談麗婷 ，王宗志，葉愛玲，劉克琳

(1.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029；2.河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

濱海城市人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，水資源需求大，但水系分散、河流源短流急，常規(guī)水資源開發(fā)難度大，水資源供需矛盾突出。開發(fā)利用再生水、海水淡化水等非常規(guī)水，并將其納入城市供水系統(tǒng)，形成多水源供水格局是保障城市供水安全的現(xiàn)實(shí)選擇和有效途徑[1-4]，截至2018年底，我國非常規(guī)水資源利用量已達(dá)86.4億m3[5]，但仍落后于國外先進(jìn)水平，為此，需要對非常規(guī)水的開發(fā)利用進(jìn)行深入研究。

在研究非常規(guī)水納入城市供水系統(tǒng)進(jìn)行多水源配置[6-9]時(shí)，合理確定適宜的非常規(guī)水源利用規(guī)模是研究前提。目前主要的確定方法有兩種：一是考慮不同水源的成本、能耗、水質(zhì)等因素，結(jié)合水資源系統(tǒng)供需現(xiàn)狀確定非常規(guī)水源規(guī)模[10-11]；二是基于多水源配置過程，考慮工程規(guī)模和水資源系統(tǒng)運(yùn)行過程間的相互影響，通過長系列優(yōu)化確定[12-13]。鑒于城市多水源精細(xì)化配置特點(diǎn)[14-15]，加之非常規(guī)水源規(guī)模會直接影響多水源配置過程，在非常規(guī)水源利用規(guī)模優(yōu)選中考慮多水源配置過程，能夠更好地反映水資源系統(tǒng)運(yùn)行情況。和剛[16]基于城市供水多水源多水廠復(fù)雜特點(diǎn)，考慮取水-輸水-凈水-配水過程，建立了基于供水系統(tǒng)規(guī)模優(yōu)化的城市水資源配置模型，使得在水資源配置中各水廠運(yùn)行最優(yōu)。Ahn等[17]指出供水系統(tǒng)中工程設(shè)施的規(guī)模對供水優(yōu)化的影響，將設(shè)施規(guī)模和水量配置相結(jié)合，以成本為目標(biāo)函數(shù)，建立耦合模型，采用遺傳算法優(yōu)化得到規(guī)模大小，將該值作為水量配置的輸入，再采用線性規(guī)劃法優(yōu)化得到各水源配置，使供水規(guī)劃更科學(xué)。Fraga等[18]將供水系統(tǒng)規(guī)模和各水源供水量相結(jié)合，旨在得到成本最小和供水最可靠的供水方案，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃確定最小成本的規(guī)模增加值，利用模擬模型計(jì)算水源可供水量和用戶需水量，最后結(jié)合二次規(guī)劃模型優(yōu)化得到成本最小的供水規(guī)模和供水方案。此外，考慮到地表水庫是大多城市的主要供水水源，其調(diào)度規(guī)則調(diào)整往往會對城市多水源供水系統(tǒng)運(yùn)行管理產(chǎn)生較大影響[19]，反之非常規(guī)水源工程規(guī)模與運(yùn)行方式也會影響水庫運(yùn)行。因此，確定適宜的非常規(guī)水源工程規(guī)模與考慮非常規(guī)水利用的城市多水源配置，是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，即確定非常規(guī)水利用規(guī)模需在充分考慮當(dāng)?shù)毓┧畮煺{(diào)度規(guī)則及其對不確定性影響的基礎(chǔ)上綜合確定。

然而，當(dāng)前研究一方面聚焦于非常規(guī)水納入供水系統(tǒng)后水庫調(diào)度規(guī)則的適應(yīng)性調(diào)整[20-21]，忽略了非常規(guī)水對水資源系統(tǒng)的影響；另一方面，通過綜合考慮不同水源多因素確定非常規(guī)水利用規(guī)模[22-23]，但較少考慮與多水源系統(tǒng)長系列調(diào)度過程的結(jié)合，忽略了現(xiàn)有水資源系統(tǒng)對非常規(guī)水源工程運(yùn)行的影響。為此，本文以威海市米山水庫供水區(qū)域?yàn)槔?，將非常?guī)水利用規(guī)模確定與水庫調(diào)度規(guī)則適應(yīng)性調(diào)整結(jié)合起來，建立考慮來水不確定性的海水淡化與再生水廠建設(shè)規(guī)模優(yōu)選模型，探討多水源聯(lián)合供水系統(tǒng)在區(qū)域內(nèi)多水源供給和多用戶需水約束下不同水源工程的規(guī)模與運(yùn)行，從而為科學(xué)確定非常規(guī)水利用規(guī)模、優(yōu)化蓄水工程調(diào)度規(guī)則提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

威海市位于山東半島東部，是我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一，多年平均降水量770 mm，其中汛期降水占71.3%，降水年內(nèi)分布不均、年際豐枯變化懸殊。威海市水資源來源于大氣降水，但由于水系獨(dú)流入海、源短流急，水資源開發(fā)利用難度大，人均占有水資源量573 m3，屬于嚴(yán)重缺水城市。米山水庫是一座多年調(diào)節(jié)大（2）型水庫，為威海市區(qū)的主要供水水源，設(shè)計(jì)上具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電和養(yǎng)殖多種功能，但近年來隨著城市用水需求加大，已全部轉(zhuǎn)向城市供水。為提高威海市區(qū)安全供水保障程度，“十三五”期間建設(shè)了跨流域調(diào)水工程，2016年3月以來，黃河水和長江水均成功調(diào)入米山水庫，實(shí)現(xiàn)了黃河水、長江水和當(dāng)?shù)氐乇硭亩嗨绰?lián)合調(diào)度格局，供水保障程度得到了有力提升，但遇來水偏枯年份仍然面臨較大水資源缺口。因此，提高再生水、淡化海水等非常規(guī)水利用水平，并將其納入城市水資源統(tǒng)一配置，是當(dāng)前亟待回答的科學(xué)問題。

研究區(qū)2017現(xiàn)狀水平年供水系統(tǒng)以地表水為主，兼有地下水、外調(diào)水、部分再生水和淡化海水，是典型的多水源多用戶系統(tǒng)。依據(jù)威海市未來發(fā)展規(guī)劃，地下水源將作為戰(zhàn)略資源加以保護(hù)，并加大再生水和淡化海水開發(fā)力度。因此，本文以地表水庫、外調(diào)水、再生水和淡化海水為供水水源，開展城市多水源配置研究，為合理確定供水系統(tǒng)非常規(guī)水源利用規(guī)模提供技術(shù)支撐，水資源系統(tǒng)概化圖見圖1。

圖1 研究區(qū)水資源系統(tǒng)概化Fig.1 An overview of the water resources system in the study area

1.2 數(shù)據(jù)和方案設(shè)置

米山水庫通過苘山水廠、柳林水廠和米山水廠分別向環(huán)翠區(qū)和文登區(qū)供水，該水源分配給兩個(gè)片區(qū)的生活、工業(yè)和河道外生態(tài)三類用戶，同時(shí)米山水庫還要承擔(dān)下游河道內(nèi)生態(tài)供水任務(wù)。在圖1中，將環(huán)翠區(qū)內(nèi)生活、工業(yè)和河道外生態(tài)的需水量作為聚合水廠（苘山和柳林水廠）的需水要求，文登區(qū)內(nèi)生活、工業(yè)和河道外生態(tài)的需水量作為米山水廠的需水要求。為研究多水源供水的性能，以僅考慮米山水庫天然來水的基礎(chǔ)供水方案（單水源供水）與結(jié)果方案（多水源供水）進(jìn)行對比。

所需數(shù)據(jù)：（1）需水?dāng)?shù)據(jù)：采用定額法預(yù)測2030規(guī)劃水平年各用戶的需水，2030年環(huán)翠區(qū)生活、工業(yè)、河道外生態(tài)需水分別為3 102.6、6 572.4和229.3萬m3，2030年文登區(qū)生活、工業(yè)、河道外生態(tài)需水分別為598.2、724.2和17.6萬m3；河道內(nèi)生態(tài)需水量參照SL /Z 712—2014《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》，采用Tennant法計(jì)算，基本生態(tài)需水取“中”等級，結(jié)果見表1。（2）入庫徑流數(shù)據(jù)：歷史長系列來水能表征未來水庫來水的不確定性，因此米山水庫入庫徑流數(shù)據(jù)采用1956—2016年逐月天然來水。（3）水庫工程特征數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀工程條件下，米山水庫死庫容507萬m3，興利庫容14 897萬m3，死水位19.7 m，興利水位30.0 m。（4）各水源供水成本數(shù)據(jù)：根據(jù)現(xiàn)狀供水狀況，采用全成本分析法核算得到各水源成本為水庫水3.181元/m3，外調(diào)水7.661元/m3，再生水3.627元/m3，海水淡化水6.648元/m3。

表1 米山水庫下游河道內(nèi)生態(tài)需水量Tab.1 Ecological water demand in downstream channel of Mishan Reservoir 單位：萬m3

2 考慮來水不確定性的濱海城市非常規(guī)水源工程規(guī)模優(yōu)選模型

本文建立的非常規(guī)水源工程規(guī)模優(yōu)選模型包括水源可供水量計(jì)算模型和多水源優(yōu)化配置模型。水源可供水量模型按照不同水源的供水特點(diǎn)和供水工程約束計(jì)算各水源的可供水量。通常來說，水庫可供水量受降雨和徑流的影響，具有來水不確定的特點(diǎn)，若忽略水庫調(diào)蓄功能，水庫供水具有極大的不穩(wěn)定性，通過制定合理的水庫調(diào)度規(guī)則，可在一定程度上使水庫供水穩(wěn)定；外調(diào)水本身也受到水源區(qū)氣候影響，具有季節(jié)性特征，但在本研究中，根據(jù)現(xiàn)已運(yùn)行的膠東調(diào)水北線工程，假定外調(diào)水以固定年指標(biāo)調(diào)入米山水庫，可將外調(diào)水當(dāng)作水庫的穩(wěn)定補(bǔ)充水源，該水源在供水時(shí)，同樣遵循相同的水庫調(diào)度規(guī)則；再生水和淡化海水的可供水量受水廠建設(shè)規(guī)模的約束，甚少受氣候條件影響，具有供水穩(wěn)定的特點(diǎn)。水源可供水量計(jì)算結(jié)果作為多水源優(yōu)化配置模型的輸入，結(jié)合水資源系統(tǒng)中供用水的優(yōu)先序，通過優(yōu)化-模擬的方法得到不同水源供給不同用戶的水量，同時(shí)得到非常規(guī)水源工程合理的建設(shè)規(guī)模。

2.1 水源可供水量計(jì)算模型

根據(jù)水資源系統(tǒng)“供-用-耗-排”關(guān)系建立水源可供水量計(jì)算模型，按照現(xiàn)狀供水工程和能耗設(shè)定水源供水優(yōu)先序?yàn)樗畮焖?外調(diào)水>再生水>海水淡化水。計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 多水源供水計(jì)算流程Fig.2 Calculation process of multi-source water supply

（1）水庫水。水源可供水量計(jì)算模型中僅考慮水庫供水的興利功能，針對供水水庫，每個(gè)時(shí)段水庫的可供水量與出庫水量有關(guān)，而某一時(shí)段的出庫水量總是由水庫蓄水量和該時(shí)段的來水量共同決定的，一般而言，調(diào)度函數(shù)是非線性的，但對于單個(gè)水庫，可將調(diào)度函數(shù)簡化為線性函數(shù)[24]，即：

式中：Rt為水庫t時(shí)段的出庫水量（萬m3）；St為t時(shí)段初水庫蓄水量（萬m3）；It為t時(shí)段的來水量（萬m3）；at、bt、ct為t時(shí)段的調(diào)度函數(shù)系數(shù)。（2）外調(diào)水。當(dāng)天然來水經(jīng)水庫調(diào)蓄后無法滿足需水時(shí)，引入外調(diào)水：在水庫天然來水中加入外調(diào)水量，假定同一年份內(nèi)外調(diào)水每月調(diào)水量恒定，且與水庫水遵循相同的水庫調(diào)度規(guī)則，重新計(jì)算水庫的出庫水量（萬 m3）。

（3）再生水。污水通過再生水廠的處理可以進(jìn)行回用，但由于凈水技術(shù)效率較低、處理成本價(jià)格較高、公眾接受度較低等原因，再生水主要用于對水質(zhì)要求不高的工業(yè)及生態(tài)用水。考慮設(shè)備頻繁開啟和關(guān)閉會產(chǎn)生運(yùn)行問題，在水源可供水量計(jì)算模型中，當(dāng)水庫供水充足時(shí)，再生水廠和海水淡化水廠仍需要以最小的日供水能力運(yùn)行。當(dāng)水庫供水和兩廠最低供水能力不足以滿足需水要求時(shí)，再生水廠供水量大于其最小的供水能力（萬m3/d）。此時(shí)，再生水廠的供水量[25]為：

式中：為了與水庫運(yùn)行的月時(shí)間尺度關(guān)系相協(xié)調(diào)，再生水廠的供水量處理成相應(yīng)的月供水量，t表示時(shí)段，為再生水廠t時(shí)段供水量（萬m3）；dt為時(shí)段天數(shù)；Dt為t時(shí)段需水量（萬m3）；為再生水廠的設(shè)計(jì)供水能力（萬m3/d）；Ut?1為t?1時(shí)段產(chǎn)生的可以用來回用的污水（萬m3）；分別為t?1時(shí)段水庫、再生水廠、海水淡水廠供給工業(yè)的水量（萬m3）；同理，分別為t?1時(shí)段水庫、海水淡化水廠供給生活的水量（萬m3）；Xind、Xdom分別為工業(yè)用水和生活用水的回收率，一般取80%；為海水淡化水廠的最小供水能力（萬m3/d），同的作用一樣，在水源可供水量計(jì)算模型中，二者的值是固定的，一般取為各水廠設(shè)計(jì)供水能力的10%。

（4）海水淡化水。當(dāng)水庫供水和再生水廠供水滿足需水要求時(shí)，海水淡化水廠以最小的供水能力運(yùn)行，然而，當(dāng)水庫供水和再生水廠供水仍然不能滿足總需水時(shí)，海水淡化水需要進(jìn)入多水源供水系統(tǒng)，其供水量必然大于最小的供水能力RD，海水淡化水廠的供水量為：

（5）多水源配置規(guī)則。供水規(guī)則：受水資源短缺驅(qū)動(dòng)，非常規(guī)水源逐漸成為新的水源，但其工藝和設(shè)備的建設(shè)運(yùn)行導(dǎo)致其成本問題無法忽視。因此，在供水優(yōu)先次序方面，結(jié)合現(xiàn)狀并以尋求最小化供水成本為目標(biāo)，應(yīng)優(yōu)先使用水庫水、外調(diào)水，然后使用再生水，最后使用海水淡化水。用水規(guī)則：①水庫出庫水量按照河道內(nèi)生態(tài)、生活、工業(yè)、河道外生態(tài)的用水優(yōu)先次序先后供水；②當(dāng)水庫水供水不足時(shí)，再生水用以補(bǔ)充工業(yè)和河道外生態(tài)用水；③根據(jù)《威海市海水淡化專項(xiàng)規(guī)劃（2018—2035）說明書》，淡化海水的終端用戶為工業(yè)和生活，在規(guī)劃水平年下威海市淡化海水可按30%供水比例供給生活用戶，因此，當(dāng)水庫水供水不足時(shí)，淡化海水用以補(bǔ)充工業(yè)和生活用水。

2.2 考慮來水不確定性的區(qū)域多水源優(yōu)化配置模型

根據(jù)上述的水源可供水量計(jì)算模型，水源主要考慮水庫水、外調(diào)水、再生水和海水淡化水，用水戶主要考慮河道內(nèi)生態(tài)需水和河道外需水（生活、工業(yè)和生態(tài)用水），在來水不足的情況下，水庫很難滿足多用戶的用水需求，非常規(guī)水源作為補(bǔ)充供水能起到緩解城市缺水的作用，但成本問題是限制其規(guī)模和運(yùn)行的最大阻力，基于此，在多水源優(yōu)化配置模型中既要考慮系統(tǒng)總?cè)彼孔钚?，還要考慮各水源供水成本最小。

（1）目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)包括總?cè)彼孔钚『涂偣┧杀咀钚　?/p>

目標(biāo)一：總?cè)彼孔钚　?/p>

式中：Dt為t時(shí)段供水系統(tǒng)中總需水量（萬m3）。

目標(biāo)二：總供水成本最小。

式中：c1、c2、c3、c4分別為水庫水、外調(diào)水、再生水、海水淡化水的供水成本。

（2）約束條件。約束條件包括以下4個(gè)方面。

①水庫水量平衡約束：

式中：St、St+1分別表示t時(shí)段的初始庫容和末庫容（萬m3）；It為t時(shí)段的來水量（萬m3）；Rt為水庫t時(shí)段的出庫水量（萬m3），lt為水庫t時(shí)段的蒸發(fā)滲漏損失（萬m3）。

②水庫庫容約束：由水庫功能和工程特性決定每個(gè)時(shí)段的水庫蓄水量都要在一定庫容范圍內(nèi)。

式中：St,min為最小庫容限制，為死庫容；St,max為最大庫容限制，這里采用興利庫容。

③供水量約束：各水源的供水量之和不能大于系統(tǒng)內(nèi)總需水量。

④非負(fù)約束：根據(jù)工程的實(shí)際情況，各決策變量為非負(fù)。

（3）求解算法。本文構(gòu)建的多水源優(yōu)化配置模型采用Matlab提供的gamultiobj函數(shù)進(jìn)行求解，該函數(shù)所采用的算法是基于NSGA-Ⅱ改進(jìn)的一種多目標(biāo)優(yōu)化算法，原理詳見文獻(xiàn)[26]，最終求解得到缺水量與供水成本的非劣解集，該解集代表不同的供水方案，為選取合理的供水方案，引入評價(jià)指標(biāo)分析不同方案下供水系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

可靠性、彈性和脆弱性是在長系列計(jì)算中能較為全面地反映供水系統(tǒng)性能的指標(biāo)[27-28]。可靠性即指保證率，本文表示長系列中滿足需求的月份數(shù)占總月份數(shù)的比例；彈性表示發(fā)生缺水后系統(tǒng)恢復(fù)不缺水狀態(tài)的速度的度量，即缺水一個(gè)月后下一個(gè)月不缺水的月份數(shù)在所有缺水月份數(shù)中的占比；脆弱性指發(fā)生缺水的嚴(yán)重程度，本文采用供水破壞深度表示，即供水系統(tǒng)運(yùn)行期內(nèi)最大單一時(shí)段的缺水量。

3 結(jié)果與討論

上述模型中的決策變量包括水庫調(diào)度函數(shù)系數(shù)at、bt、ct，共有 36 個(gè)；長系列調(diào)算過程中，根據(jù)外調(diào)水量年內(nèi)每月恒定的假定，存在60個(gè)外調(diào)水決策變量；此外，再生水廠和海水淡化水廠的設(shè)計(jì)供水能力也是決策變量，隱含了水廠規(guī)模情況，研究區(qū)中環(huán)翠區(qū)建設(shè)有再生水廠和海水淡化水廠，文登區(qū)建設(shè)有再生水廠，因此，該模型中共有99（36+60+3）個(gè)決策變量。根據(jù)建立的多水源優(yōu)化配置模型，采用多目標(biāo)遺傳算法求解得到缺水量與供水成本的帕累托前沿解集，如圖3所示。由圖3可知，缺水量和供水成本存在競爭性，當(dāng)供水成本減小時(shí)，缺水量不斷變大，且存在一個(gè)明顯的“拐點(diǎn)”（圖中方案2），表明降低相同缺水量時(shí)，“拐點(diǎn)”左側(cè)增加的供水成本要高于右側(cè)的供水成本，在僅考慮成本控制的條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇“拐點(diǎn)”及其右側(cè)的適宜方案，但若加上缺水約束，則需要從全部方案集中進(jìn)行優(yōu)選。

圖3 長系列計(jì)算下的總?cè)彼颗c總供水成本的Pareto前沿解Fig.3 Pareto frontier solution set of total water shortage amount and total water supply cost based on long series of inflow data

為了更全面比較各類方案下多水源供水系統(tǒng)的運(yùn)行性能，選取“拐點(diǎn)”及其左右兩側(cè)方案（圖中方案1、2和3）與基礎(chǔ)方案進(jìn)行對比，基礎(chǔ)方案為僅考慮米山水庫天然來水的供水方案，采用水庫標(biāo)準(zhǔn)調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)算，基礎(chǔ)方案下各用戶多年平均供需水量見圖4。

圖4 基礎(chǔ)方案下各分區(qū)多年平均供需水量Fig.4 Annual average water supply and demand of each region in the basic scheme

采用可靠性、彈性和脆弱性3個(gè)指標(biāo)評價(jià)各個(gè)方案，結(jié)果見表2。比較方案3和基礎(chǔ)方案的評價(jià)指標(biāo)，可以看出這兩種方案的多年平均年總供水成本相近，方案3的可靠性稍低，但在彈性和脆弱性方面，方案3要優(yōu)于基礎(chǔ)方案，兩種方案中供水系統(tǒng)的整體性能不相上下。其原因在于引入非常規(guī)水源進(jìn)行供水時(shí)，由于非常規(guī)水的供水成本要高于常規(guī)水，當(dāng)成本不變時(shí)，總供水量有所減少；同時(shí)，鑒于非常規(guī)水源供水量較為穩(wěn)定，可增加供水系統(tǒng)的彈性，減小供水的破壞深度。因此，在相同成本條件下，將非常規(guī)水源納入常規(guī)水源供水系統(tǒng)并不總是使得供水系統(tǒng)的所有性能得到提升，成本是制約非常規(guī)水供水的重要因素。

表2 各方案評價(jià)結(jié)果Tab.2 Evaluation results of each scheme

圖5是方案1、2、3中環(huán)翠區(qū)和文登區(qū)兩片區(qū)的不同水源的多年平均供水量。如圖5所示，每月供水總量相對平穩(wěn)，非常規(guī)水和水庫水供給呈現(xiàn)相互補(bǔ)充的特點(diǎn)，當(dāng)水庫水供水較多時(shí)，非常規(guī)水供水量較少。將非常規(guī)水納入城市供水系統(tǒng)中，能夠有效發(fā)揮非常規(guī)水源供水穩(wěn)定的特性，從而緩解地表水供水不穩(wěn)定的狀況，以達(dá)到整個(gè)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 不同水源供給環(huán)翠區(qū)和文登區(qū)的多年平均供水量Fig.5 Annual average multi-source water supply of Huancui Area and Wendeng Area

根據(jù)GB 50282—2016《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》，城市供水保證率宜達(dá)到90%～97%，因此，本研究選取方案1作為多水源配置的最終方案，該方案與基礎(chǔ)方案相比，環(huán)翠區(qū)的可靠性達(dá)到了100%，不存在缺水情況；文登區(qū)的可靠性達(dá)到了90.4%，彈性增加到了46.4%，脆弱性減小了46.2%；河道內(nèi)生態(tài)需水的可靠性增加了9.1%，彈性增加到了77.8%，脆弱性減小了47.2%。環(huán)翠區(qū)、文登區(qū)和河道內(nèi)生態(tài)的多年平均年供水成本分別增加了3.141、0.379和0.563億元，主要原因是使用了成本較高的非常規(guī)水。方案1中，外調(diào)水進(jìn)入米山水庫的年平均水量達(dá)到3 376萬m3，成本達(dá)2.59億元，通過方案1與基礎(chǔ)方案的比較可知，多水源供水系統(tǒng)的性能提高是以增加成本為代價(jià)的，區(qū)域供水安全受制于供水成本。

根據(jù)非常規(guī)水源工程規(guī)模優(yōu)選模型結(jié)果，方案1中環(huán)翠區(qū)再生水廠的投資建設(shè)規(guī)模為16萬m3/d，海水淡化水廠的規(guī)模為15萬m3/d，文登區(qū)再生水廠的投資建設(shè)規(guī)模為7萬m3/d，基于此規(guī)模，將環(huán)翠區(qū)和文登區(qū)內(nèi)生活、工業(yè)和河道外生態(tài)三類用戶的多年平均供水量按照需水比例進(jìn)行分配，得到多水源配置結(jié)果如表3所示，在該方案下，環(huán)翠區(qū)供水保證率達(dá)100%，文登區(qū)供水保證率由63.8%提高到90.4%，河道內(nèi)生態(tài)需水得以保證。

表3 多水源配置下分區(qū)用戶不同水源年供水量Tab.3 Annual water supply of different users in each region under multi-source water allocation

4 結(jié) 語

為研究適宜的非常規(guī)水源利用規(guī)模及其對城市多水源配置結(jié)果的影響，以米山水庫供水區(qū)域?yàn)槔紤]地表水、外調(diào)水、再生水和海水淡化水的多水源配置，建立了考慮來水不確定性的濱海城市非常規(guī)水源工程規(guī)模優(yōu)選模型，采用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行求解，通過分析得出以下結(jié)論：

（1）成本是限制非常規(guī)水源使用的重要因素，供水成本和缺水量兩個(gè)目標(biāo)間存在競爭性。

（2）通過多方案對比分析，最終推薦在環(huán)翠區(qū)投資建設(shè)再生水廠的規(guī)模為16萬m3/d，海水淡化水廠的規(guī)模為15萬m3/d，文登區(qū)投資建設(shè)再生水廠的規(guī)模為7萬m3/d。上述非常規(guī)水源規(guī)模下的多水源配置方案可使威海市區(qū)供水保證率由63.8%提升至95.2%，多年平均供水成本為6.6億元。

本文的研究結(jié)果在一定程度上可以指導(dǎo)地區(qū)供水規(guī)劃，但需指出的是，本文在考慮非常規(guī)水源最小供水能力時(shí)，按照經(jīng)驗(yàn)取工程規(guī)模的10%，后經(jīng)過調(diào)算表明，不同取值會影響工程規(guī)模的大小。如當(dāng)最小供水能力取工程規(guī)模的20%時(shí)，非常規(guī)水源規(guī)模會相應(yīng)減小，威海市區(qū)的再生水廠規(guī)模為21萬m3/d，海水淡化水廠規(guī)模為13萬m3/d。此外，模型中根據(jù)實(shí)際情況制定了多水源和多用戶的優(yōu)先序，未來考慮進(jìn)一步根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)對多水源多用戶間供水量進(jìn)行優(yōu)化。