管理制度優(yōu)化配置研究

1、管理制度優(yōu)化配置研究最嚴(yán)格水資源管理制度下的水資源優(yōu)化配置模型目標(biāo)函數(shù)區(qū)域水資源優(yōu)化配置模型作為對現(xiàn)實系統(tǒng)的模擬，需要從全局出發(fā)，在多目標(biāo)的約束下，進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化。隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、生態(tài)保護(hù)與水資源聯(lián)系日益緊密，圍繞“經(jīng)濟(jì)社會生態(tài)水資源”系統(tǒng)，建立以經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益為目標(biāo)的多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置模型。經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)以區(qū)域供水帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益作為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的表達(dá)，即用供水效益與成本之差的最大值來表示經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)。式中：為獨立水源向子區(qū)用戶的供水量（萬），為公共水源向子區(qū)用戶的供水量，為獨立水源向子區(qū)用戶的單位供水量效益系數(shù)（元），為公共水源向子區(qū)用戶的單位供水效益系數(shù)（元），為

2、獨立水源向子區(qū)用戶供水的費用系數(shù)（元），為公共水源向子區(qū)用戶供水的費用系數(shù)（元），為子區(qū)獨立水源的供水次序系數(shù)，為子區(qū)用戶用水公平系數(shù)，為子區(qū)的權(quán)重系數(shù)。社會效益目標(biāo)由于社會效益不容易度量，而區(qū)域缺水量的大小或缺水程度會直接影響到社會的發(fā)展和穩(wěn)定，故以區(qū)域缺水量的大小或缺水程度刻畫社會效益目標(biāo)。環(huán)境效益目標(biāo)區(qū)域用水的同時必定造成排污，以可代表區(qū)域代表性污染成份的排污量的最小值（例如）描述環(huán)境效益目標(biāo)。式中：為子區(qū)用戶單位廢水排放量中的含量（），為子區(qū)用戶的污水排放系數(shù)。由于三個目標(biāo)函數(shù)的量綱不一致，在求解前需要統(tǒng)一量綱，將目標(biāo)函數(shù)規(guī)范化。首先求各個目標(biāo)函數(shù)的最大值，、最小值，通過下式將目標(biāo)函數(shù)

3、規(guī)范化，即這樣三個目標(biāo)函數(shù)經(jīng)過規(guī)范化處理后，有利于模型的求解。約束條件目標(biāo)函數(shù)的約束條件可以從取水、用水和排水這三個水資源配水環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并且體現(xiàn)出“三條紅線”的限制作用。用水總量約束不同水源供給計算分區(qū)各用水戶的總水量不應(yīng)多于其可供水量，即式中：為地表水可供水量（萬），為地下水可供水量（萬），為外調(diào)水可供水量（萬），為污水處理回用水可供水量（萬）用水效率約束工業(yè)需水定額、農(nóng)業(yè)需水定額以及國民經(jīng)濟(jì)整體需水定額都應(yīng)小于設(shè)計的用水效率控制指標(biāo)，即（）式中，表示各行業(yè)需水定額；表示確定的不同水平年用水效率約束水功能區(qū)限制納污約束式中：為允許的排放總量（）部門用水量約束各水源提供給各分區(qū)各用戶的水量

4、不低于該部門的最低用水量式中：為子區(qū)用戶的最小需水量（萬），為子區(qū)用戶的最大需水量（萬）。變量非負(fù)約束各個分區(qū)的任何用水戶的用水量不為負(fù)數(shù)，所能提供的水量能滿足每個用水戶的需要，即實例分析研究對象概況濟(jì)寧市地處山東省西南部，地跨黃、淮兩大流域，黃河從北部穿境而過，南四湖處于濟(jì)寧腹地，京杭大運河貫穿南北。濟(jì)寧市屬于暖溫帶季風(fēng)性氣候，年降雨量在左右，全市當(dāng)?shù)囟嗄昶骄Y源量億，人均水資源量，不足全國平均水平的，南水北調(diào)工程開通后，每年約有萬的引江水量。全市包括有當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水、外調(diào)水（引黃水和引汶水）和污水處理回用水等個供水水源，和城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)公共用水和生態(tài)環(huán)境用水等個

5、用水戶。其中，跨流域調(diào)水僅供給梁山縣；污水處理回用水分別供給兗州市、鄒城市和魚臺縣；各水資源計算分區(qū)的當(dāng)?shù)氐乇硭偷叵滤疄閱畏謪^(qū)水源。綜合考慮濟(jì)寧市的地形、地貌、統(tǒng)計資料的搜集以及方案實施的可行性，將濟(jì)寧市劃分為個水資源計算分區(qū)：市中區(qū)，任城區(qū)，汶上縣，兗州市，曲阜市，鄒城市，泗水縣，梁山縣，嘉祥縣，金鄉(xiāng)縣，魚臺縣，微山縣。參數(shù)確定供水次序系數(shù)、用水公平系數(shù)用水公平系數(shù)。在水量有限的情況下，最先滿足生活飲用水，然后統(tǒng)籌安排生產(chǎn)和生態(tài)用水，由此擬定各用水部門用水的先后次序為城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、城鎮(zhèn)公共用水、生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)。根據(jù)下式可計算得到用水公平系數(shù)：城鎮(zhèn)生活為，農(nóng)村生活為，城鎮(zhèn)公共用水為，

6、生態(tài)為工業(yè)為，農(nóng)業(yè)為。式中：）表示子區(qū)水源供水次序的序號，表示子區(qū)水源供水序號的最大值供水次序系數(shù)。反映的是分區(qū)內(nèi)各水源相對于其他水源供水的優(yōu)先程度，根據(jù)各水源的調(diào)節(jié)能力，依據(jù)上式確定濟(jì)寧市水源的供水次序為：地表水為，地下水為，跨流域調(diào)水為，污水處理回用水為。用水效益系數(shù)、供水費用系數(shù)用水效益系數(shù)。工業(yè)用水的效益系數(shù)，可根據(jù)萬元產(chǎn)值需水量的倒數(shù)確定；農(nóng)業(yè)用水效益系數(shù)，由灌溉后產(chǎn)生的效益與水利分?jǐn)傁禂?shù)確定；生活用水系數(shù)一般難以有明確的數(shù)值，為使其在計算過程中的供應(yīng)量得到保證，一般效益系數(shù)賦予較大值。環(huán)境用水與生活用水關(guān)系緊密，一般環(huán)境用水效益系數(shù)的取值可參考生活用水的效益系數(shù)。供水費用系數(shù)。供水

7、費用系數(shù)的確定是依據(jù)水費收費標(biāo)準(zhǔn)。目前居民生活用水價格，工業(yè)用水價格，環(huán)境用水費用參照生活用水費用系數(shù)，農(nóng)業(yè)用水費用系數(shù)為額定。對于有資料的水源工程，根據(jù)資料計算確定；缺乏資料時，可參考臨近地區(qū)類同水源工程。用戶需水量上下限生活需水量上下限。城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水，屬于保障性用水，任何時候都應(yīng)優(yōu)先滿足，所以需水量上限都取其規(guī)劃水平年的需水量。生態(tài)環(huán)境需水量上下限。濟(jì)寧市水環(huán)境形勢不容樂觀，需要維護(hù)和改善，環(huán)境用水跟生活用水的上下限一樣取其需水量。工業(yè)需水量上下限。工業(yè)需水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。農(nóng)業(yè)需水量上下限。工業(yè)需水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。城鎮(zhèn)公

8、共用水量上下限。城鎮(zhèn)公共用水量上限取其規(guī)劃年需水量，下限取其需水量的倍。計算結(jié)果與分析依據(jù)年濟(jì)寧市水資源公報和濟(jì)寧市水資源綜合規(guī)劃報告，以現(xiàn)狀年水平年（年）的水資源優(yōu)化配置為例進(jìn)行計算分析，確定相關(guān)參數(shù)，并帶入上述模型中。由表和表可知，城鎮(zhèn)生活需水量和農(nóng)村生活需水量的總和是萬，生活用水供水量量為萬，達(dá)到供需平衡；農(nóng)業(yè)需水量為萬，供水量為萬，缺水量為萬，缺水率為；工業(yè)需水量為萬，供水量為萬，缺水量為萬，缺水率為；城鎮(zhèn)公共用水需水量和生態(tài)需水量均達(dá)到平衡。從表、圖和圖看出，全市需水量為萬，總供水量為萬，總?cè)彼咳f，全市平均缺水率為，屬于缺水情況。存在缺水的行業(yè)主要集中在農(nóng)業(yè)和工業(yè)，生活、生態(tài)以及城

9、鎮(zhèn)公共用水不存在缺水。超過全市平均缺水率的城市有市中區(qū)、任城區(qū)、曲阜市、鄒城市、泗水縣和嘉祥縣。由表和圖可以看出，工業(yè)和農(nóng)業(yè)缺水程度尤為嚴(yán)重。究其原因，農(nóng)業(yè)灌溉用水較多，灌溉效率低且農(nóng)田灌溉需水定額較高，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量劇增；工業(yè)發(fā)展迅猛，需水量增加，工業(yè)工藝方式落后導(dǎo)致用水浪費；水環(huán)境污染嚴(yán)重，廢水排放達(dá)標(biāo)率低，且排放量較大，導(dǎo)致工農(nóng)業(yè)使用污水處理回用水量較少；水資源分配過程中，優(yōu)先滿足生活用水，造成工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水不足，缺水增加?？傮w而言，隨著全市人口增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全市總需水量增加較大，而可供量較小，供需矛盾嚴(yán)重，用水日益緊張。由表和圖可知，市中區(qū)、任城區(qū)、曲阜市、鄒城市、泗水縣和嘉祥

10、縣缺水率較高，其中市中區(qū)、任城區(qū)和曲阜市缺水原因是工業(yè)增長速度較快但結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)程緩慢。規(guī)模以上工業(yè)數(shù)量以煤炭化工、裝備制造等高耗水行業(yè)數(shù)量居多，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢；工業(yè)節(jié)水設(shè)備和生產(chǎn)工藝更新滯后，工業(yè)廢水未能有效轉(zhuǎn)化為處理回用水，污水處理能力和用水效率低下。鄒城市、泗水縣和嘉祥縣缺水原因是農(nóng)業(yè)用水增加。農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)主要以水稻、小麥、大麥和玉米等高耗水低效益的作物為主，而蔬菜、瓜類、果樹和棉花等低耗水高收益的作物占有比例較小；農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)以“漫灌”為主，節(jié)水灌溉技術(shù)普及較慢，農(nóng)業(yè)灌溉效率低，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量較大。結(jié)語本文著重探討和研究最嚴(yán)格水資源管理制度與水資源優(yōu)化配置之間的契合點，將最嚴(yán)格水資源管理制度與區(qū)域水資源優(yōu)化配置相結(jié)合。實例研究表明，最嚴(yán)格水資源管理制度下的區(qū)域水資源優(yōu)化結(jié)果更具合理性，更能體現(xiàn)現(xiàn)實