基于三条红线管理机制下的河南省鸭河口灌区水资源优化配置

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随着社会经济的发展,人们对水资源的需求量日益增加,水资源短缺逐渐成为限制社会发展的重要因素,同时水污染严重与水生态环境恶化等问题加剧了水资源的短缺,导致水资源供需不平衡这一矛盾日益突出。为缓解水资源供需紧张问题,提高水资源利用效率,国家提出了实行最严水资源管理制度,并划定了水资源“三条红线”。“三条红线”的提出,对原有区域水资源优化配置从限定条件和执行模式都提出了新的要求。为此,如何在“三条红线”管理制度下实现区域水资源优化配置值得深入研究。本文系统分析水资源“三条红线”管理机制内涵,结合其对水资源供、用、排三个用水过程管理目标与对水量、用水效率与排污量约束管理作用,建立了具有“三条红线”为特征的水资源优化配置模型,结合模型特点,利用NSGA-Ⅲ算法寻求多目标优化下的Pareto非支配解,同时利用T()PSIS决策方法来分析获取最佳配置方案,并将该模型与方法以河南省鸭河口灌区为例进行实例验证。论文为“三条红线”的具体实践进行了理论探索,并通过鸭河口灌区实例应用为区域优化配水提供了实践指导。论文主要研究内容与结论如下:(1)以2018年为现状水平年,2025年、2035年为近期规划水平年与远期规划水平年,应用定额法与趋势预测法对鸭河口灌区需水量进行预测,提出了基本方案与节水方案两种需水方案,结合水资源利用现状与规划,确定灌区可利用水量,并进行灌区水资源供需平衡分析,结果可知:随着社会经济的增长,鸭河口灌区用水需求大幅增加,预测2035年用水需求超过95000万m3,在现有供水能力不变的情况下,灌区会出现一定程度的缺水现象,其缺水量也在逐年增加,但通过采取合理的高效节水措施,提高节水水平,调整产业用水结构可有效避免缺水状况出现。以南阳市鸭河口灌区水功能区划为依据,利用水质一维数学模型,对灌区水功能区纳污能力进行了分析,结合水污染排放现状与三条红线管理的要求,确定了不同规划水平年入河污染物排放总量控制方案与削减方案。(2)从“三条红线”与水资源优化配置两者之间的紧密联系出发,系统分析了水资源“三条红线”的管理机制与内涵,结合“三条红线”对水资源供、用、排三个用水阶段的目标管理与水量、用水效率、排污量约束条件的影响,建立了具有“三条红线”特征的水资源标优化配置模型,结合模型特点,引入NSGA-Ⅲ算求进行Pareto求解,最后利用TOPSIS决策确定最终配置方案。(3)以南阳市鸭河口灌区为研究对象,将基于“三条红线”管理机制下的水资源优化配置模型进行应用验证。结合鸭河口灌区实际情况,对模型中各项参数进行确定,并利用MATLAB进行编码对近期规划水平年、远期规划水平不同来水频率下的水资源进行优化配置;利用NSGA-Ⅲ算法寻求Pareto非支配解集,并利用IGD与HV两个指标对所求Pareto解集质量进行分析,结果表明,随着运行的不断进行,解集质量不断增强;利用TOPSIS决策对所求Pareto解进行综合评价,选择评价值最大解作为最佳折衷方案,并分析了折衷方案的结果合理性与节水效果,结果:表明方案可行,节水效果明显。
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