多目标规划在邯郸水资源优化配置中的应用

水资源研究 第29卷第3期(总第108期)2008年9月

多目标规划在邯郸水资源优化配置中的应用

刘成良 任传栋 高佳

(河北工程大学,河北邯郸056021)

摘 要:多目标规划是进行水资源优化配置的一种重要方法,针对区域水资源优化配置中涉及多水源、多用途、不同供水区域的特点,根据多目标决策理论,以追求经济、社会、环境综合效益为主要目标对邯郸市水资源优化配置进行建模求解获得了较好的结果,可为地区水资源优化配置提供较为科学的依据。关键词:多目标规划;多水源;邯郸;优化配置

1 概 述

水资源作为人类赖以生存与发展的不可替代的基本要素,是一个国家或地区经济建设和社会发展的重要物质基础。邯郸市位于华北南部,属温带大陆性气候,水资源严重短缺,用水矛盾突出,境内主要河流漳河水质较好,卫河和滏阳河等污染严重。地下水由于常年超采,水位不断下降形成了地下降落漏斗,生态环境恶化,当地社会经济的可持续发展面临严峻的挑战。将来南水北调通水后有利于缓和当前的用水矛盾,改善当地的水环境。为了能使有限的水资源发挥最大限度的作用,我们有必要对水资源进行合理的优化配置,协调好系统内各地区、各部门之间的用水矛盾,最大可能地满足不同用水部门和用水地区对水资源的需求。

(2)公平性原则。公平性以满足不同地区和不同用水部门对水资源及其效益的合理分配利用为目标,有的时候它会和效率原则发生冲突。

(3)可持续性原则。水资源在不同储存条件下,循环更新周期不同,应区别对待。地下水循环周期长,故而其资源量大体是一个常数,可持续原则要求在一定时期内其开采量不大于其更新补充量;地表水循环周期比较短,应尽可能地优先利用地表水。可持续原则要求当地的社会经济活动不得超过区域水资源承载能力,污染物排放不得超过区域水环境容量。

2 邯郸市(不包括涉县、峰峰和武安)水资源优

化配置

2.1 多目标规划的模型及特点

与单目标规划不同,多目标规划的目标函数为多个,构成一个向量优化问题。P个目标函数、m个约束条件的多目标规划模型可以表示为:

optF(x)=[f1(x),f2(x),!,fp(x)]T

gi(x) bi,i=1,2,!,m

多目标规划具有以下特点:#多目标性,经济、社会和环境是一个有机的整体,在水资源优化配置中追求经济效益目标的同时,还应兼顾环境、社会等方面的目标; 目标之间有可能相互矛盾;%其优化结果一般不存在严格意义的&单一最优解 ,而只能根据主观规定的优先顺序或其他特定指标下来寻求&协调的 最优解。

1.1 水资源系统的特点

(1)多目标性。水资源是工农业生产、生活及生态环境所必需的资源,如何对多水源进行联合调度以处理各个目标之间的水量分配冲突与矛盾,获得最大的社会经济效益和生态环境效益,是水资源优化配置急需解决的问题。

(2)时空分布不均匀性。由于受到太阳辐射、季风和地理位置等因素的影响,水资源在时间和空间上的分布是不均匀的。通过对这种时空不均匀性进行科学的分析,对水资源进行合理的优化调度,可以达到提高水资源利用效率的目的。

1.2 水资源优化配置原则

水资源优化配置是指在一个特定的流域或区域内,以可持续发展战略为指导,利用系统分析理论和优化技术,通过工程和非工程措施,统一调配水资源及其相关资源,在时间上、空间上和不同用水部门之间进行科学合理的分配。水资源调度过程中要遵循以下原则:

(1)效率原则。经济社会效益高和距离供水水源近的地区和部门将尽可能多分水,而经济社会效益低和输水损失大的地区和部门则要少分水,以便获得相同供水量条件下的最大社会经济效益。

收稿日期:2008-06-10

作者简介:刘成良,男,河北工程大学,硕士研究生。

2.2 优化区域水源、用水部门和分区

此次优化以邯郸市(不包括涉县、峰峰和武安)作为优化区域,以2005年作为现状年,以2010年作为规划年。届时南水北调通水后,优化区域可供调度的水源有南水北调引江水、中水(一般指城市生产生活废水经过生物和物理化学方法处理后,达到一定用水标准的水源)、地下水资源与当地地表径流,其中南水北调引江水为公共水源,中水(不包括市区部分,市区中水除

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