探討最嚴格水資源管理的水資源優化配置

張星榮

摘 要：在2012年我國就已經明確了“三條紅線”，對水資源進行合理優化配置是認真貫徹落實最嚴格水資源管理相關制度的基礎措施。本文首先基于最嚴格水資源管理制度構建了水資源優化配置模型，然后以四川省為實例進行了簡單分析計算，表明最嚴格水資源管理制度條件能夠更好的實現水資源的優化配置，在滿足國民經濟發展的基礎上最大限度節約水資源。

關鍵詞：水資源管理；優化配置；配置模型；三條紅線

水是任何生命的源泉，同時也是組織社會生產的基礎保障。我國是一個水資源非常匱乏的地方，并且水資源在全國范圍都極不均勻，同時水污染問題以及洪澇災害等問題嚴重，這些問題的存在在很大程度上制約著我國經濟的穩定發展[1]。我國于2012年明確了“三條紅線”，同時開始實施“四項制度”，這意味著我國從國家層面制定有效制度來實現水資源的保護。要想執行好“三條紅線”，前提條件就是對水資源進行優化配置，這也是嚴格貫徹落實最嚴格水資源管理相關制度的基礎措施[2]。

1 最嚴格水資源管理的水資源優化配置模型

1.1 目標函數

構建水資源優化配置模型能夠較為真實的反映現實用水情況。要做到這點，首先應該站在全局角度，實行多目標約束，綜合考慮各方面因素對水資源進行優化。隨著時代發展，目前水資源與社會與經濟發展以及生態保護等都存在密切聯系，本文構建模型中的多目標就是社會效益、經濟效益以及生態效益[3]。

（1）經濟效益目標。經濟效益目標的具體表達為因供水而創造的直接經濟價值，即因供水而創造的經濟效益減去用水成本的最大值。具體函數如下所示：

式中：序號i表示獨立水源，c表示公共水源，k表示子區域，j表示水資源用戶；變量x表示供水量（萬立方米），b表示供水量效益系數（元/m3），c表示供水的費用系數（元/m3）；α、β和ω分別為供水次序系數、用水公平系數以及子區域的權重系數。

（2）社會效益目標。通常情況下社會效益無法進行定量計算，但是如果區域出現了缺水問題則會威脅到社會的穩定以及發展，缺水問題越嚴重則社會穩定性越差。所以可以利用區域缺水程度來描述社會效益目標。具體函數如下所示：

式中：D表示水資源用戶的用水需求量大小（萬立方米）。

（3）生態效益目標。有用水的地方必然存在污水排放問題，生態效益目標通過代表性污染成份排放量最小值來描述。具體函數如下所示：

式中：d表示所排放的單位污水中COD的含量（mg/L），p表示水資源用戶的廢水排放系數。

上述的3個目標函數在量綱上各不相同，因此需要對其做標準化處理，經過標準化處理后模型求解變得容易得多。先針對各個目標函數分別求取最小值fi，min以及最大值fi，max，然后利用下述公式實現目標函數的標準化：

1.2 約束條件

本文分別從取水、用水以及排水3個環節來確定目標函數約束條件。在確定約束條件時比如充分考慮“三條紅線”中的具體內容，以響應國家的號召。

（1）用水總量約束。用戶從所有子區域獲得的總水量不可以超過對應的可供水量，具體描述為：

式中：w表示可供水量（萬立方米）；下表D、G、S、T分別表示外調水、地下水、地表水、污水處理回用水。

（2）用水效率約束。不管是國民經濟建設需水定額還是工農業需水定額，都必須控制在規定的用水效率控制指標范圍內，具體描述為：

（3）水功能區限制納污約束。具體描述為：

式中：W0表示為了確保生態安全而設定的最高COD或者氨氮的排放總量（t）。

（4）部門用水量約束。各個用戶水資源的使用量必須在相關部門控制的范圍內，具體描述為：

（5）變量非負約束。不管是那個子區域的哪個水資源用戶，其用水量不可能成為負數，同時提供的歲資源量可以達到用戶使用要求，具體描述為：

（6）控制斷面水質約束。通常情況下都是用氨氮以及COD來代表控制斷面水資源質量情況。所以控制斷面水質約束可以通過下式來描述：

式中：C、C0分別表示控制斷面的實際水質以及目標水質（mg/L）。

2 實例分析

2.1 四川省水資源概況

以四川省河流流域作為實例，基于上述建立的理論模型來分析計算最嚴格水資源管理制度條件下，四川省河流流域在75%來水的情況下2015年和2020年水資源優化配置方案。四川省被稱之為“千河之省”，所有這些河流中流域面積超過100km2的河流流域就超過1300多條，流域面積超過500km2的河流就將近500條，這些河流的存在為四川省蘊藏了極其豐富的水資源。然而，四川省的水資源在全國范圍內雖然相對比較多，但是在地理位置上的分布卻非常不均勻，省內水資源的分布與工農產業格局分布以及人口密度的分布存在突出矛盾。近年來隨著四川省國民經濟的快速發展，使得社會各界對于水資源的需求量也在急劇增加，但是我們現在已經清醒的認識到過渡開發使用水資源已經造成了嚴重的環境問題。為了在最大限度上保護水資源，國家提出了最嚴格水資源管理制度，四川省應該以此為契機，對其水資源進行優化配置。

2.2 計算流程

（1）水資源優化配置規則。①用水配置規則。本實例中需要用水資源的領域主要包括如下：生活用水，第二、三產業用水，農業用水，河道內外生態用水；②供水配置規則。為在最大程度上執行最嚴格水資源管理制度，盡可能節省水資源并提升水資源的使用效率。本實例中水資源供應順序為：污水處理回用水→地表水→外調水→地下水。其中本地地表水的使用流程為首先蓄水然后再引、提水；③水庫滲漏以及蒸發損失。通常條件下，水庫由于滲漏以及蒸發造成的損失平均在水庫蓄水量的10%左右；④起調水位。一般情況下都是在汛期才會開始調水，所以蓄水工程起調水位直接取為汛限時的水位。

（2）水質控制指標。本實例中選取的水質控制指標是氨氮以及COD，對于河流水功能區域而言，可以分別選擇氨氮以及COD的衰減系數為0.15L/d和0.2L/d。

（3）計算邊界條件。①水量邊界。四川省所有的水資源中，入境水是其中十分關鍵的組成部分，上游水的水資源含量及其質量均會在很大程度上影響著下游區域水資源的使用。本實例在進行水資源配置的時候，站在全流域水資源合理配置的角度，充分考慮入境水上游地區社會經濟發展過程中對水資源的需求情況來對入境水情況進行分析計算；②水質邊界。控制斷面有可能細分為兩種，分別為省界以及省內控制斷面，其中如果省界控制斷面的水資源質量滿足標準要求，則可以直接使用。

2.3 計算結果

結合構建的水資源優化配置模型及其規則，對四川省主要城市2016年和2020年的水資源進行了優化配置并得到了合理方案，如表1、表2和表3所示為分析計算得到額結果。表1和表2所示為水資源供需平衡結果，而表3所示為每年控制斷面中水量以及水質的平均值。

在剛剛過去的2016年，四川省已經建成了大量的供水樞紐站，然是還有部分樞紐站還沒有完全建成。預計到2020年將會新建成一批供水樞紐站，所示到2020年四川省可以提供的水資源流量比2016年要多。另外，本實例中分析計算所得結果滿足四川省分水方案相關需求，也能夠達到最嚴格水資源相關管理要求，其配置結果相對較為合理。另一方面，表3所示為年平均控制斷面成果，從所有的8個站點結果可以明顯看出都能夠達到目標值要求。

3 結語

文章主要探討了最嚴格水資源管理的水資源優化配置，以四川省作為實例進行了簡略分析計算。計算結果表明最嚴格水資源管理制度條件能夠更好的實現水資源的優化配置，在滿足國民經濟發展的基礎上最大限度節約水資源。本文的計算結果能夠為四川省未來規劃水資源提供借鑒和指導。當然，為更加有利的促進四川省經濟和生態的可持續發展，務必要對水資源進行最優分配，避免污水的隨意排放，加快污水處理技術的研究進度，對污水進行處理不但能夠提供更多的水資源，同時還可以創造更大的生態效益。

參考文獻

[1]歐承建.四川省水資源管理信息系統建設的必要性分析[J].四川水利，2013，34（2）：2-5.

[2]張玲玲，高亮.多目標約束下區域水資源優化配置研究[J].水資源與水工程學報，2014，（4）：16-19.

[3]張運鳳，郭威，徐建新，等.基于最嚴格水資源管理制度的大功引黃灌區的水資源優化配置[J].華北水利水電大學學報（自然科學版），2015，36（3）：28-32.

（作者單位：德陽潤成工程咨詢有限公司）