优化配置结果及其分析
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发布时间：2022-06-21 08:44
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时间：2024-10-23 04:57
2.3.3.1 优化配置结果
南四湖流域水资源优化配置模型以经济和社会的综合效益最大为目标，分别表示南四湖流域供水净效益最大和总缺水量最小。模型设定了部门需水量上下限，在保证部门最低用水量时，同时不能超过最大量，尽量把水资源分配到效益最大的部门中去。其优化成果是权衡经济和社会两目标的有效解(非劣解)。本书以2006年为计算现状年，调用MATLAB优化工具箱，利用程序对南四湖流域规划水平年(2015年)的水资源优化配置目标进行求解分析，得出优化配置结果，见表2.26～表2.28。
表2.26 南四湖流域2015年50%保证率水资源优化配置成果表
表2.27 南四湖流域2015年75%保证率水资源优化配置成果表
续表
表2.28 南四湖流域2015年95%保证率水资源优化配置成果表
2.3.3.2 成果分析
(1)各部门配水情况分析
由表2.26可知，2015年50%保证率，南四湖全流域总供水量为767164.3万m3;其中，生活总供水量为127854.1万m3，生态环境总供水量为44563.2万m3，工业总供水量为200955万m3，农业总供水量为393792万m3。各用水部门供水量比例如图2.7所示;其中，生活供水量约占总供水量的17%，生态环境供水量约占总供水量的6%，工业供水量约占总供水量的26%，农业供水量约占总供水量的51%。
图2.7 2015年50%保证率各用水部门供水比
由表2.27可知，2015年75%保证率，南四湖全流域总供水量为708652.4万m3;其中，生活总供水量为127854.1万m3，生态环境总供水量为39823.3万m3，工业总供水量为176155万m3，农业总供水量为364820万m3。各用水部门供水量比例如图2.8所示;其中，生活供水量约占总供水量的18%，生态环境供水量约占总供水量的6%，工业供水量约占总供水量的25%，农业供水量约占总供水量的51%。
图2.8 2015年75%保证率各用水部门供水比
由表2.28可知，2015年95%保证率，南四湖全流域总供水量为681644.3万m3;其中，生活总供水量为127854.1万m3，生态环境总供水量为35713.2万m3，工业总供水量为167703万m3，农业总供水量为351374万m3。各用水部门供水量比例如图2.9所示;其中，生活供水量约占总供水量的19%，生态环境供水量约占总供水量的5%，工业供水量约占总供水量的24%，农业供水量约占总供水量的52%。
图2.9 2015年95%保证率各用水部门供水比
(2)各部门缺水程度分析
因模型根据不同用水部门的优先满足程度确定的公平性系数和供水上下限约束条件，规划水平年(2015年)不同保证率下的生活用水和生态环境用水优先得到满足，其他用水部门则会有不同程度的缺水。
分析表2.26～表2.28中数据可知:
1)2015年50%保证率，南四湖流域各用水部门缺水总量为46134.4万m3，缺水率为5.7%。其中，生活和生态环境需水基本满足供需平衡，缺水部门主要是工业和农业部门，缺水量分别为6197.6万m3和39936.8万m3，缺水率分别为3.0%和9.2%。
2)2015年75%保证率，南四湖流域缺水量为169511.1万m3，缺水率是19.3%。其中，生活用水基本满足需求，生态环境、工业和农业用水都存在一定缺口，生态环境缺水量为4739.9万m3，缺水率是10.6%，工业缺水量为30997.6万m3，缺水率是15.0%，农业缺水量为133773.6万m3，缺水率是26.8%。
3)2015年95%保证率，南四湖流域缺水量为245034万m3，缺水率是26.4%。其中，生活用水基本满足需求，生态环境、工业和农业用水都存在一定缺口，生态环境缺水量为8850万m3，缺水率19.9%，工业缺水量为40449.6万m3，缺水率19.5%，农业缺水量为195734.6万m3，缺水率是35.8%。
(3)各计算分区缺水程度分析
表2.26～表2.28反映了规划水平年(2015年)50%、75%、95%不同保证率下各计算分区的供需水平衡状况和缺水程度。图2.10～图2.12则更加直观地反映出各计算分区的缺水程度。从各分区缺水情况来看:
图2.10 2015年50%保证率各分区缺水程度
图2.11 2015年75%保证率各分区缺水程度
图2.12 2015年95%保证率各分区缺水程度
1)2015年50%保证率，各分区缺水率基本相同，均在3%～7%之间基本平衡;湖东枣庄区缺水量最少，缺水量为3008.5万m3，缺水率是3.2%。工业缺水以湖东菏泽区最大，为2081万m3，缺水率是6.0%;济宁及湖区农业缺水量最大，缺水量为20354.2万m3，缺水率是9.8%。
2)2015年75%保证率，湖东枣庄区、湖西徐州区缺水率都达到全流域最大，缺水量分别为20318.7万m3、27293.9万m3，缺水率分别是20.2%、20.0%，属中度缺水，其他各计算分区均在15%～20%之间，属轻度缺水。生态环境缺水率各分区基本维持在10%左右，以湖东枣庄区缺水率最大，为12.5%，济宁及湖区缺水率最小，为8.9%，缺水量分别为1054.8万m3、1535.8万m3;湖东枣庄区工业缺水量最大，缺水量为10473.6万m3，缺水率是12.1%;农业缺水以济宁及湖区最大，缺水量为64419.2万m3，缺水率是27.3%。
3)2015年95%保证率，各分区缺水率均在25%左右，属中度缺水，以济宁及湖区为最大，缺水率达27.9%，缺水量为114445.6万m3。济宁及湖区生态环境和工业缺水量同时达到最大，缺水量分别为3730.8万m3、17299.6万m3，缺水率分别是21.7%、19.9%;农业缺水以湖东枣庄区缺水最大，缺水量为21007.4万m3，缺水率是38.9%。
综上所述，南四湖流域规划水平年(2015年)50%保证率下的供水基本能满足需求， 75%保证率下即开始较大范围缺水。75%和95%保证率下，各分区缺水率大部分都在20%以上。其中，济宁及湖区、湖东枣庄区两计算分区缺水量最大，主要因为南四湖流域河网水质污染较为严重，造成水质型缺水，济宁及湖区则通过引用黄河水加大供水量。
缺水最严重的是农业部门，其次是工业部门，而生活用水则基本能够满足用水需求，这体现了在配置过程中生活用水优先考虑的原则。另不同计算分区各用水部门的缺水程度不同，也正是模型中设置用水部门公平系数和子区权重系数的一种体现。
(4)目标值分析
南四湖流域水资源优化配置模型是多目标规划配置模型，以经济和社会的综合效益最大为目标，其优化成果是权衡经济和社会两目标的协调解。函数f1(x)反映了区域优化配置后，水资源供水系统能取得的净效益;函数f2(x)反映了优化配置后的供需水平衡情况。
模型求解过程中输出的目标值如表2.29所示，50%～95%不同保证率下流域供水净效益f1(x)减少，流域缺水量f2(x)增加，说明了某一目标的变化(供水效益减少)会引起其他目标的变化(缺水量增加)，体现了这两目标之间是相互影响的。
表2.29 南四湖流域2015年水资源优化配置目标值
(5)模型适用性分析
综上所述，本节通过建立南四湖流域水资源优化配置模型以及对其进行求解，得到了规划水平年(2015年)在50%、75%、95%保证率下的水资源优化配置方案。若资料信息等条件变化，可通过适当修改、运行已编制的计算机程序，可求得相应的流域水资源优化配置成果。因此，此模型及其求解方法具有一定的适用性和可操作性，所得配置结果是合理的，可为南四湖流域水资源规划和管理提供依据。
2.3.3.3 对策与建议
南四湖流域是淮河流域水资源短缺地区之一，水资源供需矛盾常引发水事纠纷。所以，科学配置南四湖流域的水资源，对于地区稳定和区域经济社会的持续发展十分重要。因流域水资源系统是包括自然系统、社会经济系统、生态环境系统等的巨系统，致使系统自身结构极为复杂，各子系统相互依赖，相互影响，相互制约，流域的社会经济活动对流域水资源系统产生很大的影响，该过程是一个增熵的过程，流域水资源系统具有典型的耗散结构。
因此，流域水资源分配不仅是一个技术问题，而且主要是社会问题。南四湖流域水资源分配必须通过不同利益相关者之间的沟通协调，来达成一致的分水决策。通过分析研究，本节从不同层面提出主要建议如下:
1)流域管理部门和地方*尽快研究南四湖流域水资源分配的管理办法，包括管理*、分水计划的编制、分水的监督管理、分水的实施、水权转让及其补偿机制、应急水量调度方法等，从而确定南四湖流域的水资源分配方案。同时尽可能在引提水口建设必要的水资源控制工程，或水量水质监测和计量设施，为合理分水和分水监督管理提供依据。
2)尽早研制适用于水资源分配与调度的、满足于不同利益相关者沟通协调的、能对不同情景进行模拟计算的、灵活高效的南四湖流域水资源模拟模型，以满足实时水资源分配与调度的需要。
3)针对流域实际情况，加快水利基础设施维修与建设进度，增加供水配套设施，提高现有水利工程的利用程度，以增强水资源优化配置能力。
4)农业是用水大户，但缺水程度较严重，主要原因是农村水利发展水平较低，中小型水利工程和塘坝蓄水保水能力差，灌溉供水保证率低。因此，农业要进行以节水为中心的灌区改造，改善种植结构，采用优良低耗水作物，实施节水灌溉，提高水的利用效率，实现农业灌溉在节水中求发展;工业要调整产业结构，鼓励低耗水高附加值产品的开发，降低万元产值取水量，建立节水型工业。
5)加强节水改造和污水治理的力度，大力发展废污水深度处理和回用工程，严禁超标排放和超量排放，支持和促使工业企业提高水的重复利用率。先处理，先回用，后排放，少排放，处理回用于农业灌溉，既可有效地保护水资源和水环境，又可为工业与生活换取大量的优质水源。这是解决北方地区缺水问题的简单而有效地措施。
