑河水库 杨凌区 黄金峡 三河口 眉县 武功 兴平 户县 周至 石头河 咸阳市 3实例分析 1 以渭河关中段河流系统为研究对象 选取干流5个代表水文站 林家村 魏家堡 咸阳 临潼 华县 为控制段面 依次划分为林家村断面以上段 林家村 魏家堡段 魏家堡 咸阳段 咸阳 临潼段及临潼 华县段5个可控子系统 2 以1960 7 2007 6年共47年 水文年 长系列径流资料为时间序列 以旬为计算时段进行长系列逐时段计算 时空尺度的确定 渭河关中段水资源优化配置相关参数 用户保证率 3实例分析 渭河关中段水资源优化配置相关参数 水源划分 分为当地水源和跨流域调水水源两大类 当地水源由当地地表水 地下水及雨污水回用水源构成 跨流域调水水源指陕西省南水北调引红济石 引乾济石 引汉济渭调水水源 现状年与规划水平年的选取 现状年为2007年规划水平年为2020年 3实例分析 渭河关中段水资源系统节点图 3实例分析 模型参数确定 渭河关中段河流系统状态参量及其阈值范围 生态基流控制断面生态基流调控值 m3 s 3实例分析 基于 三条红线 的渭河流域关中段水资源自适应配置模型 水资源自适应调控过程 自适应调控的实质就是在决策参量与状态参量之间的不断 反馈 修正 再反馈 的调控过程 自适应调控模型的核心即在线辨识系统 如下图所示 3实例分析 调控手段及不同水平年调控方案集 可供选择的调控手段主要包括 生活 工业和农业节水 以及外调水 渭河关中段现状年2007年调控方案集设置 渭河关中段现状年2020年调控方案集设置 3实例分析 结果与分析 现状年2007年 河道内各控制断面生态基流调控效果 多年平均情形下 从上游断面至下游断面 破坏时段逐渐缩小 破坏深度逐渐减弱 与渭河干流随汇水面积增大水量渐增相符 3实例分析 结果与分析 现状年2007年 水资源配置结果 单位 104m3 3实例分析 结果与分析 现状年2007年 灌区不同调控方案下用户保证率单位 方案1经过非汛期生态基流保障后 工业及农业用户缺水量增加 灌溉保证率有所降低 其中 宝鸡峡塬上灌区与交口抽渭灌区农业灌溉保证率均一定程度降低 究其原因主要和这两个灌区主要灌溉引水水源为渭河干流水所致 3实例分析 结果与分析 规划水平年2020年 河道内各控制断面生态基流调控效果 多年平均情形下 3实例分析 结果与分析 规划水平年2020年 规划水平年2020年渭河关中段河流系统各方案下河道外水资源供需分析结果单位 104m3 河道外水资源调控效果 3实例分析 灌区不同调控方案下用户保证率单位 3实例分析 结果与分析 规划水平年2020年 河道外水资源调控效果 方案1与初始方案相比 可显著提高各断面生态基流保证率灌区及农业灌溉保证率 方案1与方案2均考虑流域强化需水 尤其是方案2通过组合强化节水与外流域调水的多重调控手段 提高河道内断面流量保证率同时 河道外用户缺水程度有效缓解 推荐方案2为规划水平年研究区合理水资源调控方案 4结论 渭河水资源配置是一个涉及面广 多目标复杂的大系统工程问题 本文基于 三条红线 对渭河流域关中段水资源优化配置进行研究 得出结论如下 1 建立了基于 三条红线 的水资源多目标配置模型 采用自适应算法求解该模型 通过决策参量与状态参量间的 在线辨识 判断 反馈 的自适应调控 实现了 三条红线 下的水资源配置 2 构建了渭河关中段水资源系统节点图 考虑不同水平