摘要：為優(yōu)化流域內(nèi)工程格局，緩解流域內(nèi)供水矛盾，提高流域水資源綜合利用效率，以塔里木河流域源流阿克蘇河、和田河、葉爾羌河及其干流為研究對(duì)象，針對(duì)流域內(nèi)存在的平原水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失大、水資源供需矛盾突出等問題，建立并求解了水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配模型。結(jié)果表明：制定并優(yōu)選了源流山區(qū)水庫(kù)替代干流平原水庫(kù)方案，通過替代干流平原水庫(kù)群能夠顯著減少流域缺水總量及損失水量，緩解流域供需矛盾；在滿足工業(yè)生活需水的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)減少源流區(qū)下泄水量，極大緩解了源流區(qū)與干流區(qū)用水矛盾，提高了流域灌溉供水；制定了優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下的水資源配置方案，即多年平均條件下農(nóng)業(yè)灌溉供水和河道外生態(tài)供水分別為135.02億、14.04億 m3。研究成果對(duì)于指導(dǎo)平原水庫(kù)廢棄提供技術(shù)支撐，對(duì)干旱區(qū)相似流域的生態(tài)保護(hù)和水資源可持續(xù)利用具有科學(xué)指導(dǎo)意義和推廣示范價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)群；水資源配置；水庫(kù)群替代方案；塔里木河

中圖分類號(hào)：TV21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）06-0020-10

Optimal Allocation of Water Resources in Tarim River Basin Based on EngineeringPattern Optimization

HONG Liangpeng1， BAI Tao2*， LI Jiang1， LIU Dong2

（1. Management Bureau of the Main Stream of Xinjiang Tarim River Basin， Kuerle 841000， China;2. State Key Laboratory of Eco-Hydraulics in Northwest Arid Region of China， Xi′an University of Technology， Xi′an 710048， China）

Abstract： In order to optimize engineering layout， alleviate the contradiction between water supply and demand， and improve the comprehensive utilization efficiency of water resources in the basin， this study took the sources of the Tarim River including the Aksu River， Hotan River， and Yeerqiang River and its main streams as the research objects. In response to problems such as the large evaporation and seepage losses of plain reservoirs within the river basin and the prominent contradiction between supply and demand of water resources， a joint allocation model of reservoir groups was established and solved. The research results show that a scheme for replacing plain reservoirs in the main streams with mountainous reservoirs has been developed and optimized. By replacing the plain reservoir groups in the main streams， the total water shortage and water loss in the basin can be significantly reduced， and the contradiction between water supply and demand in the basin can be eased. On the basis of meeting the demand for industrial anddomestic water， properly reducing the water discharge in the source area can greatly alleviate the water contradiction between the source area and the mainstream area and improve the irrigation water supply in the basin. Under the objective of optimized planning， a water resources allocation scheme is made. To be specific， under the condition of average water supply for many years， the water supply for agricultural irrigation and ecological water supply outside the river are 13.502 billion m3 and 1.404 billion m3， respectively. The research results provide technical support for guiding the abandonment of plain reservoirs and have scientific guiding significance and demonstration value for ecological protection and sustainable utilization of water resources in similar basins in arid areas.

Keywords： reservoir group; water resources allocation; scheme of replacing reservoir groups; Tarim River

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，水資源供需矛盾問題不斷加劇，供水安全已成為制約中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)及國(guó)家糧食安全保障的重要因素。特別是西北干旱荒漠區(qū)，由于其獨(dú)特的地理環(huán)境與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，水資源供需矛盾極為突出，流域內(nèi)灌溉及生態(tài)供水得不到保障，糧食減產(chǎn)、生態(tài)破壞等問題嚴(yán)重。因此，在水資源集約利用、流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的背景下，如何科學(xué)高效利用有限的水資源，實(shí)現(xiàn)流域高質(zhì)量發(fā)展，已成為目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。

水資源優(yōu)化配置是協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要手段，是均衡水與發(fā)展的關(guān)鍵措施［1］。專家學(xué)者針對(duì)水資源配置問題做了大量研究，特別是智能算法蓬勃發(fā)展使得水資源配置迸發(fā)新的活力。2001年，Cai等［2］將遺傳算法和線性規(guī)劃相結(jié)合，用于求解非線性水管理模型。2004年，Karamouz等［3］將遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立了地表水與地下水聯(lián)合分配模擬優(yōu)化模型。2015年，Biswadip Das 等［4］構(gòu)建線性規(guī)劃模型，該模型將耕地與水資源相結(jié)合，以水文地質(zhì)、物理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件為約束條件；李朦等［5］建立流域綜合效益最大的水資源優(yōu)化配置模型，并采用蟻群-粒子群混合算法求解模型。2016年，Habibi M 等［6］以工農(nóng)業(yè)綜合效益最大為目標(biāo)，利用粒子群優(yōu)化算法建立了水資源配置模型，并以此得出研究區(qū)域的供需水量；張凱等［7］建立了以經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境綜合效益最大為目標(biāo)水資源優(yōu)化配置模型，并采用螢火蟲算法求解模型。2018年，鐘金鳴等［8］建立了基于模糊多目標(biāo)規(guī)劃的水資源配置模型，并應(yīng)用于邯鄲西部重工業(yè)基地；王敏杰等［9］基于用水主體滿意度建立了以經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境及社會(huì)效益為目標(biāo)的水資源優(yōu)化配置模型。2021年杜佰林等［10］以經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益為目標(biāo)，建立了基于模擬退火粒子群算法的優(yōu)化配置模型。2022年，姜秋香等［11］建立了多水源、多用水戶的區(qū)間多階段隨機(jī)規(guī)劃模型，并采用線性規(guī)劃算法求解。楊文博［12］基于數(shù)值模擬，分析不同流域水資源的配置情況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。2023年，譚安琪等［13］通過建立時(shí)空雙向流域精細(xì)化配置模型，在考慮多種因素影響下將水資源優(yōu)化配置，并對(duì)模型進(jìn)行線性規(guī)劃求解；劉光輝等［14］研究了基于 GWAS 模型的邯鄲市水資源優(yōu)化配置問題。目前，關(guān)于水資源優(yōu)化配置研究多集中于計(jì)算方法改進(jìn)與綜合效益優(yōu)化等方面，較少研究關(guān)注

于工程格局變化對(duì)水資源配置結(jié)果的影響。

南疆地區(qū)屬于資源性缺水區(qū)域，為滿足區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，20世紀(jì)修建了大量的平原水庫(kù)，進(jìn)入21世紀(jì)后，大量山區(qū)控制型水庫(kù)的修建進(jìn)一步保障了流域灌溉需求。平原水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失極大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，已成為制約南疆地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，本文以塔里木河“三源一干”區(qū)域（阿克蘇河、葉爾羌河、和田河及塔河干流）為研究對(duì)象，建立了流域水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)配模型，分析了山區(qū)水庫(kù)替代干流平原水庫(kù)方案可行性，制定了平原水庫(kù)替代后的水資源配置方案。研究成果可為指導(dǎo)平原水庫(kù)廢棄提供技術(shù)支撐，對(duì)干旱區(qū)相似流域的生態(tài)保護(hù)和水資源可持續(xù)利用具有科學(xué)指導(dǎo)意義和推廣示范價(jià)值。

1研究區(qū)域概況及基本資料

1.1流域概況

塔里木河流域地處歐亞大陸腹地、新疆南部，是中國(guó)最長(zhǎng)、世界第三長(zhǎng)內(nèi)陸河，流域內(nèi)九源一干、地域遼闊，從葉爾羌河源頭開始算，流域全長(zhǎng)2602 km，總面積約為103萬 km2，占國(guó)土面積1/9［16］。受獨(dú)特的地理環(huán)境影響，流域內(nèi)降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均蒸發(fā)能力可達(dá)1600～2200 mm，年降水量?jī)H111 mm，占全國(guó)年平均降水量的16%［16］。塔河流域特有的綠洲生態(tài)系統(tǒng)極度依賴流域內(nèi)有限的水資源，造成“有水就有綠洲、無水皆為荒漠”的現(xiàn)象［17］。

1.2基本資料

研究所需的資料包括工程資料、徑流資料及需水資料等，所有資料均由新疆塔里木河流域管理局提供。徑流資料包括阿克蘇河（協(xié)和拉、沙里桂蘭克水文站）、葉爾羌河（喀群、伊爾列黑、庫(kù)魯克欄干、江卡水文站）、和田河（同古孜洛克，烏魯瓦提水文站）1962—2016年，共55 a月尺度徑流資料，其中由于選取水文站點(diǎn)上游受人類活動(dòng)影響較小，故未對(duì)徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行還原或還現(xiàn)處理，資料缺失部分采用本流域相近站點(diǎn)數(shù)據(jù)或統(tǒng)一站點(diǎn)相似來水頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)；需水資料包括2035年遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年阿克蘇河、葉爾羌河、和田河以及塔里木河干流各區(qū)間工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)、河道外生態(tài)等需水。

2調(diào)配模型建立與求解

2.1流域系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖構(gòu)建

根據(jù)三源一干流域內(nèi)重點(diǎn)控制性水利工程的布局，確定了塔里木河流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配格局，繪制了塔里木河水資源調(diào)配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（圖2）。

2.2配置依據(jù)

調(diào)配依據(jù)包括：①滿足水資源綜合利用原則，嚴(yán)格控制水資源開發(fā)總量；②滿足源流區(qū)多年平均下泄46.5億 m3 ， 其中，阿克蘇河多年平均下泄34.2億 m3、葉爾羌河多年平均下泄3.3億 m3、和田河多年平均下泄9.0億 m3;③水庫(kù)應(yīng)按照生活、工業(yè)、灌溉、河道外生態(tài)等供水優(yōu)先次序供水，并保證工業(yè)生活、灌溉、河道外生態(tài)等供水保證率為95%、75%、50%；④滿足大西海子斷面多年平均下泄3.5億 m3生態(tài)水量的設(shè)計(jì)要求。中長(zhǎng)期調(diào)配以1962年7月到 2016年6月共55 a為調(diào)配期，以月為計(jì)算時(shí)段。

2.3模型的建立與求解

2.3.1模型建立

2.3.1.1目標(biāo)函數(shù)

為了制定合理的源流山區(qū)水庫(kù)群替代干流平原水庫(kù)群方案，減少塔里木河干流區(qū)平原水庫(kù)的無效蒸發(fā)滲漏損失，提高塔里木河“三源一干”區(qū)域的整體供水效率，在滿足塔里木河流域工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道外生態(tài)供水、源流區(qū)及大西海子下泄供水等綜合供用水要求的前提下，以流域供水量最大為目標(biāo)，建立單目標(biāo)優(yōu)化調(diào)配模型，開展源流山區(qū)水庫(kù)群替代干流平原水庫(kù)群的方案研究，目標(biāo)函數(shù)見式（1）：

maxf1= QG （i，t ）（1）

2.3.1.2約束條件

a）全局約束條件。

①流域內(nèi)水量平衡約束。

WC （n，t ）+ WRi （m，t ）= WG （i，t ）+

n =1 t =1m =1 t =1i=1 t =1

Wout （j，t ）+ ΔW （j，t ）+ ΔV （n，t ）（2）

式中：WC （n，t ）、WRi （m，t ）、WG （i，t ）、Wout （j，t ）、ΔW （j，t ）、ΔV （n，t ）分別為水庫(kù)出庫(kù)水量、支流來水量、各行業(yè)的供水量、斷面下泄水量、河段損失水量和水庫(kù)蓄放水量，億 m3;n為水庫(kù)編號(hào)；m 為支流編號(hào)；i為用水單元編號(hào)；j 為斷面編號(hào)；t為調(diào)配時(shí)段編號(hào)［15］。

②保證率約束。

P （i）≥ Ps （i）（3）

b）局部約束條件包括：

①水庫(kù)水量平衡約束。

WL （n，t ）= WG （n，t ）± WXF （n，t ）+ WS （n，t ）（4）

②庫(kù)容約束。

Vmin （n ）≤ V （n，t ）≤ Vmax （n ）（ 5）

③供水約束。

各部門需水：QG （i，t ）≤ QX （i，t ）（6）

下泄供水：QGS （m，y）≥ QXS （m，y ）（7）

④出力約束。

Nmin （n ）≤kele （n ）?Qele （n，t ）? Hele （n，t ）≤Nmax （n ）（8）

⑤變量非負(fù)約束。

式中：P、Ps 分別為計(jì)算保證率、設(shè)計(jì)要求保證率； WL、WG、WXF、WS 分別為水庫(kù)來水量、供水量、蓄放水量和水庫(kù)損失水量，億 m3;Vmin （n ）、Vmax （n ）分別為水庫(kù)的最小庫(kù)容和最大庫(kù)容，億 m3;QG、QX 分別為供水量、需水量，億 m3;QGS、QXS 分別為各源流下泄到塔里木河干流區(qū)的供水量、需水量，億 m3;kele、Qele、Hele 分別為水電站出力系數(shù)、發(fā)電流量、發(fā)電水頭；Nmin、Nmax分別為水電站出力的下限和上限［15］。

2.3.2模型求解

由于該模型涉及水庫(kù)數(shù)目多、調(diào)配時(shí)間長(zhǎng)，約束條件多，屬于大規(guī)模、多約束、非線性的復(fù)雜優(yōu)化問題［17］。因此，采用人工智能算法中應(yīng)用較為廣泛的遺傳算法［18-19］求解水庫(kù)群長(zhǎng)系列優(yōu)化調(diào)配模型。

模型求解主要思路為：將水庫(kù)群調(diào)配過程按月劃分為660個(gè)時(shí)段，并選取時(shí)段內(nèi)各水庫(kù)末庫(kù)容作為決策變量，在可行解的范圍內(nèi)隨機(jī)生成初始種群，以多年平均缺水量來評(píng)價(jià)個(gè)體的適應(yīng)度，通過遺傳操作產(chǎn)生適應(yīng)度更好的新一代群體，通過不斷地進(jìn)化迭代，在滿足終止準(zhǔn)則后，選出最優(yōu)個(gè)體作為模型最優(yōu)解［20］。具體步驟如下。

a）染色體編碼。選擇水庫(kù)末庫(kù)容為決策變量，由于遺傳算法屬于概率性搜索優(yōu)化，存在局部尋優(yōu)效果不好的缺點(diǎn)，為合理縮小算法搜索空間，加快算法運(yùn)行速度，本文將模擬程序計(jì)算結(jié)果 P1代入，設(shè)定調(diào)度期內(nèi)各水庫(kù)允許蓄放水量區(qū)間位于［0.7* P1，1.3* P1］，采用十進(jìn)制對(duì)決策變量進(jìn)行編碼，同時(shí)為加快收斂速度，本文將模擬計(jì)算結(jié)果 P1作為初始種群之一代入優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算。

b）適應(yīng)度函數(shù)。遺傳算法的關(guān)鍵步驟是如何確定適應(yīng)值函數(shù)，利用適應(yīng)度函數(shù)可以衡量個(gè)體的優(yōu)劣，本文適應(yīng)度函數(shù)為多年平均流域供水量。

c）遺傳算子。遺傳算法的基本算子為選擇、交叉、變異［21］。在單目標(biāo)優(yōu)化模型計(jì)算中，種群規(guī)模設(shè)置為200個(gè)，迭代次數(shù)設(shè)置500次，子代選擇方法使用的是輪盤賭法，交叉概率為0.7，變異概率為0.3。

3實(shí)例分析

3.1山區(qū)水庫(kù)替代干流平原水庫(kù)方案研究

3.1.1可行性分析

在遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年優(yōu)化調(diào)配結(jié)果見表1?？梢钥闯觯ㄟ^山區(qū)水庫(kù)群和平原水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度，一期規(guī)劃目標(biāo)和優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下干流區(qū)各區(qū)間工業(yè)生活供水保證率均為100%，農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率超過89%，河道外生態(tài)供水保證率超過60%。說明到2035遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年，通過源流山區(qū)水庫(kù)和干流區(qū)平原水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)配，已能滿足干流區(qū)生活-生產(chǎn)-生態(tài)“三生空間”的供水設(shè)計(jì)要求，為山區(qū)水庫(kù)替代平原水庫(kù)、削減平原水庫(kù)在流域水資源調(diào)配中的作用，提供了操作空間和可行性。

3.1.2方案設(shè)置

為研究山區(qū)水庫(kù)群替代干流平原水庫(kù)群的規(guī)律，在一期規(guī)劃目標(biāo)和優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下設(shè)置3種水庫(kù)群替代方案。

替代方案一：按照平原水庫(kù)的重要程度，優(yōu)先廢棄任務(wù)較小的水庫(kù)，直至干流供水保證率降低到設(shè)計(jì)要求。

替代方案二：按照同等比例整體削減各平原水庫(kù)有效庫(kù)容，直至干流供水保證率降低到設(shè)計(jì)要求。

替代方案三：按照平原水庫(kù)的重要程度，優(yōu)先廢棄任務(wù)較小的水庫(kù)，剩余水庫(kù)按照一定比例削減有效庫(kù)容，直至干流供水保證率降低到設(shè)計(jì)要求。

3.1.3替代方案優(yōu)選

a）一期規(guī)劃的替代方案優(yōu)選。計(jì)算得到的一期規(guī)劃下平原水庫(kù)的優(yōu)化調(diào)整方案見表2，各方案調(diào)配結(jié)果見表3。由表2、3可知：同基準(zhǔn)方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，平原水庫(kù)群替代后，有效減少流域損失水量，提高用水部門供水量，其中方案三結(jié)果最優(yōu)，農(nóng)業(yè)灌溉供水最大增加0.11億 m3 ， 河道外生態(tài)供水減少0.05億 m3 ， 恰拉下泄水量增加1.21億 m3 ， 損失水量最大減少1.34億 m3;故推薦方案三最佳替代方案，即結(jié)然力克、大寨、其滿、帕滿水庫(kù)有效庫(kù)容削減87%，喀爾曲尕、塔里木水庫(kù)完全廢棄。

b）優(yōu)化規(guī)劃的替代方案優(yōu)選。計(jì)算得到的優(yōu)化規(guī)劃下平原水庫(kù)的優(yōu)化調(diào)整方案見表4，各方案調(diào)配結(jié)果見表5。

由表5可知：同基準(zhǔn)方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，平原水庫(kù)群替代后，有效減少流域損失水量，提高用水部門供水量，其中方案三結(jié)果最優(yōu)，農(nóng)業(yè)灌溉供水最大增加0.58億 m3 ， 河道外生態(tài)供水減少0.10億 m3 ， 損失水量最大減少1.10億 m3;故推薦方案三最佳替代方案，即結(jié)然力克、大寨、其滿水庫(kù)有效庫(kù)容削減35%，帕滿水庫(kù)有效庫(kù)容削減95%，喀爾曲尕、塔里木水庫(kù)完全廢棄。

綜上所述，一期規(guī)劃目標(biāo)和優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下，通過替代干流平原水庫(kù)均能有效減少流域損失水量，量化了山區(qū)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度和廢棄干流平原水庫(kù)的節(jié)水潛力，同時(shí)也體現(xiàn)了在干旱半干旱地區(qū)“節(jié)水優(yōu)先”的必要性與重要性。

3.2水資源配置方案研究

3.2.1調(diào)配結(jié)果優(yōu)選

通過計(jì)算，可得到一期規(guī)劃和優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下水庫(kù)群替代方案對(duì)應(yīng)的調(diào)配結(jié)果，其中，流域長(zhǎng)系列調(diào)配結(jié)果見表6，流域缺水、下泄及損失水量情況見圖3、4。

a）同平原水庫(kù)替代前結(jié)果相比，一期與規(guī)劃2個(gè)目標(biāo)下，調(diào)配結(jié)果均有提升。其中一期規(guī)劃目標(biāo)下，源流區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率存在不滿足設(shè)計(jì)要求的情況，調(diào)配結(jié)果不理想；優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下，各行業(yè)供水保證率均滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)配結(jié)果較好。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因主要有以下幾點(diǎn)：一期規(guī)劃目標(biāo)下源流區(qū)與干流區(qū)用水矛盾突出；源流區(qū)水庫(kù)調(diào)節(jié)能力不足，不能調(diào)節(jié)流域汛期來水，導(dǎo)致干流區(qū)汛期無效下泄水量過多，補(bǔ)充臺(tái)特瑪湖水量遠(yuǎn)超其供水指標(biāo)，致使臺(tái)特瑪湖無效蒸發(fā)滲漏損失增大。

b）同替代前相比，一期與規(guī)劃2個(gè)目標(biāo)下各行業(yè)缺水總量分別減少0.05億、0.47億 m3 ， 恰拉下泄水量分別增加1.21億、0.54億 m3 ， 損失水量分別減少1.34億、1.24億 m3?？梢钥闯?，通過替代平原水庫(kù)，極大程度地緩解了農(nóng)業(yè)灌溉用水和生態(tài)用水矛盾，提高了流域水資源利用效率，保障了塔河下游臺(tái)特瑪湖的生態(tài)補(bǔ)水，對(duì)于未來進(jìn)行干流農(nóng)業(yè)復(fù)耕奠定水量基礎(chǔ)。

c）同一期規(guī)劃結(jié)果相比，優(yōu)化規(guī)劃下各行業(yè)供水保證率均滿足設(shè)計(jì)要求，缺水總量、源流區(qū)下泄水量、恰拉下泄水量及流域損失水量分別減少3.97億、6.56億、2.43億、1.74億 m3。表明優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)可以有效緩解源流區(qū)與干流區(qū)用水矛盾，通過適當(dāng)減少下泄水量，減少流域損失，避免了臺(tái)特瑪湖無效蒸發(fā)損失，對(duì)于緩解流域水資源短缺問題具有重要的意義。

綜上所述，優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下破壞了多年平均下泄塔里木河干流46.5億 m3水量目標(biāo)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)來看對(duì)于塔河保障糧食安全，對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。而一期規(guī)劃目標(biāo)通過增加下泄塔河干流水量，增加下游特別是補(bǔ)湖生態(tài)水量，對(duì)于保護(hù)塔里木河下游生態(tài)廊道具有重要意義，但是為進(jìn)一步提高生態(tài)水使用效率，建議下游開展胡楊林溝汊滲輪灌或在河道修建節(jié)制閘，將生態(tài)水耗散于河道兩岸恢復(fù)生態(tài)廊道，避免流入臺(tái)特瑪湖使得水資源無效耗散。

3.2.2水資源配置方案制定

根據(jù)三源流1962—2016年各年徑流資料繪制了 P-Ⅲ型頻率分布曲線，選擇了平水（P=50%）、枯（P=75%）、特枯（P=95%）3個(gè)典型流量，并按照峰高量大、洪峰集中、對(duì)工程不利的原則各選取了流量相近的典型年，分別為平水年1988年、枯水年1986年、特枯水年1965年。

選擇優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)的替代方案下的水庫(kù)調(diào)配結(jié)果，制定水資源優(yōu)化配置方案，典型年水資源優(yōu)化配置概況見表7，以平水年水資源配置情況為例，結(jié)果見圖5。由多年平均配置結(jié)果可知，流域內(nèi)灌溉和河道外生態(tài)供水雖略有破壞，但破壞深度在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，且大西海子多年平均下泄生態(tài)水量為4.59億 m3 ， 符合設(shè)計(jì)要求。以典型年平水年水資源配置情況為例，平水年塔里木河三源流區(qū)域來水206.11億 m3 ， 三源流下泄水量為39.09億 m3。其中，源流區(qū)阿克蘇河區(qū)域灌溉供水總量為46.43億m3 ， 葉爾羌河區(qū)域灌溉供水總量為56.92億 m3 ， 和田河區(qū)域灌溉供水總量為24.60億 m3 ， 干流區(qū)灌溉供水總量為7.33億 m3 ， 河道外生態(tài)供水為16.26億m3 ， 大西海子下泄生態(tài)水量為2.11億 m3 ， 未滿足設(shè)計(jì)要求。通過與多年平均結(jié)果相比可知，主要是由于平水年汛期來水較為均勻，使得汛期無效下泄水量減少，即大西海子下泄生態(tài)水量不滿足3.5億 m3設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論與展望

以塔里木河“三源一干”流域?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)流域內(nèi)存在的平原水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失大，水資源用水矛盾突出等問題，建立了以流域供水量最大為目標(biāo)的水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)配模型，分析山區(qū)水庫(kù)替代平原水庫(kù)的可行性，制定了基于平原水庫(kù)群替代后的水資源配置方案，主要結(jié)論如下。

a）論證了山區(qū)水庫(kù)替代干流平原水庫(kù)的可行性，制定并推薦了最優(yōu)的替代方案，其中一期規(guī)劃和優(yōu)化規(guī)劃2個(gè)目標(biāo)下的水庫(kù)替代方案分別可節(jié)約水資源量1.34億、1.10億 m3 ， 體現(xiàn)了“節(jié)水優(yōu)先”的必要性與重要性。

b）優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)可以減少流域損失，避免了臺(tái)特瑪湖無效蒸發(fā)損失，從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)來看對(duì)于緩解流域水資源短缺、保障塔里木河流域糧食安全、維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

c）一期規(guī)劃目標(biāo)保障塔里木河多年平均下泄水量目標(biāo)，增加了干流下游特別是臺(tái)特瑪湖補(bǔ)湖生態(tài)水量，對(duì)于保護(hù)和修復(fù)塔里木河下游生態(tài)廊道具有重要現(xiàn)實(shí)意義，但缺少配套工程與非工程措施，建議下游開展胡楊林溝汊滲輪灌或在河道修建節(jié)制閘。

d）制定了優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)下的水資源優(yōu)化配置方案，多年平均條件下農(nóng)業(yè)灌溉供水和河道外生態(tài)供水分別為135.02億、14.04億 m3 ， 對(duì)于緩解流域農(nóng)業(yè)灌溉供水和生態(tài)供水矛盾具有重要作用。

本文僅考慮了干流平原水庫(kù)替代后對(duì)塔里木河“三源一干”流域的水資源配置影響，下一步將結(jié)合臺(tái)特瑪湖適宜面積相關(guān)研究，優(yōu)化源流區(qū)下泄水量目標(biāo)，并針對(duì)平原水庫(kù)替代前后的節(jié)水量的具體應(yīng)用角度出發(fā)，研究平原水庫(kù)替代后對(duì)于干流生態(tài)廊道的保護(hù)和修復(fù)的具體效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］王浩，游進(jìn)軍.錨定國(guó)家需求以水資源優(yōu)化配置助力高質(zhì)量發(fā)展［J］.中國(guó)水利，2022（19）：20-23.

［2］ CAI X，MCKINNEY D C，LASDON L S. Solving nonlinear water management models using a combined genetic algorithm and linear programming approach ［J］. Advancesin Water Resources，2001，24（6）：667-676.

［3］ KARAMOUZM ， TABARIMMR ， KERACHIANR. Application Of Genetic Algorithms And Artificial Neural Networks In Conjunctive Use Of Surface And Groundwater Resources［J］. Water International，2007，32（1）：163-176.

［4］ DAS B，SINGH A，PANDA S N，et al. Optimal land and water allocation policies for sustainable irrigated agriculture［J］. Land Use Policy，2015，42：527-537.

［5］李朦，解建倉(cāng)，楊柳，等.基于蟻群-粒子群混合算法的水資源優(yōu)化配置研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，43（1）：229-234.

［6］ MIRAJKAR A B ， PATEL P L. Multi-objective Two-Phase FuzzyOptimizationApproachesinManagementofWater Resources［J］. Journalof WaterResourcesPlanningand Management，2016，142（11）. DOI：10.1061/（ASCE）WR.1943-5452.0000682.

［7］張凱，沈潔.基于螢火蟲算法和熵權(quán)法的水資源優(yōu)化配置［J］.水資源保護(hù)，2016，32（3）：50-53，63.

［8］鐘金鳴，蘇愛文，武雪靜，等.基于模糊多目標(biāo)規(guī)劃模型的水資源優(yōu)化配置［J］.人民珠江，2018，39（7）：27-33.

［9］王敏杰，徐得潛.基于用水主體滿意度的多目標(biāo)水資源配置［J］.人民珠江，2018，39（10）：107-111，123.

［10］杜佰林，張建豐，高澤海，等.基于模擬退火粒子群算法的水資源優(yōu)化配置［J］.排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2021，39（3）：292-299.

［11］姜秋香，何曉龍，王子龍，等.基于區(qū)間多階段隨機(jī)規(guī)劃的水資源優(yōu)化配置模型及應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2022，42（6）：1-7.

［12］楊文博.大凌河流域水資源優(yōu)化配置及模擬分析［J］.黑龍江水利科技，2022，50（6）：77-81.

［13］譚安琪，穆振宇，艾學(xué)山，等.流域精細(xì)化水資源優(yōu)化配置模型及應(yīng)用［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2023（2）：28-34.

［14］劉光輝，孫建偉，羅云，等.基于 GWAS模型的邯鄲市水資源優(yōu)化配置研究［J］.人民珠江，2024，45（1）：63-71.

［15］白濤，洪良鵬，李江，等.塔里木河“二源一干”生態(tài)供水潛力研究［J］.水資源保護(hù)，2023，39（1）：158-165.

［16］蔡運(yùn)濟(jì).塔里木河三源流水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度［D］.西安：西安理工大學(xué)，2021.

［17］白濤，劉東，李江，等.基于節(jié)水優(yōu)先和工程布局調(diào)整的塔里木河流域節(jié)水潛力［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2022，33（4）：614-626.

［18］杭慶豐，潘道宏.基于遺傳算法和最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)泰東河日流量研究［J］.人民珠江，2010，31（4）：6-7，21.

［19］郭沖，王翰盛，鄧偉杰，等.基于 GA-GRNN地應(yīng)力場(chǎng)反演的超長(zhǎng)深埋隧洞圍巖穩(wěn)定性研究［J］.人民珠江，2024，45（1）103-113.

［20］雷德義.基于改進(jìn)遺傳算法的故縣水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2017.

［21］許凌杰，董增川，肖敬，等.基于改進(jìn)遺傳算法的水庫(kù)群防洪優(yōu)化調(diào)度［J］.水電能源科學(xué)，2018，36（3）：59-62，153.

（責(zé)任編輯：高天揚(yáng)）