王好芳，王明棟，趙洪麗，孫 博，贠汝安

（1. 山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061； 2. 山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南 250100）

0 引 言

調(diào)水是緩解水資源供需矛盾，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效舉措［1，2］。調(diào)水工程一般涉及多受水區(qū)、多用水戶、多水源，是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)水系統(tǒng)。調(diào)水工程的用途不同，其調(diào)度目標(biāo)也不同。例如，巴基斯坦的西水東調(diào)工程是提高農(nóng)田灌溉用水需求的灌溉調(diào)水工程，灌溉效益最大或提高農(nóng)業(yè)用水可靠度是其調(diào)度目標(biāo)；美國(guó)加利福尼亞的北水南調(diào)工程涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市供水、發(fā)電和防洪等多目標(biāo)；江蘇的江水北調(diào)工程主要為了保障蘇北工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市生活等供水安全；南水北調(diào)東線、中線是多用途的調(diào)水工程，用水戶涉及生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)。調(diào)水工程調(diào)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，常用系統(tǒng)分析方法對(duì)調(diào)水工程進(jìn)行系統(tǒng)分析、模擬和優(yōu)化， 從而獲得相應(yīng)的調(diào)度方案。S. Jamshid Mousavi 等［3］利用模擬優(yōu)化法對(duì)巴沙河-佐勒河跨流域調(diào)水工程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，最大限度地提高農(nóng)業(yè)用水的可靠性。 Zhang Chi 等［4］分析跨流域調(diào)水系統(tǒng)涉及的多個(gè)目標(biāo)和多個(gè)利益沖突方，提出了基于“滿意原則”的多方、多目標(biāo)決策模型。楊曉茹等［5］利用系統(tǒng)分析方法，建立了大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)模型，實(shí)現(xiàn)引漢濟(jì)渭調(diào)水工程受水區(qū)缺水量最小、經(jīng)濟(jì)效益最大的調(diào)度目標(biāo)。馬立亞等［6］利用系統(tǒng)模擬技術(shù)對(duì)漢江流域引調(diào)水工程及水庫(kù)群建立了水庫(kù)興利效益最大的調(diào)度目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)群、引調(diào)水工程、沿線各供水區(qū)域的統(tǒng)一調(diào)度。曹正浩等［7］建立了引江濟(jì)漢工程水量調(diào)度模擬模型，調(diào)度目標(biāo)是保證河道內(nèi)外供水保證率。習(xí)樹(shù)峰等［8］利用梯級(jí)水庫(kù)跨流域預(yù)報(bào)優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了跨流域調(diào)水系統(tǒng)的最大供水能力和最大發(fā)電量的調(diào)度目標(biāo)。楊靜靈等［9］建立了膠東調(diào)水工程受水區(qū)缺水量最小的調(diào)度模型，開(kāi)展了水量調(diào)度研究。目前針對(duì)調(diào)水工程的研究主要集中在調(diào)度目標(biāo)的確定、優(yōu)化調(diào)度模型的構(gòu)建和求解方法［10-14］，調(diào)度模式的探討極少，同樣的調(diào)度目標(biāo)由于調(diào)度模式不同，調(diào)度方案也不同，對(duì)受水區(qū)水資源供需矛盾的緩解狀況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐力就不同。以山東省膠東調(diào)水工程為例，在受水區(qū)總?cè)彼孔钚〉哪繕?biāo)下， 有供水優(yōu)先和供水均衡兩種調(diào)度模式供決策者選擇。因此，通過(guò)調(diào)水工程的調(diào)度模式探討，可探尋不同情景下最有效的調(diào)度模式，提高調(diào)水工程的運(yùn)行效率。

山東省膠東調(diào)水工程是一項(xiàng)跨流域的大型水資源調(diào)水工程，已實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)江水、黃河水和當(dāng)?shù)厮嗨绰?lián)合調(diào)度，為膠東地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善提供了強(qiáng)力支撐。但由于受膠東調(diào)水工程渠道輸水能力的限制，在特枯水年份，不能同時(shí)滿足多個(gè)受水區(qū)的用水需求，調(diào)水呈現(xiàn)強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)性。同時(shí)，由于水資源具有類似于公共產(chǎn)品的屬性，各受水區(qū)對(duì)水資源擁有平等的權(quán)利。因此，為了提高山東省膠東調(diào)水工程的調(diào)度運(yùn)行管理水平，本文開(kāi)展供水優(yōu)先調(diào)度模式和供水均衡模式的水資源優(yōu)化調(diào)度研究，為膠東調(diào)水工程的調(diào)度決策提供理論支撐。

1 供水優(yōu)先調(diào)度模式

當(dāng)需水呈現(xiàn)強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)性時(shí)，每個(gè)受水區(qū)都期望優(yōu)先得到供水，以解決或緩解水資源短缺問(wèn)題。但是，受水區(qū)供水優(yōu)先等級(jí)的合理確定及供水優(yōu)先調(diào)度模型的構(gòu)建是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。

1.1 供水優(yōu)先等級(jí)研究

供水優(yōu)先等級(jí)是指受水區(qū)或用水戶調(diào)水的優(yōu)先次序。如前所述，調(diào)水工程因用途不同，調(diào)度目標(biāo)不同，影響供水優(yōu)先等級(jí)的因素也不同。本文主要探討膠東調(diào)水工程，且供水優(yōu)先等級(jí)只針對(duì)受水區(qū)而不涉及工農(nóng)業(yè)等用水戶。受水區(qū)的供水優(yōu)先等級(jí)受其缺水程度、用水效率和調(diào)水對(duì)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐力度等因素綜合影響。

1.1.1 影響供水優(yōu)先等級(jí)的因素

調(diào)水工程主要是緩解或解決缺水地區(qū)的水資源短缺矛盾，因此，受水區(qū)缺水程度是供水優(yōu)先模式首要考慮的因素。而調(diào)水的最終目的是支撐受水區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，還應(yīng)該考慮調(diào)水對(duì)受水區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐力，這是供水優(yōu)先等級(jí)要考慮的主要方面。同時(shí)，還要考慮受水區(qū)的用水效率。如果受水區(qū)在缺水狀態(tài)下，用水效率比較低，不應(yīng)優(yōu)先考慮外調(diào)水，而是應(yīng)首先考慮提高受水區(qū)的水資源利用效率，這樣才符合最嚴(yán)格水資源管理制度。本文供水優(yōu)先等級(jí)的確定是從受水區(qū)的缺水程度、用水效率及調(diào)水對(duì)受水區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐力三方面構(gòu)建指標(biāo)。構(gòu)建的指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 影響供水優(yōu)先等級(jí)的因素Tab.1 Factors influencing water supply priorities

1.1.2 供水優(yōu)先等級(jí)權(quán)重的確定

受水區(qū)供水優(yōu)先等級(jí)的確定涉及到構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重的確定。為了使權(quán)重的確定客觀，本文選擇熵權(quán)法。熵權(quán)法是一種避免主觀偏好和經(jīng)驗(yàn)，使評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重更加客觀的一種計(jì)算方法。而且熵權(quán)法簡(jiǎn)單易操作，廣泛應(yīng)用于各種評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定，計(jì)算步驟詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［15］。第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算公式為：

式中：wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；dj為第j個(gè)指標(biāo)的信息效用值。

第i個(gè)樣本的綜合得分：

式中：X'ij為第i個(gè)樣本的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；Sij為第j指標(biāo)的得分。

1.2 供水優(yōu)先調(diào)度模型

調(diào)水的主要目標(biāo)就是緩解或解決受水區(qū)缺水問(wèn)題，在有限的水資源和供水能力條件下，根據(jù)受水區(qū)的供水優(yōu)先順序，使每個(gè)受水區(qū)偏離目標(biāo)值的偏差最小，即缺水量最小。

1.2.1 目標(biāo)函數(shù)

式中：Ps表示調(diào)度期內(nèi)供水優(yōu)先等級(jí)，s越小越優(yōu)先，即P1＞P2＞…＞PL，可根據(jù)受水區(qū)供水優(yōu)先等級(jí)的權(quán)重確定優(yōu)先等級(jí)；T為調(diào)度期；xst、Qst分別表示處于s級(jí)的受水區(qū)在第t時(shí)段的調(diào)水量和需水量。

1.2.2 約束條件

調(diào)水工程渠道的過(guò)流能力、渠段水量平衡、分水口的需水量、受水區(qū)缺水量、水庫(kù)興利調(diào)節(jié)約束等。

2 供水均衡調(diào)度模式

為了解決跨流域調(diào)水工程多受水區(qū)、多用水戶的水資源利用沖突問(wèn)題，許多學(xué)者利用用水基尼系數(shù)、博弈理論進(jìn)行水資源的均衡配置或調(diào)度。王煜［16］利用用水基尼系數(shù)構(gòu)建了黃河流域區(qū)域用水公平性指標(biāo)，反映水資源在不同地區(qū)及不同部門(mén)間分配的公平性。屠子倩［17］利用基尼系數(shù)法構(gòu)建了渭河流域陜西段水資源配置的公平函數(shù)。Mojtaba Sadegh 等［1］提出了一種基于精確和模糊Shapley 博弈（crisp and fuzzy Shapley games）的跨流域水資源優(yōu)化配置新方法，對(duì)水資源和凈效益進(jìn)行重新分配。Chen Zhisong， Wang Huimin［18，19］從供應(yīng)鏈角度，利用Stackelberg 博弈模型、非對(duì)稱Nash bargaining 等博弈論模型，研究南水北調(diào)工程的調(diào)水供應(yīng)鏈的均衡性。利用博弈論對(duì)調(diào)水工程進(jìn)行水量或利益的合理分配是遵循平等、互惠互利、多贏、利益與風(fēng)險(xiǎn)掛鉤的原則上尋求調(diào)水工程凈效益的最大化。該方法適用于調(diào)水工程各博弈參與者水權(quán)的確定。利用基尼系數(shù)法構(gòu)建用水公平函數(shù)時(shí)，需要考慮不同區(qū)域、不同部門(mén)的用水需求層次，并對(duì)不同需求層級(jí)建立滿意度函數(shù)。滿意度函數(shù)的建立需要大量的調(diào)查分析才能合理確定。本研究是當(dāng)水權(quán)確定后，如何根據(jù)調(diào)水工程的工況和受水區(qū)的實(shí)際需求均衡調(diào)度，制定調(diào)度方案。為此，本研究在調(diào)水過(guò)程中，采用各地市實(shí)際調(diào)水量與各自需水量之比的接近程度來(lái)表征各地市受益的均衡程度。當(dāng)各地市調(diào)水量與各自需水量之比相等時(shí)，則認(rèn)為四個(gè)地市受益均衡。以總受水區(qū)總?cè)彼孔钚閮?yōu)化目標(biāo)，以各地市實(shí)際調(diào)水量與各自需水量之比相等為約束，據(jù)此構(gòu)建的供水均衡調(diào)度模型如下。

（1） 目標(biāo)函數(shù)。

式中：xjt、Qjt分別為第j受水區(qū)第t時(shí)段的調(diào)水量和需水量；分別為調(diào)度期T內(nèi)第n個(gè)受水區(qū)的調(diào)水量和需水量。

（2）約束條件同上。

3 膠東調(diào)水工程水資源優(yōu)化調(diào)度模型

3.1 膠東調(diào)水工程系統(tǒng)概化圖

山東省膠東調(diào)水工程包括引黃濟(jì)青工程和膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程。從濱州市打漁張引黃閘引黃河水，經(jīng)引黃濟(jì)青工程輸水至青島，同時(shí)至昌邑縣宋莊分水閘分水，向煙臺(tái)、威海輸水。南水北調(diào)的長(zhǎng)江水由濱州市博興縣小清河子槽匯入輸水線路，因此，黃河水、長(zhǎng)江水為山東省膠東調(diào)水工程的主要引水水源。受水區(qū)主要是濰坊、青島、煙臺(tái)和威海四地市。根據(jù)日常調(diào)度需要，四地市輸水干線上常用22 個(gè)分水口，各分水口位置、供水片區(qū)見(jiàn)圖1，設(shè)計(jì)流量見(jiàn)文獻(xiàn)［20，21］。

圖1 膠東調(diào)水工程系統(tǒng)概化圖Fig.1 The sketch diagram of Jiaodong water transfer project

3.2 水資源優(yōu)化調(diào)度模型

3.2.1 供水優(yōu)先調(diào)度模型

（1）供水優(yōu)先等級(jí)的確定。根據(jù)《青島市水安全保障總體規(guī)劃（2018 年）》、《濰坊市水安全保障總體規(guī)劃（2018 年）》、《威海市水安全保障總體規(guī)劃（2018年）》、《山東省水安全保障總體規(guī)劃（2017 年）》等資料，收集由表1 確定的各影響因素指標(biāo)值，見(jiàn)表2。

表2 2017年膠東四市各指標(biāo)值Tab.2 Index values of the four Jiaodong cities in 2017

根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算受水區(qū)供水優(yōu)先順序。根據(jù)熵權(quán)法的計(jì)算步驟，首先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到Y(jié)；其次，求得各個(gè)指標(biāo)的信息熵和信息熵冗余度得到各個(gè)指標(biāo)的得分Sij，最后求得各樣本（受水區(qū)）的綜合得分Si。計(jì)算結(jié)果如下：

最后計(jì)算濰坊、青島、煙臺(tái)、威海各受水區(qū)的得分Si=[0.420 0.755 0.423 0.331] 。根據(jù)各受水區(qū)的計(jì)算得分，膠東調(diào)水工程受水區(qū)供水的優(yōu)先順序?yàn)榍鄭u＞煙臺(tái)＞濰坊＞威海。

（2）供水優(yōu)先調(diào)度模型。當(dāng)四地市需水出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性時(shí)，根據(jù)確定的四地市供水優(yōu)先等級(jí)，利用目標(biāo)規(guī)劃建立供水優(yōu)先調(diào)度模型，使每個(gè)受水區(qū)的偏離目標(biāo)值的偏差最小。

設(shè)xi，t為第i個(gè)分水口在調(diào)度期內(nèi)第t月份的調(diào)度水量，萬(wàn)m3；i=1，2，…，22；調(diào)度期是10 月到翌年6 月，即t=10，11，…，6。Qj，t為第j地市第t月份的需水量，萬(wàn)m3；j=1，2，3，4；分別為濰坊、青島、煙臺(tái)、威海。d+k，d-k分別表示第k個(gè)目標(biāo)超過(guò)給定目標(biāo)值的正偏差、未達(dá)到給定目標(biāo)值的負(fù)偏差。ps（s=1，2，3，4）表示受水區(qū)供水優(yōu)先等級(jí)，s越小，其優(yōu)先級(jí)越高。

目標(biāo)函數(shù)：

式中：p1、p2、p3、p4表示供水的優(yōu)先等級(jí)（p1＞p2＞p3＞p4），供水優(yōu)先等級(jí)為青島、煙臺(tái)、濰坊、威海；調(diào)度期是10月到翌年6月。

約束條件：

①城市需水約束：根據(jù)各受水區(qū)申報(bào)的調(diào)水需求量，確定需水約束。

式中：W濰需、W青需、W煙需、W威需分別為濰坊、青島、煙臺(tái)和威海的調(diào)度期內(nèi)的調(diào)水需水量，萬(wàn)m3。

②水源供水能力約束（調(diào)水指標(biāo)約束）：四地市調(diào)度期內(nèi)的調(diào)水量不大于各自的調(diào)水指標(biāo)

式中：Q黃1、Q長(zhǎng)1，Q黃2、Q長(zhǎng)2，Q黃3、Q長(zhǎng)3，Q黃4、Q長(zhǎng)4分別為青島、濰坊、煙臺(tái)和威海的黃河、長(zhǎng)江的調(diào)水指標(biāo)，萬(wàn)m3。

③分水口需水量約束：各分水口分水總量不小于其最小需水量且不大于其設(shè)計(jì)流量。

式中：Qimin，t為第i個(gè)分水口在第t月份的最小需水量，萬(wàn)m3；Qimax，t為第i個(gè)分水口在第t月份的最大分水量，萬(wàn)m3。

④渠道水量平衡約束：

式中：Wi+1，t為第i+1段渠道第t月份的輸水量，萬(wàn)m3；Wi，t為第i段渠道第t月份的輸水量，萬(wàn)m3；αi，t為第i段渠道第t月份的輸水效率，0 ≤αi，t≤1。

⑤渠道過(guò)流能力約束：

式中：Wimax，t為第i段渠道第t月份的輸水能力，萬(wàn)m3。

⑥調(diào)度水量充分利用：每個(gè)時(shí)段調(diào)度水量到達(dá)輸水線路末端時(shí)，渠道內(nèi)全部水量均供給末端分水口，使得調(diào)度水量能夠充分利用，即：

⑦水庫(kù)興利調(diào)節(jié)約束：因米山水庫(kù)興利庫(kù)容較大，其分水指標(biāo)較小，入庫(kù)流量較小，本文不考慮米山水庫(kù)的興利調(diào)節(jié)，只考慮棘洪灘水庫(kù)的興利調(diào)節(jié)。

式中：Vt+1為棘洪灘水庫(kù)t+1時(shí)段的庫(kù)容，萬(wàn)m3；Vt、為棘洪灘水庫(kù)t時(shí)段的庫(kù)容，萬(wàn)m3；pt為棘洪灘水庫(kù)t時(shí)段的降雨量，萬(wàn)m3；qt為棘洪灘水庫(kù)t時(shí)段的用水量，萬(wàn)m3；Et為棘洪灘水庫(kù)t時(shí)段的蒸發(fā)量，萬(wàn)m3。

⑧ 非負(fù)約束：所有變量非負(fù)。

3.2.2 供水均衡調(diào)度模型

在調(diào)度期內(nèi)既要考慮濰坊、青島、煙臺(tái)、威海四市缺水量最小，又考慮供水的公平性，使四地市調(diào)水過(guò)程實(shí)現(xiàn)均衡調(diào)度。

目標(biāo)函數(shù)：

其他約束條件見(jiàn)參考文獻(xiàn)［20，21］，本文不再贅述。

4 調(diào)度方案的確定

枯水年是指供水保證率為75%的年份，特枯年是指供水保證率為95%的年份。本文選用2017-2018 年度為枯水年的代表年。根據(jù)《山東省水資源綜合利用中長(zhǎng)期規(guī)劃》，膠東四地市特枯水年的缺水量都大于其分水指標(biāo)，因此，特枯水年的調(diào)度，就以四地市各自的分水指標(biāo)進(jìn)行調(diào)度。

本文針對(duì)枯水年（2017-2018年度）和特枯水年兩種情景進(jìn)行了探討，給出了兩種情景下的調(diào)度方案。

4.1 數(shù)據(jù)收集和整理

濰坊、青島、煙臺(tái)、威海四市的年引黃指標(biāo)分別為3.07、2.33、1.37、0.52 億m3，引江指標(biāo)分別為1.0、1.3、0.965、0.5 億m3。根據(jù)2017-2018 年度調(diào)水資料確定需水約束，其中青島3.95 億m3、濰坊市2.08 億m3、煙臺(tái)市0.87 億m3、威海市0.53 億m3。特枯水年的需水約束為四地市各自的分水指標(biāo)，其中青島3.63 億m3、濰坊市4.07 億m3、煙臺(tái)市2.335 億m3、威海市1.02 億m3。

為盡可能滿足受水區(qū)需水要求，需確定各分水口的最小需水量，以及各渠段輸水效率。根據(jù)山東省膠東調(diào)水工程日常運(yùn)行調(diào)度數(shù)據(jù)（2016.03.24-2019.02.19）分析出各分水口每月最小需水量及從各段輸水效率，各渠段的過(guò)流能力根據(jù)調(diào)水工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行狀況確定，見(jiàn)參考文獻(xiàn)［20，21］。

4.2 調(diào)度方案

（1）情景一：2017-2018 年度調(diào)度方案。根據(jù)2017-2018 年度膠東四地市的實(shí)際需水量進(jìn)行調(diào)度，兩種調(diào)度模式的調(diào)度方案見(jiàn)表3 和表4，四地市的調(diào)水量見(jiàn)表5。兩種調(diào)度模式的調(diào)度方案不同，但濰坊、青島、煙臺(tái)三地市調(diào)水量相同。

表3 基于供水優(yōu)先調(diào)度膠東四地市各分水口的調(diào)度水量（情景一）萬(wàn)m3Tab.3 Optimized schedule results of each bleeder for four cities in Jiaodong based on water supply priority

表4 基于均衡調(diào)度膠東四地市各分水口的調(diào)度水量（情景一）萬(wàn)m3Tab.4 Optimized schedule results of each bleeder for four cities in Jiaodong based on water supply equilibrium

表5 2017-2018年度調(diào)度期內(nèi)四地市調(diào)水量 （情景一）Tab.5 Water diversion quantity of four cities during the period of 2017-2018

（2）情景二：特枯水年份調(diào)度方案。當(dāng)極端干旱天氣出現(xiàn)時(shí)，膠東四地市同時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重缺水狀況，需要大量調(diào)水來(lái)緩解用水緊張的局面。若四地市需調(diào)水量達(dá)到其分水指標(biāo)，即濰坊、青島、煙臺(tái)、威海需水量分別是4.07、3.63、2.335 億m3、威海1.02 億m3，則兩種調(diào)度模式的調(diào)度方案見(jiàn)表6、表7，四地市的調(diào)水量見(jiàn)表8。兩種調(diào)度模式的調(diào)度方案不同，四地市調(diào)水量也不同。

表6 基于供水優(yōu)先調(diào)度膠東四地市各分水口的調(diào)度水量 （情景二）萬(wàn)m3Tab.6 Optimized schedule results of each bleeder for four cities in Jiaodong based on water supply priority

表7 基于均衡調(diào)度膠東四地市各分水口的調(diào)度水量（情景二）萬(wàn)m3Tab.7 Optimized schedule results of each bleeder for four cities in Jiaodong based on water supply equilibrium

表8 特枯年份四地市調(diào)水量 （情景二）Tab.8 Water diversion quantity of four cities in special dry year

4.3 調(diào)度結(jié)果分析

由表3 和表4 知，2017-2018 年度（枯水年份），兩種調(diào)度模式下，調(diào)水方案不同。供水優(yōu)先調(diào)度模式下，四地市總的調(diào)水量為6.8 億m3，濰坊、青島、煙臺(tái)和威海四地市的調(diào)水滿足率分別為100%、91.9%、100%和40.6%，四地市調(diào)水滿足率平均為83.13%。均衡調(diào)度模式下，四地市總的調(diào)水量為7.11 億m3，濰坊、青島、煙臺(tái)和威海四地市的調(diào)水滿足率分別為100%、91.9%、100%和100%，四地市調(diào)水滿足率平均為97.98%。見(jiàn)表5和圖2。因此，供水均衡調(diào)度模式下的膠東四市總調(diào)水量和調(diào)水滿足率平均值均較大。

圖2 情景一兩種調(diào)度模式下四地市調(diào)水量對(duì)比圖Fig.2 Scenario1 Comparison of water diversion quantity in four cities under two dispatching modes

當(dāng)特枯水年份，膠東四地市的調(diào)水需求增加，當(dāng)四地市需水量分別等于其分水指標(biāo)時(shí)，供水優(yōu)先調(diào)度模式下，四地市總的調(diào)水量為8.56 億m3。供水等級(jí)排第一位的青島調(diào)水量為3.63 億m3，需水量得到滿足。排位第二、第三和第四的煙臺(tái)、濰坊和威海3 個(gè)地市的需水都沒(méi)有得到滿足（而且威海調(diào)水量為0 億m3），調(diào)水滿足率分別為100%、59.12%、87.14%和0%，四地市調(diào)水滿足率平均為61.57%。均衡調(diào)度模式下，四地市總的調(diào)水量為8.50 億m3，比供水優(yōu)先調(diào)度的四地市調(diào)水量略小，而且四地市需水量都沒(méi)有得到滿足。青島和濰坊的調(diào)水量比供水優(yōu)先調(diào)度模式的調(diào)水量小，但是煙臺(tái)、威海的調(diào)水量比供水優(yōu)先調(diào)度模式下的調(diào)水量要大。青島、煙臺(tái)、濰坊和威海調(diào)水滿足率分別為76.98%、76.81%、76.98%和76.98%，四地市調(diào)水滿足率平均為76.93%，見(jiàn)表8和圖3。由此可知，當(dāng)膠東四地市用水需求增加，調(diào)水需求量出現(xiàn)嚴(yán)重競(jìng)爭(zhēng)情況下，供水優(yōu)先調(diào)度只能滿足排位第一的用水需求，而排在后面的地市用水需求無(wú)法得到滿足，制約了四地市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，有時(shí)可能加劇四地市之間的調(diào)水矛盾。均衡調(diào)度模式，雖然四地市用水需求都不能得到滿足，但是四地市平均調(diào)水滿足率達(dá)到了76.81%以上，高于供水優(yōu)先模式下的61.57%平均調(diào)水滿足率。供水均衡調(diào)度模式有效地緩解了四地市水資源供需矛盾，促進(jìn)了四地市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖3 情景二兩種調(diào)度模式四地市調(diào)水量對(duì)比圖Fig.3 Scenario 2 Comparison of water diversion quantity in four cities under two dispatching modes

5 結(jié) 論

當(dāng)跨流域調(diào)水有多個(gè)用戶時(shí)，同樣的調(diào)水目標(biāo)（如總受水區(qū)缺水量最?。?，按什么模式調(diào)水（如供水優(yōu)先模式、供水均衡模式）將得到不同的調(diào)水方案。針對(duì)山東省膠東調(diào)水工程，開(kāi)展了供水優(yōu)先和供水均衡兩種調(diào)度模式的水資源優(yōu)化調(diào)度研究。優(yōu)化結(jié)果表明：供水優(yōu)先調(diào)度模式下，供水優(yōu)先等級(jí)排在第一位的用戶（即地市）用水需求優(yōu)先得到滿足，但當(dāng)供水優(yōu)先等級(jí)排在前面的用戶增加調(diào)水量后，由于受引黃濟(jì)青工程小清河子槽段過(guò)流能力的限制，對(duì)排在最后的用戶（威海）造成嚴(yán)重影響，其調(diào)水量遠(yuǎn)小于其需水量，有時(shí)其調(diào)水量甚至為零。這種調(diào)水模式不利于各用戶社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。而供水均衡模式下，雖然各用戶的調(diào)水量都沒(méi)能滿足用水需求，但是各用戶的調(diào)水滿足率基本均衡，而且總受水區(qū)調(diào)水滿足率要比供水優(yōu)先調(diào)度模式的總受水區(qū)調(diào)水滿足率高，有利于各用戶社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

通過(guò)對(duì)山東省膠東調(diào)水工程兩種調(diào)度模式的探討，在同樣的調(diào)水目標(biāo)下，不同的調(diào)度模式產(chǎn)生的優(yōu)化調(diào)度方案不同，各地市和總受水區(qū)的調(diào)水滿足率也不同。研究為膠東調(diào)水工程的決策者在兩種調(diào)度模式上的選擇提供了理論支撐， 對(duì)類似多用戶調(diào)水工程也具有借鑒意義。

采用各地市實(shí)際調(diào)水量與各自需水量之比的接近程度來(lái)表征各地市受益的均衡程度。當(dāng)各地市調(diào)水量與各自需水量之比相等時(shí)，則認(rèn)為四個(gè)地市受益均衡。同時(shí)，還可以把各地市的“水權(quán)”指標(biāo)納入到供水均衡的模式中，這也是下一步的改進(jìn)方向。