基于可持續(xù)發(fā)展和多目標規(guī)劃的石羊河流域水資源合理配置

王炯

摘 要：依據石羊河流域水資源的短缺，綜合考慮經濟發(fā)展與水環(huán)境保護，以生活、工業(yè)、生態(tài)環(huán)境和農業(yè)用水的經濟效益最大和水資源消耗最小為優(yōu)化目標，建立可持續(xù)發(fā)展的多目標水資源優(yōu)化配置線性規(guī)劃模型。利用MATLAB 軟件對線性多目標規(guī)劃進行求解。根據計算結果調整決策變量的目標值，獲得三種水資源扶持側重點不同的配置方案。

關鍵詞：水資源配置 可持續(xù)發(fā)展 多目標規(guī)劃 石羊河流域

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（b）-0114-02

自然資源的合理利用與保護，是當今世界上最重大的課題之一，而水資源則是其中最重要的研究對象。在中國西北干旱地區(qū)，石羊河是我國內陸河流域中水資源開發(fā)利用程度最高、用水矛盾最突出的流域之一[1]。石羊河發(fā)源于甘肅省南部的祁連山，消失于巴丹吉林和騰格里沙漠之間的民勤盆地北部。石羊河流域位于甘肅省河西走廊東段，烏鞘嶺以西，祁連山北麓，總面積4.16萬平方千米。流域地勢南高北低，自西向東北傾斜。石羊河流域屬大陸性溫帶干旱氣候，太陽輻射強、日照充足，溫差大、降水少、蒸發(fā)強烈、空氣干燥[2]。

隨著人口增加和經濟社會的快速發(fā)展，特別是灌溉面積的大幅度增加，水資源供需矛盾十分突出，直接導致下游水量逐漸減少，甚至河流斷流，生態(tài)環(huán)境日趨惡化。同時，由于灌區(qū)大量引水但排水不暢，灌區(qū)內部土壤鹽漬化問題嚴重。因此有效利用水資源，對有限的水資源進行合理的配置，成為當前十分關注的問題。水資源配置不僅關系到當地的生態(tài)系統(tǒng)安全，也關系到水資源的可持續(xù)利用[3]。

針對石羊河流域有限水資源的合理配置問題，近年來許多學者展開了大量研究[2～4]，文獻[7]通過計算單元優(yōu)化配置模型和水資源轉化模擬模型的耦合模型，得到優(yōu)化配置結果，由多目標評價函數評價各方案的優(yōu)劣；文獻[6]建立了該流域的水資源管理模型，用于地區(qū)地表水和地下水聯(lián)合利用的水資源模擬分析，主要實現供水、需水、水質和生態(tài)保護的水資源系統(tǒng)模擬，但評價水資源合理配置的可靠性等問題尚待深入研究.為此，本文建立基于工業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境和農業(yè)用水效益多目標水資源優(yōu)化配置模型，根據計算結果調整決策變量的目標值，獲得三種水資源扶持側重點不同的配置方案，以期為石羊河流域水資源優(yōu)化配置提供理論依據。

（3）變量非負約束。

要使得決策變量具有實際意義，模型的解必須滿足，即變量必須是非負的。

1.4 優(yōu)化模型的建立

2 模型求解方法

顯然，1.4中的問題是一個不等式約束線性規(guī)劃問題。本文利用MATLAB中的線性規(guī)劃計算程序linprog對該問題進行求解。并根據計算結果調整決策變量的約束范圍，主要得出下面3種方案，見表3。

3 水資源配置方案分析

首先，根據中國人口年增長率（1.8%），該流域嚴格執(zhí)行計劃生育，控制農村人口增長率不高于1.8%，城鎮(zhèn)人口增長率不超過1.5%。到2020年該流域農村人口不超過183.2萬，城市人口不超過85.1萬。其次，增建污水處理廠，并且引進高科技設備，提高污水處理達標率。提高水資源的再次利用率。

第一方案將水資源主要用于發(fā)展農業(yè)，增加灌溉面積，增加養(yǎng)殖產業(yè)，而且大面積增加植樹造林和綠化工程，以及水利設施投入，需要水資源23.3345億，總經濟收入將達到393.7億元。

第二方案減少農業(yè)投入，適當增加工業(yè)水資源投入，已達到節(jié)水的目的，總經濟收入為391.89億元。

第三方案主要將水資源投入到增加工業(yè)產值，工業(yè)產值達到280.2億元，減少農業(yè)用水，總經濟收入為350.3億元。

顯然，根據2020規(guī)劃年不同用水戶的需水量（表2），這三種方案都是可行的，每一種方案所體現的水資源投入側重點有所不同，其所得到的經濟收入也就不一樣。

4 結論

運用數學規(guī)劃基本理論，以經濟持續(xù)發(fā)展和水資源合理利用為基礎，建立了石羊河流域水資源不同部門配置的多目標規(guī)劃模型。

以石羊河水資源現狀，以及所具有的發(fā)展條件為依據，確立了合理的約束條件。按照水資源投入的目標不同，利用MATLA軟件獲得了三種有效地水資源配置方案。該理論方法的應用對區(qū)域經濟持續(xù)發(fā)展和水資源協(xié)調利用的框架模式具有重要的指導意義。

參考文獻

[1] 韓林，耿松松.全球變化背景下干旱區(qū)水資源開發(fā)利用沖突的話語分析[J].改革與開放，2011，4：116.

[2] 胡文俊.石羊河流域水資源利用和生態(tài)環(huán)境保護對策[J].干旱區(qū)地理，2007，30（6）：969-973.

[3] 馬國軍，林棟，劉君娣，等.基于多目標分析的石羊河流域水資源優(yōu)化配置研究[J].中國沙漠，2008，28（1）：191-194.

[4] 李宗禮，李新攀，趙文舉，等.基于多目標遺傳算法的石羊河流域水資源優(yōu)化配置模型[J].L蘭州理工大學學報，2013，39（2）：52-55.

[5] 李元紅，胡想全，王軍德.石羊河流域民勤縣生態(tài)安全評價研究[J].人民黃河，2005，32（10）：9-10，13.

[6] 魏曉妹，康紹忠，馬嵐.石羊河流域綠洲農業(yè)發(fā)展對水資源轉化的影響及其生態(tài)環(huán)境效應[J].灌溉排水學報，2006，25（4）：28-32.

[7] 粟曉玲，康紹忠.石羊河流域多目標水資源配置模型及其應用[J].農業(yè)工程學報，2009，25（11）：128-132.

[8] 陳南祥，魏杰，甘甜.基于可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究[J].水利與建筑工程學報，2011，9（4）.endprint