膠東地區(qū)跨流域調(diào)水優(yōu)化配置分析

水發(fā)建設(shè)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250100

1 研究概況

膠東調(diào)水項(xiàng)目屬于南水北調(diào)的組成部分之一，主要是引黃濟(jì)青以及膠東引黃調(diào)水的工程項(xiàng)目。受水區(qū)處于膠東半島南部，年降水量分配十分不均，降水大多發(fā)生在7—9月份，這期間的降水量占全年的60%～80%，并且供需矛盾日漸突出，因而需要通過調(diào)水來解決此問題。

2 水資源供需平衡

（1）水量供需平衡分析。水量平衡是根據(jù)受水區(qū)不同年份的可供水量以及預(yù)測(cè)需水量進(jìn)行相應(yīng)的分析。可供水量來源主要是地表水和地下水以及非常規(guī)的水源和客水調(diào)水，針對(duì)不同水源，分別計(jì)算50%、75%、95%保證率的可供水量，并最終計(jì)算出可供水量的總量。需水量主要包含生活用水、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)用水以及生態(tài)需水五個(gè)部分。文章運(yùn)用指標(biāo)分析法，以2016年為基準(zhǔn)，對(duì)膠東地區(qū)2022年和2027年的需水量進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)。

（2）供水分析?？晒┧恐饕侵冈谀軌蝾A(yù)見的期限內(nèi)，利用相關(guān)技術(shù)和合理有效的措施，能夠供應(yīng)河道外一次性利用的最高水量。地表水與地下水的可供水量主要以以往的相關(guān)調(diào)查資料為基礎(chǔ)，使用皮爾遜Ⅲ型曲線來明確不同頻率水資源的數(shù)量，同時(shí)，根據(jù)受水區(qū)內(nèi)的相關(guān)水利工程的實(shí)際情況以及水資源的利用率，可以確定實(shí)際的可供水量。另外，還應(yīng)當(dāng)考慮相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和配套現(xiàn)水利工程的規(guī)劃對(duì)水資源的利用情況加以預(yù)測(cè)；客水的可供水量則依據(jù)相關(guān)文件內(nèi)調(diào)引客水的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算?？晒┧吭诂F(xiàn)狀年以及規(guī)劃年的基礎(chǔ)上計(jì)算不同保證率，得出膠東地區(qū)2016年的可供水量如下：保證率為50%時(shí)為23000萬m3、保證率為75%時(shí)為112000萬m3、保證率為95%時(shí)為10700萬m3。2022年的可供水量如下：保證率為50%時(shí)為64226萬m3、保證率為75%時(shí)為64101萬m3、保證率為95%時(shí)為64040萬m3。2027年的可供水量如下：保證率為50%時(shí)為66227萬m3、保證率為75%時(shí)為66102萬m3、保證率為95%時(shí)為66041萬m3。

（3）需水量分析。運(yùn)用定量預(yù)測(cè)法來預(yù)測(cè)受水區(qū)的需水量，定量預(yù)測(cè)方法主要有數(shù)學(xué)模型法以及定額法，文章使用定額法以及趨勢(shì)法相結(jié)合的方法來確定。需水量的預(yù)測(cè)主要是生活用水和生產(chǎn)用水以及生態(tài)用水的需水預(yù)測(cè)。根據(jù)詳細(xì)的計(jì)算得出膠東地區(qū)的受水區(qū)總需水量如下：2016年的受水區(qū)需水量為160000萬m3、2022年的受水區(qū)需水量為137870萬m3、2027年的受水區(qū)需水量為164935萬m3。

（4）供需平衡分析。依據(jù)經(jīng)過計(jì)算得出的需水量以及可供水量，對(duì)受水區(qū)的現(xiàn)狀年和規(guī)劃年供需水的平衡情況進(jìn)行研究分析，當(dāng)計(jì)算只考慮非常規(guī)和當(dāng)?shù)氐乃磿r(shí)，具體結(jié)果如表1所示。

表1 供需平衡結(jié)果

由表1可知，2016年受水區(qū)缺水情況嚴(yán)重，保證率為50%時(shí)缺水較為嚴(yán)重，保證率為75%時(shí)缺水率均接近30%，保證率為95%時(shí)缺水率為32.8%。2022年保證率為50%時(shí)缺水率為35.3%，保證率為75%時(shí)缺水率為43.5%，保證率為95%時(shí)缺水率為53.5%。2027年保證率為50%時(shí)缺水率為44.1%，保證率為75%時(shí)缺水率為510%，保證率為95%時(shí)缺水率為59.4%，與2022年相比有一定的增加，并且缺水率也呈現(xiàn)出升高的狀態(tài)，當(dāng)?shù)厮Y源以及非常規(guī)的水源均無法達(dá)到受水區(qū)需水的相關(guān)需求。

3 調(diào)水優(yōu)化配置模型

膠東調(diào)水項(xiàng)目是為解決該地區(qū)的水源供需問題而建立的工程，著重解決水資源短缺以及利用效率問題，同時(shí)，還可提升跨流域調(diào)水項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。調(diào)水優(yōu)化最關(guān)鍵的目標(biāo)即是降低缺水量，其次是提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 參數(shù)確定

（1）供水上限。將黃河水以及長江水的客水引入受水區(qū)，并將受水區(qū)的水量分配指標(biāo)設(shè)置為供水量的上限值。相關(guān)文件資料中的數(shù)據(jù)顯示，引黃水為23300萬m3、引江水為13000萬m3，總共引水36300萬m3。

（2）需水上下限。將受水區(qū)的缺水量Qil作為客水需水量的上限值，同時(shí)優(yōu)先考慮居民生活用水的相關(guān)需求，將生活需水量Qi2設(shè)定為下限標(biāo)準(zhǔn)，如果當(dāng)?shù)氐乃Y源可以供給生活用水，則將Qi2調(diào)整為0。具體的上下限標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 需水量的上下限

（3）水價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。受水區(qū)調(diào)引客水的水價(jià)和運(yùn)行費(fèi)如表3所示。以當(dāng)?shù)厮Y源、非常規(guī)水源以及黃河水為基礎(chǔ)構(gòu)建的水源優(yōu)化模型為L-UC-Y，而依當(dāng)?shù)厮Y源和非常規(guī)水源以及黃河水和長江水而建立的優(yōu)化模型則為L-UCY-Y。

表3 調(diào)水工程水價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用

4 優(yōu)化配置的結(jié)果

根據(jù)LINGO求解多目標(biāo)函數(shù)模型，對(duì)不同水源在受水區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化配置，得到調(diào)引黃河水以及長江水的優(yōu)化配置結(jié)果，如表4所示。

表4 調(diào)引黃河水和長江水的優(yōu)化配置結(jié)果

5 優(yōu)化配置結(jié)果分析

綜上所述，依據(jù)優(yōu)化后的調(diào)水配置結(jié)果分析，在現(xiàn)有條件下，以不超出供水指標(biāo)為前提，通過調(diào)引黃河水和長江水來降低缺水率，可以有效達(dá)到工程的最大效益。由于當(dāng)前研究區(qū)域的缺水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分配的調(diào)水指標(biāo)，因此依據(jù)指標(biāo)調(diào)水無法滿足缺水的需求。經(jīng)過調(diào)水配置優(yōu)化之后，不同保證率下的缺水量如表5所示。

由表5可知，在調(diào)引黃河水之后的受水區(qū)，缺水量呈下降趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在2022年不同的保證率下，研究區(qū)域的缺水量均顯著下降32%左右；在2027年不同的保證率下，研究區(qū)域的缺水量均顯著下降24%左右。在調(diào)引黃河以及長江兩處水源后的受水區(qū)，缺水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在2022年不同的保證率下，研究區(qū)域的缺水量均顯著下降49%左右；在2027年不同的保證率下，研究區(qū)域的缺水量均顯著下降37%左右。

表5 調(diào)引黃河水與黃河水和長江水后的缺水量

6 結(jié)束語

文章通過對(duì)調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以受水區(qū)水資源供需平衡為基礎(chǔ)開展分析，并以受水區(qū)缺水量最小和效益最大作為目標(biāo)，進(jìn)一步建立水資源的優(yōu)化模型，最終確定配置方案。實(shí)踐證明，施行優(yōu)化后的水資源配置方案，有效地解決了研究區(qū)域水資源短缺以及供需矛盾問題。