溫祖梁 牟舵

摘要：水資源作為一種非常重要的資源，是整個(gè)社會發(fā)展的基礎(chǔ)。新世紀(jì)我國乃至全世界的水資源短缺問題都非常嚴(yán)重，因此進(jìn)行區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究非常重要。通過水資源優(yōu)化配置可以找到當(dāng)?shù)厮Y源所存在的問題，本文根據(jù)水資源優(yōu)化配置結(jié)果所表現(xiàn)出的十分嚴(yán)峻的缺水問題，結(jié)合優(yōu)化算法和一般算法的結(jié)果比較，來找出如此嚴(yán)重缺水的原因所在，并給出相應(yīng)建議。

關(guān)鍵詞：水資源優(yōu)化配置；合理性檢驗(yàn)；歸因分析

1研究背景

水資源是人類文明的源泉，是社會發(fā)展和生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，水資源問題是涉及到包括人口、經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境的一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)。我國的水資源十分短缺，人均水資源量遠(yuǎn)低于世界平均水平，水資源供需矛盾突出?，F(xiàn)在國內(nèi)很多地區(qū)的水資源供應(yīng)都較為緊張，影響當(dāng)?shù)厣鐣陌l(fā)展與和諧，同時(shí)影響當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)境。為緩解水資源問題，有必要通過水資源優(yōu)化配置，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。國內(nèi)外很多位學(xué)者都做過相關(guān)的研究，如吳險(xiǎn)峰等探討了進(jìn)化算法在城市多水源優(yōu)化配置中的應(yīng)用：甘泓等以地市級行政區(qū)為研究區(qū)域開發(fā)了水資源配置動(dòng)態(tài)模擬模型：王博基于水足跡理論，對處在城市化進(jìn)程中的吉林省遼河流域的水資源優(yōu)化配置進(jìn)行了研究；王中凱基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，研究了處于生態(tài)系統(tǒng)從半濕潤草原向半干旱沙漠地區(qū)的過渡帶，生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的水資源優(yōu)化配置：唐景云等探討了調(diào)水工程在實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源優(yōu)化配置的必要性：Pearson利用多個(gè)水庫的控制曲線、以產(chǎn)值最大為目標(biāo)、以輸水能力及預(yù)測的需水作為約束條件，利用二次規(guī)劃方法研究了英國Nawwa區(qū)域的用水量優(yōu)化分配問題；Pe rcia等則以經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)，建立以色列南部E ilat地區(qū)的污水、地表水與地下水等多種水源的管理模型，并在模型里考慮不同用水行業(yè)對水質(zhì)的不同要求；Jerson等針對經(jīng)濟(jì)用水量超過當(dāng)?shù)厮Y源承載能力的干旱地區(qū)，討論了水分配機(jī)制，研制了基于不同用水行業(yè)的機(jī)會成本的配置模型。本文將2020與2030未來水平年75%頻率下麗江市優(yōu)化配置結(jié)果和一般配置結(jié)果處理后進(jìn)行對比，在驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的合理性及優(yōu)越性的同時(shí)，輔助尋找水資源問題的癥結(jié)所在，并據(jù)此提出建議。

2麗江市水資源優(yōu)化配置結(jié)果分析

2.1優(yōu)化目標(biāo)與約束條件

優(yōu)化目標(biāo)：同一行業(yè)各個(gè)單元間的缺水率差異最小，通過方差來表示；同一行業(yè)各單元總的缺水率最小，通過求和來表示。

約束條件：供用水量平衡、水庫水量平衡、供水量不得高于需水量。

2.2配置結(jié)果分析

2020水平年，麗江市P=75%頻率下需水31688萬㎡，本區(qū)各類水利工程P=75%頻率供水量23923萬㎡，缺水7765萬㎡，缺水率24.5%，其中城市生活缺水1815萬㎡，城市生活缺水率51.8%，占總?cè)彼康?3.4%；農(nóng)村生活基本不缺水；工業(yè)缺水928萬㎡，工業(yè)缺水率32.5%，占總?cè)彼康?1.9%；農(nóng)田灌溉缺水728萬㎡，缺水率7.2%，占總?cè)彼康?.4%；景觀生態(tài)缺水4295萬㎡，缺水率29.2%，占總?cè)彼康?5.3%。

2030水平年，麗江壩區(qū)P=75%頻率總需水34827萬㎡，各類水利工程P=75%頻率供水量24138萬㎡，缺水10689萬㎡，缺水率30.69%，其中城市生活缺水4360萬㎡，城市生活缺水率71.9%，占總?cè)彼康?0.8%；農(nóng)村生活基本不缺水；工業(yè)缺水1378萬㎡，工業(yè)缺水率34.4%，占總?cè)彼康?2.9%；農(nóng)田灌溉缺水657萬㎡，缺水率6.9%，占總?cè)彼康?.2%；景觀生態(tài)缺水4295萬㎡，缺水率29.2%，占總?cè)彼康?0.2%。

根據(jù)水資源優(yōu)化配置結(jié)果，未來各水平年當(dāng)?shù)厮Y源供需缺口比較大，其中值得注意的是2020和2030水平年城鎮(zhèn)生活缺水非常多，缺水率分別為51.8%和71.9%，這樣嚴(yán)峻的缺水問題很可能會導(dǎo)致社會的不安定，但是在總?cè)彼Y(jié)構(gòu)中，城鎮(zhèn)生活缺水量甚至高于工業(yè)缺水量和農(nóng)業(yè)缺水量之和，并且農(nóng)業(yè)缺水率都在10%以下，這樣的現(xiàn)象較為反常，因?yàn)樵谝匀藶楸镜闹笇?dǎo)思想下，應(yīng)該優(yōu)先滿足人口的生活用水，據(jù)此，通過一般算法進(jìn)行水資源配置，將配置結(jié)果與優(yōu)化配置結(jié)果進(jìn)行對比，在保證基礎(chǔ)資料正確的情況下，來驗(yàn)證優(yōu)化配置結(jié)果的合理性與優(yōu)越性，并嘗試尋找造成這種現(xiàn)象的原因所在。

3一般算法與優(yōu)化算法配置結(jié)果對比分析

3.1一般算法遵循原則

（1）按照從水系的上游到下游，從左岸到右岸的順序進(jìn)行配置；（2）按照水庫庫容從小到大進(jìn)行供水；（3）按照生活工業(yè)農(nóng)業(yè)生態(tài)的優(yōu)先度順序進(jìn)行供水：（4）同樣滿足優(yōu)化算法的約束條件：（5）在滿足上述條件的同時(shí)盡量使缺水率最小。

3.2結(jié)果對比

通過公平性指標(biāo)與缺水率指標(biāo)來進(jìn)行比選，公平性指標(biāo)表示各個(gè)單元的年缺水率之間的差異程度，差異越小越公平：缺水率指標(biāo)反應(yīng)供水量對需水量的滿足程度，缺水率越大說明，供水保障率越小。對公平性目標(biāo)和缺水率指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和，得到最終的總目標(biāo)總目標(biāo)函數(shù)越小說明配置結(jié)果越優(yōu)化。本次研究中，將公平性指標(biāo)和缺水率指標(biāo)的權(quán)重分別定為0.5與1。

下面分析75%來水頻率的枯水典型年條件下各行業(yè)的缺水率情況和區(qū)域公平性，來校對分析水資源優(yōu)化配置算法的合理性與優(yōu)越性。

可以看出，在75%枯水年份，2020水平年和2030水平年，優(yōu)化配置結(jié)果總目標(biāo)函數(shù)較優(yōu)，且在缺水率指標(biāo)和區(qū)域公平性指標(biāo)上均優(yōu)于一般算法的配置結(jié)果。2020水平年，優(yōu)化結(jié)果總目標(biāo)為67.08，一般配置總目標(biāo)為67.13；2030水平年，優(yōu)化結(jié)果總目標(biāo)為80.10，一般配置總目標(biāo)為80.61。在考慮多目標(biāo)、多水源、多用戶水資源分配，從缺水率最小和區(qū)域公平性最高兩個(gè)方面優(yōu)化水資源調(diào)控，優(yōu)化算法的配置結(jié)果要好于一般算法的結(jié)果，并且優(yōu)化算法的結(jié)果是合理的。

但是要注意到，優(yōu)化算法的目標(biāo)值都只是略好于一般算法甚至與之一致，這表明優(yōu)化的效果并不是很明顯，原因在于優(yōu)化配置的作用在于當(dāng)一個(gè)水源可以供給多個(gè)用水戶時(shí)，通過優(yōu)化算法分配水量，并使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，但是當(dāng)區(qū)域的供水結(jié)構(gòu)大部分都是一個(gè)水源供給一個(gè)用水戶或者多個(gè)水源供給一個(gè)用水戶時(shí)，此時(shí)公平性目標(biāo)難以得到優(yōu)化，所以和一般算法的配置結(jié)果沒有很大的區(qū)別。

4結(jié)論與建議

結(jié)論：配置結(jié)果的對比表明，優(yōu)化算法和一般算法相比具有優(yōu)越性，同時(shí)也具有合理性。但是二者相差不大，表明當(dāng)?shù)毓┧Y(jié)果還是以一個(gè)水源供給一個(gè)用水戶或者多個(gè)水源供給一個(gè)用水戶的情況為主，再結(jié)合優(yōu)化配置得到的生活缺水異常多的情況，可以得出造成這種結(jié)果的原因在于城鎮(zhèn)生活用水的水源不夠，很多水源都無法供給城鎮(zhèn)的生活用水，只能供給其他的單一行業(yè)，供水結(jié)構(gòu)存在一定問題，造成一種從結(jié)果看優(yōu)先保證農(nóng)業(yè)用水的情況出現(xiàn)。

建議：（1）新增加城市生活用水的水源，同時(shí)提倡人民節(jié)約用水，開源節(jié)流兩手抓，提高城鎮(zhèn)生活用水的供水保證率。（2）調(diào)整當(dāng)?shù)氐墓┧Y(jié)構(gòu)，加強(qiáng)管網(wǎng)建設(shè)，堅(jiān)持優(yōu)水優(yōu)用，以人為本，優(yōu)先保證生活用水的供給。