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不确定条件下的水利多水源优化配置研究

时间:2018-03-25 10:56来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇水利工程论文,水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源。
本文是一篇水利工程论文,水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源,但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程,才能控制水流,防止洪涝灾害,并进行水量的调节和分配,以满足人民生活和生产对水资源的需要。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇水利工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
目前,南水北调工程和引黄入邯工程通水以后,增加了地表水的可供水总量,从一定程度上缓解了用水困难的局面。但是,如何正确地使用当地水和外调水,从而发挥出工程的最大效益已成为一个严峻的问题。再次,邯郸市东部地表水资源量少(主要的地表水(岳城水库和东吴仕水库)位于邯郸市西部),工农业生产用水效率低下。大量的污水未经过处理直接流入河中,严重污染了地表水,从而导致能供给人们使用的地表水量减少。此外还有在邯郸市东部属于平原,种植粮食是主要的产业支柱,由于地表水资源量的不足,地下水资源因过度开采而急速减少。随着科学技术的进步,再生水也变成供水来源之一,到时会形成多水源(地下水、地表水、外调水和再生水)共存的局面。地表水主要来源于岳城水库、卫河和东武仕水库。外调水包括引江水和引黄水。按照当前的水利工程极易出现分水不均的局面,因此如何实现地表水、地下水等多种水源联合调度,保障邯郸市东部地区的水资源得到可持续的利用,已成为一个非常重要的课题。
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1.2 研究目的
在规划水平年,我们把再生水作为供水水源之一,再生水主要供给生态和农业,从而间接的使农业减少了对地下水的开采。通过对规划水平年邯郸市东部地区的水资源进行优化配置,从而使地表水最大程度上被利用,使外调水和境内水有机结合,充分发挥水利工程的最大效益,缓解用水比较困难的局面,使全区的水资源得到可持续利用。具体包括下面几个方面:(1)使外调水发挥到最大的工程效益;(2)保证各个行政区生活得到满足;(3)减少地下的开采;(4)充分利用地表水。1988 年,翁文斌[6]等人对安阳市的地表水和地下水联合调度进行了研究,建立了包括农业灌水、城市需水、农业需水在内的七大物理模拟模块。1990 年程吉林[7-8]采用模拟技术和正交设计对灌区进行水资源规划。1994 年,谢新民[9]等将大系统理论和模糊数学应用到水资源优化规划,研究了地表水、地下水的多目标管理模型,建立了水库群与地下水资源系统联合运行管理模型。辛玉琛和张志君[10]应用现代的系统分析理论,对长春市水资源供需系统进行优化管理。在 2000年,李勤和李秋兰[11]运用聚合、分解、协调的优化技术,分析了江苏省淮河流域不同水平年的水资源规划。傅冬绵[12]根据中国不同地区的特点建立了对应的数学模型,并做了相应的分析,为水资源的持续发展提供决策手段。华士乾教授[13]主持研究了对北京地区的水资源利用的系统工程方法,并在国家七五公关项目中加以提高和应用,该项研究成果考虑了水量的区域分配、水资源利用效率、水利工程建设次序以及水资源开发利用对国民经济发展的作用,成为我国水资源配置研究的雏形。经过学者的不懈努力,多水源联合调度逐步转到包括社会、环境、经济效益的多目标模型[14-17]。赵丹和邵国东[18]在西北干旱半干旱地区建立了合适的水资源调配模型,缓解了当地干旱的局面。在 2006 年,张平和赵敏[19]根据南水北调工程东线受水区的特点,建立了相应的水资源调配模型。牛最荣和黄维东等[20]以引大灌区为研究对象,建立了多目标线性规划模型,为当地水资源的发展做了贡献。由于供水系统中存在的不确定性与复杂性,同时为了给决策者一个宽敞的决策空间,区间不确定的多目标水资源优化模型被许多学者研究出来[21]。粟晓玲和康绍忠[22]建立了水资源配置多目标评价函数,并提出了流域水资源合理配置的方案。在 2009 年,张静和黄国和等[23]运用区间两阶段随机规划的方法,建立了多水源联合供水调度的优化模型。以区间形式给出优化结果,更真实的反映多水源联合供水系统的实际情况。根据区间规划,大量的不确定的区间多目标线性规划模型被研究出来[24]。
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第 2 章 邯郸市东部地区区域概况
 
2.1 研究概况
邯郸市位于河北省最南端,东接山东,南接河南,西靠太行山,与山西相邻,北与邢台相接。整个城市南北距离 102km,东西最长 178km,土地面积 12047km2,其中城区面积为 3316km2,山区面积为 4460km2,邯郸市东部平原面积为4271km2。邯郸市东部平原的面积占邯郸市总面积的 36%,其地理位置在北纬36°06′~36°57′,东经 114°24′~115°29′之间。按行政区域划分可分为临漳县、成安县、广平县、曲周县、鸡泽县、大名县、魏县、馆陶县、邱县。邯郸市东部平原在华北断坳带区域,自中生代以来,地壳一直做着下降的趋势。在它的西侧为太行山,这一地带属于隆起区,由西向东是邯郸凹陷,接着是广宗永年,它属于凸起区,紧接着是邱县凹陷区等一些次级的构造,每个构造单元都受着北东向和径向断裂构造的影响。第四纪以来,地壳向下沉降剧烈了,在本地区形成了厚度非常大的沉淀物,在中更新世纪末期,突然有一些火岩喷发,又出现了一些新的构造。
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2.2 区域水资源评价
进行水资源评价之前通常先对这个研究区域进行细致的分区,就是清晰地划分出计算和汇总的每个基本单元。进行水资源分区的时候一般有两种方法:按河流水系进行划分和按行政分区进行划分。在本研究中是按行政分区进行分区的,全区按行政区划分可分为:武安县、临漳县、魏县、大名县、馆陶县、邱县、鸡泽县、广平县和曲周县。水面蒸发量在一年内主要受每个地区各个月份的气温、温度、风速、日照等因素的影响。邯郸市东部地区在春天风多并且大、十分的干旱、饱和差大,尤其是在 5 月份气温高出平常很多,刮得风又干又热,因此导致蒸发量特别大。5 月份的蒸发量大约占全年的 14.5%~15.5%。在冬季温度最低,蒸发量特别小,其中 12 月份的蒸发量占全年的 2.5%~3.5%。多年平均水面蒸发量月分配统计表见表 2-3。
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第 3 章 邯郸市东部地区需水量预测.........17
3.1 需水量预测的方法以及原则.........17
3.2 生活需水量预测.....17
3.3 生态需水量预测.....22
3.3.1 城镇绿地需水量预测..........22
3.3.2 河湖生态环境需水量预测............. 23
3.4 工业需水量预测.....24
3.5 农业灌溉需水量预测.........25
3.6 本章小结.....27
第 4 章 优化方法与模型建立.........28
4.1 区间定义.....28
4.2 方法研究.....28
4.2.1 区间规划.....29
4.2.2 模糊规划......31
4.3 邯郸市东部地区水资源优化配置模型的建立.... 32
4.4 模型参数的确定.....36
4.5 本章小结.....39
第 5 章 邯郸市东部地区水资源调配结果与分析............ 40
5.1 优化目标效益值.....40
5.2 按不同部门给出的调配方案.........40
5.3 按不同水源给出的调配方案.........44
5.4 结论............. 46
5.5 建议............. 47
5.6 展望............. 48
 
第 5 章 邯郸市东部地区水资源调配结果与分析
 
5.1 优化目标效益值
在本研究中,考虑了多目标、多水源的联合调度问题,尤其是靠外调水和当地水有利结合来缓解水资源短缺的问题。利用 Lingo 软件编写程序,将数据嵌入到模型中,从而得到了目标的函数值和水资源分配方案。在本文中,按照不同的部门(生活、生态、工业、农业)及不同的水源(地表水、地下水、外调水、再生水)给出了不同满意度下的调配方案。以区间的形式给出了结果,从而给决策者提供了更大的决策空间。按照不同部门给出调配方案就是指邯郸市东部地区的所有水源按照之前所定的配水原则分别给生活、生态、工业和农业的配水情况,详细结果见图 3、4、5 和 6。图 3 给出了分配给邯郸市东部地区各行政区生活总的配水量。由表 4-12 可以得出邯郸市东部地区生活总需水量为[46550.48, 46948.02]×104m3,而所有水源配给生活的水量是[46616.64, 46726.10]×104m3。如果在需水量下限的基础上,每个行政区的生活用水都能被满足。但是在需水量上限的基础上,生活缺水量为221.92×104m3,缺水率为 0.47%。分配给临漳、魏县、大名、馆陶和曲周的水量大约占分配给生说总水量的 72.5%。缺水量较大的县是临漳和馆陶。
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结论
 
邯郸市东部地区多水源优化配置模型包括了许多多目标优化问题,并且决策变量和约束条件也是十分复杂的。本文介绍了国内外应用多水源联合调配的方法与成果,指出当前水资源利用与配置方法在应用方面存在的诸多问题。针对调水过程中的许多不确定性因素,建立了区间多目标线性规划模型。该模型不仅可以解决系统中存在的不确定性因素,而且还把不同的目标有效的反映出来了。此外,该模型可以提供模糊隶属度下的最优水资源联合调度措施,以平衡水资源使用者之间的各种矛盾。根据模糊规划,区间多目标线性规划模型可以转化为对应于隶属度上界和下界两个确定的单目标子模型,求解两个确定的子模型,得到的区间决策方案是可信的。研究了邯郸市东部多水源问题,验证了模型的适用性。结果表明,规划水平年邯郸市东部地区总需水量为[136240.36, 153388.37]×104m3, 配水量为[136505.08, 145101.1]×104m3,在需水量上限的基础上,缺水量为[8287.27,16883.29]×104m3。与 2013 年缺水量为 24659.38×104m3相比较,缺水率有所下降。地表水的调配总量为[46609.57, 49696.79] ×104m3,它小于地表水的可供水量([41845, 49871]×104m3),地表水资源量基本上被充分利用。该方案不仅能为各个用户提供优化的配水方案,使地表水能够比较充分地被利用,而且还能使外调水与当地水有机结合,从而减少了地下水的开采,在一定程度上缓解了邯郸市东部地区水资源短缺的局面。同时还指出当每个用户需水等于下限时,供水完全可以满足各个用户的基本要求,在各个用户需水等于上限时,严重缺水的用户是工业和农业。因此,它不仅有助于使每个用户多个利益达到最大化,而且还能使有限的水资源得到合理地调配,从而有效地促进邯郸市东部地区水资源可持续利用。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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