陕西省南水北调受水区水资源优化配置研究
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陕西省南水北调受水区水资源优化配置研究. 西安理工大学水利水电学院 黄 强 2013.10. 主要内容. 研究背景、意义及受水区基本情况. 1. 5. 引汉济渭水资源优化配置模型. 2. 引汉济渭水资源优化配置方案. 3. 引汉济渭水资源优化配置结果分析. 4. 结论与建议. 1. 研究背景、意义及受水区基本情况. 1.1 研究背景及意义. 研究背景. 陕西省水资源时空分布不均,南丰北贫、丰枯季差剧大。关中地 区 严重缺水 ,制约了社会、经济可持续发展。因此, 陕西省急需兴建 南水北调中线引汉济渭。. 目的意义.

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陕西省南水北调受水区水资源优化配置研究

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陕西省南水北调受水区水资源优化配置研究

西安理工大学水利水电学院

黄 强

2013.10


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主要内容

研究背景、意义及受水区基本情况

1

5

引汉济渭水资源优化配置模型

2

引汉济渭水资源优化配置方案

3

引汉济渭水资源优化配置结果分析

4

结论与建议


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1.研究背景、意义及受水区基本情况


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1.1 研究背景及意义

研究背景

陕西省水资源时空分布不均,南丰北贫、丰枯季差剧大。关中地

区严重缺水,制约了社会、经济可持续发展。因此,陕西省急需兴建

南水北调中线引汉济渭。

目的意义

考虑关中需水和各类水利工程,如何把南水北调水与当地水合理

配置,是陕西省开展南水北调工程首要解决的关键问题,对关中社会

、经济可持续发展具有重要的实际意义和应用价值。


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东线工程

西线工程


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中线工程

渭南市

宝鸡市

咸阳市

杨凌区

眉县

武功

西安市

兴平

石头河

周至

户县

黑河水库

三河口

黄金峡


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陕西省南水北调

陕西省南水北调工程包括三条调水线路:

西线——引红济石工程,预计2015年完工;

中线——引汉济渭工程,在汉江干流修建黄金峡水电枢纽,并在库区左岸修建抽水站,抽汉江干流的水并经三河口水库调蓄后,从库区向北以长隧洞穿过秦岭,自流进入渭河支流黑河金盆水库,向渭河流域关中地区补水;

东线——引乾济石工程,已经投入使用。


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1.2 引汉济渭受水区基本情况

受水地区配置对象

五座大城市

西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、杨凌区

十三座中小城市

兴平、武功、眉县、周至、户县、长安区等

八个工业园区

陈仓区、蔡家坡等


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陕西省南水北调受水区范围


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水库特征水位及库容表


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基本资料

  • 水库电站资料:水库特征参数、水库水位-库容曲线、水库水位-水面面积曲线、水库各月蒸发渗漏损失资料。

  • 引水渠首资料:引水渠首及抽水工程引水能力等资料。

  • 地下水资料:各灌区规划水平年地下水资源量、可开采量及最大开采量数据等。

  • 雨污水资料:各灌区规划水平年雨污水回用资料。


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城镇生活

生活需水

经济社会发展需水量

农村生活

二、三产业

生产需水

农业(农林牧渔畜)

城镇生态

河道外生态

农村生态

需水部门


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需水预测

按2020和2030两个水平年进行需水预测,需水预测结果如下:

需水预测结果 单位:万m3


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2 引汉济渭配置模型研究


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2.1 受水区地表水源工程

(1)西安单元

黑河金盆水库枢纽工程

石砭峪水库和引乾济石工程

李家河水库

(2)宝鸡单元

石头河水库及引红济石工程

(3)咸阳单元

无地表水水源工程

(4)渭南单元

涧峪水库


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卤阳湖工业园

咸阳单元

宝鸡单元

高陵

三原

泾阳

咸阳市

渭南单元

泾河工业园

宝鸡市

蔡家坡工业园

兴平

泾阳密集区

陈仓阳平

扶风绛帐

武功

西安单元

眉县常兴

渭南市

华阴

罗敷工业园

眉县

华县

周至

西安市

长安

石头河水库

涧峪水库

引红济石

临潼

引汉济渭

黑河水库

李家河水库

石砭峪水库

引乾济石

2.2 系统网络图

陕西省南水北调受水区水资源配置节点图


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陕西省南水北调受水区西安、咸阳、宝鸡和渭南各单元供水图


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2.3 优化模型的建立

陕西省引汉济渭水资源优化配置涉及社会、经济和生态环境等多目标,是复杂的多目标、非线性大系统优化问题,水资源优化配置模型为 :

式中:x为决策变量; 为目标函数,分别表示经济效益目标、社会效益目标和生态效益目标


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目标函数

以供水净效益最大为经济目标

以缺水量最小为社会目标

以污水排放量最小为生态目标


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用户需水量约束

模型约束条件

水库库容约束

水源供水能力约束

可供水量约束

约束条件


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求解方法

将整个受水区划分为西安、咸阳、宝鸡和渭南4个系统,首先应用大系统分解协调法求解陕西省南水北调受水区水资源,然后对每个子系统采用实数编码遗传算法求解水资源优化配置。


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2.4 优化模型的求解

基于遗传算法的大系统分解协调方法计算流程图


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3 引汉济渭水资源配置方案设置


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3.1 供需调控

受水区供需平衡调控措施

从需求侧调控,实施节水措施压缩用水需求。

从供给侧调控,实施跨流域调水增加流域实际可供水量。

采用各种工程措施和非工程措施进行适当组合和水库联合调度,实现水资源优化配置。


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3.2 配置原则

(1)供水部门顺序

优先利用雨水、污水,再利用当地水,最后用引汉水和地下水量。

(2)需水部门顺序

优先满足城市生活和生态需水,再满足工业和农业需水

(3)调蓄工程顺序

优先保证河道生态基流,蓄丰补枯进行水库联合调节。


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3.3 方案集设置


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4 引汉济渭水资源优化配置结果分析


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4.1 2020年优化配置结果及分析

2020年不同方案下受水区水资源联合配置结果单位:万m3


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2020年不同方案下受水区水资源联合配置结果分析

(1)方案1和方案2在引汉济渭调水量为15亿m3时,均可满足当地水资源的供需要求,达到了供需平衡。其中,方案1实际利用引汉济渭水13.6亿m3,方案2实施工业节水5%的措施后实际利用引汉济渭水12.6亿m3。

(2)方案3和方案4在引汉济渭调水量为12亿m3时,缺水分别达到1.8 亿m3和0.9亿m3;

(3)方案5和方案6在引汉济渭调水量为10亿m3时,缺水分别达到3.7 亿m3和2.7亿m3。

结果表明,方案1和方案2满足了五座大城市西安、咸阳、杨陵、宝鸡和渭南,十三座中小城市和8个工业园区的需水要求;方案3到方案6都满足了五座大城市西安、咸阳、杨陵、宝鸡和渭南的需水,部分满足了十三座中小城市的需水,而8个工业园区的缺水量较大。

考虑最小缺水量,经比较推荐方案2为2020水平年实施方案。该方案不仅满足当地水资源的供需要求,还实施了工业节水5%的措施,能在一定程度上减少使用引汉济渭水量。


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4.2 2030年优化配置结果及分析

2030年不同方案下受水区水资源联合配置结果单位:万m3


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2030年不同方案下受水区水资源联合配置结果分析

方案1引汉济渭调水15亿m3,不节水情况下,总供水30.6亿m3,其中引汉济渭供水14.97亿m3,缺水2.65亿m3;

方案2引汉济渭调水15亿m3,节水情况下,总供水29.65亿m3,其中引汉济渭供水14.91亿m3,缺水2.24亿m3;

方案3引汉济渭调水14亿m3,不节水情况下,总供水29.65亿m3,其中引汉济渭供水13.95亿m3,缺水3.67亿m3。

方案4引汉济渭调水14亿m3,节水情况下,总供水29.62亿m3,其中引汉济渭供水13.91亿m3,缺水3.24亿m3。

在引汉济渭调水量15亿m3和14亿m3时,引汉济渭水量基本全部被利用。同理,从缺水量最小的角度,我们认为方案2为最佳方案。


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4.3 推荐方案与分析

单位:万m3

需水部门

水源种类


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单位:万m3

需水部门

水源种类


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结果分析

(1) 2020年总需水26.58 亿m3,实际需要引汉济渭调水量为12.6亿m3时,总供水26.58亿m3,缺水0亿m3,能够满足需求,达到供需平衡。

(2)2030年总需水32.86亿m3,在引汉济渭调水15亿m3情况下,总供水30.62亿m3,缺水2.24亿m3,基本缓解了供需矛盾,但仍然达不到供需平衡。因此,还需加大节水力度,或另开辟水源地。


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5 结论与建议


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5 结论

(1)构建了陕西省南水北调受水区联网配置节点图,共设置了2020与2030年水平年10个水资源配置方案,并制定了受水区水资源配置的原则。

(2)建立了陕西省南水北调受水区水资源联网优化配置模型,将整个受水区划分为西安、咸阳、宝鸡和渭南4个系统,应用大系统分解协调算法,对每个子系统采用遗传算法进行求解,为复杂系统下多水源联合运用奠定了理论基础。

(3)把长系列月径流和相关资料代入水资源优化配置模型求解,得到了受水区水资源配置多年平均结果:2020水平年采用最优方案2,即实施工业节水5%的措施后实际利用引汉济渭水12.6亿m3,可满足当地水资源的供需平衡要求;2030水平年采用最佳方案2,即引汉济渭调水15亿m3,节水情况下,总供水29.65亿m3。其中,引汉济渭供水14.91亿m3,缺水2.24亿m3,仍不能满足水资源的供需要求,需要另辟水源或进一步开展节水。


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敬请各位领导、专家批评指正谢 谢!


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