FD法在城市水資源優(yōu)化配置研究中的應用

盧麗榮

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市需水量不斷增加，為使有限的水資源得到可持續(xù)利用，對城市水源進行優(yōu)化配置勢在必行?！癋D法”是強制打分法的簡稱，包括0-4評分法、0-1評分法2種方法，是采用一定的評分規(guī)則，通過強制對比打分來評價對象的功能重要性，通常用于功能評價、方案比選中。本次將“FD法”應用于城市水資源優(yōu)化配置方案研究中，首先分別擬定不同的供水方案i和需水方案j，進行排列組合，形成i×j組水源配置方案；其次對各水源配置方案進行供需平衡分析，估算各組合方案所需投資；然后對各水源配置方案的工程實施可行性、缺水率、投資采用“0-4評分法”分別賦分。缺水率按遞減序列排序，缺水率最高方案賦分為0，缺水率次高方案賦分為1，依次遞增，并列排序賦分相同。投資按遞減序列排序，投資最高方案賦分為0，投資次高方案賦分為1，依次遞增，并列排序賦分相同。將水源配置方案缺水率賦分值與投資賦分值加權平均，分值高者方案較優(yōu)。

以下利用“0-4評分法”，以張家口城市為例進行水源優(yōu)化配置方案研究。

1 基本情況

張家口市位于河北省西北部，市區(qū)包括主城區(qū)（含橋東區(qū)、橋西區(qū)、高新區(qū)）、宣化區(qū)、下花園區(qū)，現(xiàn)狀建成區(qū)總面積76.79 km2。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及政策的調整，城市發(fā)展空間要擴展，沿清水河、洋河兩岸呈帶狀展布。城區(qū)現(xiàn)狀供水以地下水為主，區(qū)域內無大中型地表水源控制工程。2007年規(guī)劃區(qū)實際總用水量2.99億m3，其中利用地下水2.40億m3，占80.3%。由于常年連續(xù)且大量集中開采地下水，地下水資源超采嚴重，造成部分區(qū)域地下水位持續(xù)下降。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，水資源供需矛盾更加突出，為了保證水資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟的穩(wěn)定協(xié)調發(fā)展，對張家口市城市水資源進行優(yōu)化配置已迫在眉睫。

2 城市現(xiàn)狀格局供需狀況

2.1 現(xiàn)狀可供水量分析

在維持現(xiàn)有供水工程狀況、考慮為上游發(fā)展留有空間并充分利用區(qū)域地表水、地下水及再生水源條件下，分析現(xiàn)狀水平年50%保證率可供水量為3.29億m3，75%保證率可供水量為3.15億m3，95%保證率可供水量為2.83億m3；2030水平年50%保證率可供水量為3.39億m3，75%保證率可供水量為3.25億m3，95%保證率可供水量為2.93億m3。

2.2 需水量預測

在維持現(xiàn)有規(guī)劃經(jīng)濟發(fā)展速度及生產(chǎn)格局情況下，根據(jù)當?shù)叵嚓P部門提供的基礎資料進行一次需水分析，現(xiàn)狀水平年50%保證率需水量為3.75億m3，75%保證率需水量為 3.91億 m3；2030水平年50%保證率需水量為4.75億m3，75%保證率需水量為4.88億m3。

2.3 一次供需平衡分析

根據(jù)前述可供水量及需水量分析預測，進行一次供需平衡分析，詳見表1。

在維持現(xiàn)狀格局情況下，供水缺口較大，須開源節(jié)流并舉。

3 水資源配置優(yōu)化研究

為充分揭示區(qū)域水資源在多種不確定因素下的開發(fā)利用狀況，以模型組合為基礎，利用“FD法”對各水源配置方案進行優(yōu)化篩選，對水源配置規(guī)劃方案進行模擬分析研究，可為水資源開發(fā)決策提供技術支持。

表1 一次供需平衡分析 億m3

3.1 水資源配置模型

3.1.1 供水方案

規(guī)劃區(qū)的可供水量受區(qū)域水資源總量與供水工程能力雙重因素影響?？紤]規(guī)劃工程實施的難度及不確定性，擬定4個供水方案。

（1）供水方案1：供水方案采用一次分析成果，維持現(xiàn)狀供水工程。

（2）供水方案2：考慮區(qū)域內的最大可開發(fā)潛力。規(guī)劃2020年以前建設完成云州水庫引水、友誼水庫引水工程、烏拉哈達水庫、主城區(qū)和宣化區(qū)污水處理廠擴建；2020—2030年規(guī)劃建設完成土夭溝水庫、南洋河水庫。

（3）供水方案3：2020年以前建設完成云州水庫引水工程，不再規(guī)劃其他供水工程。

（4）供水方案4：在供水方案2基礎之上進行調整，由2020水平年建設1座烏拉哈達大庫調整為再建設1座中庫（東支），2030水平年只規(guī)劃建設南洋河水庫，土夭溝水庫暫不建設。

3.1.2 需水方案

規(guī)劃區(qū)的需水量受節(jié)水改造進程、產(chǎn)業(yè)政策調整等多因素影響，本次分析擬定4個需水方案。

（1）需水方案1：采用一次需水分析成果。

（2）需水方案2：壓縮用水需求，在考慮區(qū)域內的最大可開發(fā)潛力情況下，盡量使規(guī)劃工程實施后達到供需平衡狀態(tài)。農(nóng)業(yè)加強節(jié)水改造，減少需水量；同時調整規(guī)劃區(qū)產(chǎn)業(yè)結構。

（3）需水方案3：在方案2基礎之上進行調整，工業(yè)限額取水。

（4）需水方案4：需水在方案1基礎之上進行調整，工業(yè)限額取水。

3.1.3 模擬配置方案組合分析

需水方案與供水方案相互組合，形成16個水源配置方案。水源配置模型組合方案詳見表2。

在模擬方案組合基礎之上，對各配置方案進行供需平衡分析，估算配置方案所需投資，分析成果詳見表3。

表2 水源配置模型方案

表3 各水源配置方案缺水率與投資統(tǒng)計成果

3.2 規(guī)劃配置方案優(yōu)選

根據(jù)模型原理及模擬配置方案組合分析，對各配置方案缺水率、投資、實施可行性分別賦分。缺水率以2030水平年75%情況下數(shù)值作為判別對象，投資以2030水平年總投資作為判別對象。

缺水率賦分標準：缺水率≥0，賦分值為4；-5%≤缺水率＜0，賦分值為3；-15%≤缺水率＜-5%，賦分值為2；-25%≤缺水率＜-15%，賦分值為1；缺水率＜-25%，賦分值為0。

投資賦分標準：投資≤5億元，賦分值為4；5億＜投資≤20億，賦分值為3；20億＜投資≤35億，賦分值為2；35億＜投資≤50億，賦分值為1；投資＞50億，賦分值為0。

工程實施可行性賦分標準：供、需水方案均無制約因素，賦分值為4；有1項輕微制約因素，克服能夠實施，賦分值為3；有2項輕微制約因素，克服能夠實施，賦分值為2；有難以克服的制約因素1項，賦分值為1；有難以克服的制約因素2項以上，賦分值為0。

工程實施的可行性是制約供水能力的絕定性因素，缺水率在配置方案中是永久性限制發(fā)展的制約因素，而投資可能是暫時性限制因素。所以，在綜合評分中，工程實施的可行性占50%權重，缺水率占40%權重，投資占10%權重。各方案綜合評分詳見表4。

表4 水源配置方案綜合評分

上述各配置方案綜合得分的平均值為2.04，初步篩選大于平均值的配置方案F11、F12、F22、F33、F42、F43、F44（方案序號1、2、6、11、12、14、15、16）7個方案相對較優(yōu)。

3.3 規(guī)劃配置方案優(yōu)化推薦

F11、F12（方案序號1、2）規(guī)劃配置方案能夠維持供水工程現(xiàn)狀，但滿足用水需求以超采地下水為代價。

F22（方案序號6）規(guī)劃配置方案基本能夠達到供需平衡，需水方案實際操作可行性強，但F22供水方案中規(guī)劃工程全部實施會對官廳水庫年入庫水量影響較大，審批會有一定難度，同時烏拉哈達大庫涉及軍事設施搬遷亦是難題。

F33（方案序號11）規(guī)劃配置方案在需水方案采取工業(yè)限額供水的情況下，仍以超采地下水為代價來滿足區(qū)域需水要求，并且工業(yè)限額取水，實際操作有難度。

F43、F44（方案序號15、16）規(guī)劃配置方案基本達到供需平衡，供水方案可行，但工業(yè)實行限額供水，實際操作有難度。

F42（方案序號14）規(guī)劃配置方案中規(guī)劃工程避開了F22供水方案涉及的困難，在增加當?shù)厮寐实幕A上，減小了對官廳水庫年入庫水量的影響，避免了大范圍的軍事設施搬遷。需水方案實際操作可行性強，規(guī)劃配置方案基本能夠達到供需平衡。

通過上述分析比較、優(yōu)化研究，水源配置推薦方案F42（方案序號14），即推薦需水方案2、供水方案4。

4 結語

“FD法”應用于城市水資源優(yōu)化配置方案研究中，其優(yōu)點是可以綜合考慮多種不確定因素下的開發(fā)利用狀況，以模型組合為基礎，進行多方案的優(yōu)化篩選，結合操作可行性推薦最優(yōu)配置方案；缺點是工作量大，需要以大量深入調查、前期規(guī)劃工程研究工作為基礎。

通過研究表明，張家口城區(qū)必須“開源節(jié)流”并舉?！肮?jié)流”需向科技密集且耗水量低型產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展，對市區(qū)內生產(chǎn)工藝落后耗水量大的企業(yè)，要限期整改進行節(jié)水改造，對無法進行節(jié)水改造的生產(chǎn)企業(yè)要明令停產(chǎn)取締；嚴格控制新項目審批程序，禁止高耗水工業(yè)在市區(qū)落戶。同時，“開源”既要考慮工程的可行性及實施效果，又要兼顧上下游的用水狀況，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)、高效利用和協(xié)調發(fā)展。