膠東地區跨流域調水優化配置分析

水發建設有限責任公司，山東 濟南 250100

1 研究概況

膠東調水項目屬于南水北調的組成部分之一，主要是引黃濟青以及膠東引黃調水的工程項目。受水區處于膠東半島南部，年降水量分配十分不均，降水大多發生在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。水量平衡是根據受水區不同年份的可供水量以及預測需水量進行相應的分析。可供水量來源主要是地表水和地下水以及非常規的水源和客水調水，針對不同水源，分別計算50%、75%、95%保證率的可供水量，并最終計算出可供水量的總量。需水量主要包含生活用水、農業用水、工業用水、城鎮用水以及生態需水五個部分。文章運用指標分析法，以2016年為基準，對膠東地區2022年和2027年的需水量進行詳細的預測。

（2）供水分析。可供水量主要是指在能夠預見的期限內，利用相關技術和合理有效的措施，能夠供應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調查資料為基礎，使用皮爾遜Ⅲ型曲線來明確不同頻率水資源的數量，同時，根據受水區內的相關水利工程的實際情況以及水資源的利用率，可以確定實際的可供水量。另外，還應當考慮相關基礎設施和配套現水利工程的規劃對水資源的利用情況加以預測；客水的可供水量則依據相關文件內調引客水的相應指標進行計算。可供水量在現狀年以及規劃年的基礎上計算不同保證率，得出膠東地區2016年的可供水量如下：保證率為50%時為23000萬m3、保證率為75%時為112000萬m3、保證率為95%時為10700萬m3。2022年的可供水量如下：保證率為50%時為64226萬m3、保證率為75%時為64101萬m3、保證率為95%時為64040萬m3。2027年的可供水量如下：保證率為50%時為66227萬m3、保證率為75%時為66102萬m3、保證率為95%時為66041萬m3。

（3）需水量分析。運用定量預測法來預測受水區的需水量，定量預測方法主要有數學模型法以及定額法，文章使用定額法以及趨勢法相結合的方法來確定。需水量的預測主要是生活用水和生產用水以及生態用水的需水預測。根據詳細的計算得出膠東地區的受水區總需水量如下：2016年的受水區需水量為160000萬m3、2022年的受水區需水量為137870萬m3、2027年的受水區需水量為164935萬m3。

（4）供需平衡分析。依據經過計算得出的需水量以及可供水量，對受水區的現狀年和規劃年供需水的平衡情況進行研究分析，當計算只考慮非常規和當地的水源時，具體結果如表1所示。

表1 供需平衡結果

由表1可知，2016年受水區缺水情況嚴重，保證率為50%時缺水較為嚴重，保證率為75%時缺水率均接近30%，保證率為95%時缺水率為32.8%。2022年保證率為50%時缺水率為35.3%，保證率為75%時缺水率為43.5%，保證率為95%時缺水率為53.5%。2027年保證率為50%時缺水率為44.1%，保證率為75%時缺水率為510%，保證率為95%時缺水率為59.4%，與2022年相比有一定的增加，并且缺水率也呈現出升高的狀態，當地水資源以及非常規的水源均無法達到受水區需水的相關需求。

3 調水優化配置模型

膠東調水項目是為解決該地區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，還可提升跨流域調水項目的經濟效益，最終實現可持續發展。調水優化最關鍵的目標即是降低缺水量，其次是提升項目經濟效益。

3.1 參數確定

（1）供水上限。將黃河水以及長江水的客水引入受水區，并將受水區的水量分配指標設置為供水量的上限值。相關文件資料中的數據顯示，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。將受水區的缺水量Qil作為客水需水量的上限值，同時優先考慮居民生活用水的相關需求，將生活需水量Qi2設定為下限標準，如果當地的水資源可以供給生活用水，則將Qi2調整為0。具體的上下限標準如表2所示。

表2 需水量的上下限

（3）水價和運行費用。受水區調引客水的水價和運行費如表3所示。以當地水資源、非常規水源以及黃河水為基礎構建的水源優化模型為L-UC-Y，而依當地水資源和非常規水源以及黃河水和長江水而建立的優化模型則為L-UCY-Y。

表3 調水工程水價和運行費用

4 優化配置的結果

根據LINGO求解多目標函數模型，對不同水源在受水區間進行優化配置，得到調引黃河水以及長江水的優化配置結果，如表4所示。

表4 調引黃河水和長江水的優化配置結果

5 優化配置結果分析

綜上所述，依據優化后的調水配置結果分析，在現有條件下，以不超出供水指標為前提，通過調引黃河水和長江水來降低缺水率，可以有效達到工程的最大效益。由于當前研究區域的缺水量遠遠高于分配的調水指標，因此依據指標調水無法滿足缺水的需求。經過調水配置優化之后，不同保證率下的缺水量如表5所示。

由表5可知，在調引黃河水之后的受水區，缺水量呈下降趨勢，預計在2022年不同的保證率下，研究區域的缺水量均顯著下降32%左右；在2027年不同的保證率下，研究區域的缺水量均顯著下降24%左右。在調引黃河以及長江兩處水源后的受水區，缺水量呈現下降趨勢，預計在2022年不同的保證率下，研究區域的缺水量均顯著下降49%左右；在2027年不同的保證率下，研究區域的缺水量均顯著下降37%左右。

表5 調引黃河水與黃河水和長江水后的缺水量

6 結束語

文章通過對調水系統進行優化，以受水區水資源供需平衡為基礎開展分析，并以受水區缺水量最小和效益最大作為目標，進一步建立水資源的優化模型，最終確定配置方案。實踐證明，施行優化后的水資源配置方案，有效地解決了研究區域水資源短缺以及供需矛盾問題。