引江济淮工程(河南段)水资源调配系统设计与开发

为强化引江济淮工程(河南段)水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能,实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明:引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,解决了引江济淮工程(河南段)跨流域调水的配置难题,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。

基于自适应混沌精英变异差分进化算法的中长期水资源优化调度

中长期水资源优化调度问题是一类具有非线性、多阶段、高维度和多重约束特性的复杂优化问题。针对经典智能算法在求解此类问题时容易陷入局部最优或者收敛效率较低等问题,应用混沌搜索策略增强算法的探索能力,同时改进传统算法的变异方式,向精英个体学习以提升收敛速度,提出自适应混沌精英变异差分进化(ACEDE)算法。将所提出的算法应用于珠江三角洲水资源配置工程中长期调度进行实例研究,并与经典智能算法进行对比分析。结果表明:①ACEDE算法在全局探索能力、收敛精度与速度上实现了全面提升,并且表现出良好的适应性。相较于传统差分进化(DE)算法,2030年水平年6月份和2040年水平年6月份调度中ACEDE算法所计算的电费成本分别节省了74.23万元和23.55万元,降低了6.68%和1.52%。②在珠江三角洲水资源配置工程中长期调度中,充分利用调蓄水库库容满足高分水量需求,同时放缓月末补水充库过程,能够有效控制泵站的平稳运行,达到降低电费成本的目的。

珠江三角洲典型复杂河网区水系连通及调度研究

【目的】河流水系是城市重要的资源和环境载体,水系连通是保证河流系统健康完整和功能正常发挥的重要条件,而活水调度是提高水体流动性和改善水生态环境的重要手段。水系连通指标是分析和评价连通性的关键,【方法】针对珠江三角洲地区的复杂河网,首次提出将往复流河段和断头涌河段长度占比纳入水系连通评价指标体系,分析研究典型区域水系现存问题,提出水系连通与调度方案,采用数学模型评估方案效果,研究珠江三角洲复杂河网水系连通与活水调度工程问题。【结果】结果显示:现状良安水系水动力条件较差,存在往复流和水体交换周期长等问题,水质污染严重,通过清淤疏浚、水系连通和引水工程调度活水,使往复流变为单向流,将现状15.3 d的河道平均换水周期最小缩短至7.3 d,河道现状流速0.021 m/s最大增加至0.124 m/s,区域的水动力条件和区域水质得到明显改善。【结论】结果表明:珠江三角洲城市化程度较高地区的河涌常存在有复流河段和断头涌河段影响河道的水质,有针对性地提出水系连通评价指标体系,并采取合适的清疏引水工程调度等措施,加强水系内部循环,可以改善水系的水质,提升水系综合治理的效果。研究结果可为珠江三角洲复杂河网区水环境问题改善与解决提供典型案例参考。

基于HHO的跨流域调水工程受水区水资源优化配置研究

跨流域调水工程是解决我国水资源时空分布不均和缓解水资源供需矛盾的重要措施。山东省黄水东调工程、引黄济青工程和胶东调水工程是缓解胶东地区潍坊、青岛、烟台、威海四市水资源紧缺问题的重要跨流域调水工程。为充分发挥调水工程社会和经济效益,在考虑受水区缺水量、工程输水能力及沿途分水口门设计流量等基础上,以受水区四市综合缺水率最小和调水工程经济效益最大为双目标,构建了胶东地区跨流域调水工程水资源优化配置模型,采用哈里斯鹰优化算法(HHO)求得现状水平年和规划水平年在50%、75%和95%频率时3种不同目标协调机制(以综合缺水率最小为主导、以调水工程经济效益最大为主导及两目标均衡)16个分水口门的调水方案。结果表明:(1)通过调水工程调引黄河水和长江水,使四市缺水量大幅减少;(2)当经济效益目标所占比重越大时,计量水价越高的分水口门供水量越大;(3)从三个调水工程利用程度来看,黄水东调工程利用程度最高,其次为引黄济青工程和胶东调水工程。本文为山东省胶东地区跨流域调水工程的水资源配置提供了决策支持。

河湖连通工程对区域水资源分配的影响分析

深入探讨了河湖连通工程对区域水资源分配的影响,通过调节水资源在空间上的不均匀分布,增强地区间水资源的应急互补能力,从而提升区域水资源利用效率,促进经济社会可持续发展。通过全面评估河湖连通工程的效果和潜在风险,提出了优化水资源管理和减少生态环境风险的策略。科学的河湖连通工程能显著提高水资源分配效率,但同时需要有效的监管措施以确保工程的长期效益和生态安全。

珠江三角洲水资源变化特征及承载力分析

以珠江三角洲为研究对象,基于2010—2020年地表水资源量、地下水资源量、降水量等13组数据,分析珠江三角洲各市水资源的时空分布特征,构建水资源承载力综合评价体系,进一步对珠江三角洲水资源承载力进行研究。结果表明:珠江三角洲地表水资源与地下水资源呈现相似的变化趋势;珠江三角洲总用水量呈递减趋势,用水效率不断提高,工业用水和农业用水的空间分布差异较大;珠江三角洲中部地区水资源承载力等级普遍较低,外围地区水资源承载力较高;珠江三角洲地区2010—2020年水资源承载力总体呈现下降趋势,需要政府统筹规划,因地制宜,综合分析水资源各类指标,达到人与水环境和谐统一。

珠三角区域水资源生态足迹动态分析与预测

水资源的短缺和过度开发制约着大多数地区的可持续发展,为分析水资源可持续利用水平,基于水资源生态足迹法,通过指标计算法(水资源生态经济协调度、水资源可持续利用水平、人均万元GDP水资源生态足迹)动态分析了2010—2022年珠三角区域各地市水资源可持续利用情况,同时构建GM(1,1)灰色预测模型模拟未来10 a该区域人均水资源生态足迹的演变情况,结果表明:从整体趋势来看,2010—2022年各地市人均水资源生态足迹都有所下降,其中下降趋势最明显的为中山市,下降幅度达到了47.01%;从时间变化上看,珠三角区域各地市的水资源承载力出现较大的差异而呈波动变化;肇庆市的水资源经济协调度较差;佛山市的水资源压力较大,处于不可持续水平;各地市的人均万元水资源生态足迹值都随年份呈下降趋势,未来10 a该区域人均水资源生态足迹呈稳定下降趋势。研究成果可为未来该地区水资源可持续利用和缓解生态环境压力提供决策依据。

基于A-NSGA-Ⅲ的引江济淮工程河南段水资源优化配置研究

为优化引江济淮工程河南段水资源配置,构建了以经济效益最大、缺水量最小和污染物排放量最小为目标函数的水资源优化配置模型,利用改进的第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)对模型进行求解,并优选出了4种侧重不同目标的水资源优化配置方案进行模拟分析。结果表明:引江济淮水的引入可极大地缓解受水区供需矛盾,规划年2030年、2040年缺水率可分别降至10.43%、5.47%,并有助于优化供水结构,改善生态环境;耦合经济-社会-生态环境协调度最大的方案4为最优方案,方案4规划年地下水供水占比分别下降至53.32%、46.59%;A-NSGA-Ⅲ在解决多目标高维水资源配置问题时具有较好的适用性,优化方案可为引江济淮工程河南段水资源调配方案制定提供参考。

珠三角城市群用水量与经济增长的脱钩状态及其驱动因素研究

减轻经济增长对水资源消耗的依赖,对实现城市的可持续发展至关重要。以珠江三角洲城市群为研究对象,从整体和城市两个维度分析其水资源负载状况,采用Tapio脱钩模型分析2009-2019年经济增长与用水量的脱钩时空变化特征,并基于LMDI分解法探究影响因素的驱动效应。结果表明:研究期内珠三角城市群水资源负载较高,除肇庆、惠州、江门3市外,其他6市水资源负载等级均达到Ⅴ级;珠三角城市群强、弱脱钩状态占比为98.9%,部分城市则呈现强、弱脱钩交替状态;技术效应、产业结构、节水能力是珠三角城市群脱钩的主要驱动因素,单位水资源效益、人口规模则抑制了脱钩。本研究可为减少城市经济增长对水资源的依赖、实现区域可持续发展提供参考。

引黄灌区水资源调配模型及和谐评估

基于引黄灌区普遍特征及存在的水资源问题,构建考虑水资源、经济社会和生态环境多维目标的水资源优化调配模型,建立引黄灌区水资源和谐评估指标体系,并将模型和评估体系应用到赵口引黄灌区二期工程。基于模型解集中选取的4种代表性优化调配方案进行水资源、经济社会、生态环境的效益分析,选定P_(4)方案为赵口二期水资源多目标优化调度方案,并基于该方案开展和谐评估和多方案调控研究。结果表明:模型优化后灌区和谐度明显提高,通过对和谐度较低的地下水开采率、农业用水比例、城镇化率、人均粮食产量、绿化覆盖率等指标调控后,和谐度可进一步提高到0.790。

基于泰尔指数的水资源配置公平性研究——以引江济淮工程河南段为例

水资源的公平性配置对促进区域水资源量与经济社会空间均衡发展具有重要意义。选择泰尔指数表征区域间和区域内用水户间不同层面配水的公平性,以缺水率最小、经济效益最大、公平性最高为目标函数构建水资源优化配置模型,并以引江济淮工程河南段为实例开展应用研究。结果表明:工程调水后,规划年2030年和2040年河南段受水区缺水率降低为10.42%和5.48%,有效调整了水源供水结构,缓解了地下水超采、生态用水被挤占等问题;规划年2030年和2040年河南段受水区泰尔指数分别为0.479和0.420,水资源配置公平性得到明显提升,区域内不同用水户间的差异是影响河南段受水区水资源配置公平性的主要因素。

长三角地区农业虚拟水流动格局研究——基于水资源拓展的多地区投入产出分析

研究农业虚拟水跨域流动格局,可以揭示贸易与区域水资源短缺问题之间更深层次的关系,对保障粮食安全,优化水资源配置,促进区域高质量发展有重要意义。作为我国最大的城市群,长三角地区内部资源要素流动频繁,且与国内其他地区间农产品贸易往来密切;但同时也面临着水资源短缺等风险。以长三角地区为例,构建水资源拓展的投入产出模型对农业虚拟水流动量进行计算,并结合虚拟水平衡状态和水资源压力状态探究国内城市群农产品贸易所驱动的虚拟水流动关系的影响。结果发现:从区域水资源状态来看,长三角地区水资源压力状态整体偏高,用水矛盾突出;虚拟水平衡状态表现为高度依赖区域外农业虚拟水流入。从时间维度看,自经济新常态以来,长三角地区始终表现为农业虚拟水净输入状态,虚拟水资源输入量总体呈现上升趋势,而虚拟水的自给率呈现先下降后上升的趋势;农业供给侧结构性改革前后,长三角内部农业虚拟水流动结构出现变动,江苏省替代安徽省成为上海市最重要的虚拟水来源。从空间维度看,长三角内部虚拟水流动呈现“安徽-江苏-浙江-上海”的链状结构;长三角和全国其他地区间呈现出“北方单向流入,南方双向互动”的虚拟水流动特征。最后,基于虚拟水战略实施视角,从引导区域内资源要素有序流动、健全生态产品价值实现机制、完善区域间贸易结构等视角提出相关政策建议,以期为调整优化区域农产品生产及贸易格局,促进人水和谐的城市群建设提供参考。

珠江三角洲水资源配置工程运行管理的实践与探索

广东省水资源时空分布不均,随着经济社会发展,矛盾日益突出。从广东省调水历史出发,借鉴国内外相关工程管理经验,通过珠江三角洲水资源配置工程运行管理的具体实践,提出全生命周期智慧管理架构,并展望调水工程未来发展的重点及方向。

黄河三角洲滨海盐碱地可持续利用的水土资源约束与均衡配置策略

基于现有耕地优势并开发利用好各类后备耕地资源,对确保国家粮食与生态安全意义重大。黄河三角洲(黄三角)盐碱地后备耕地资源丰富,农业开发利用潜力巨大,但因水资源短缺、水土资源配置不平衡而制约了高效可持续利用。本文梳理了黄三角滨海盐碱地治理利用与种植业发展现状,详细分析了地区水土资源条件,从水资源供应、地下水位调控、治理利用体系、科技创新及运行管理等方面明晰了发展挑战。提出的水土资源高效可持续利用与均衡配置策略为:适度增加引黄配额并实施滨海入海河道水系联通工程以优化调配区域水资源,启动高标准灌排体系完善与配套建设工程以促进耕地提质增效,加快盐碱地治理利用关键技术集成示范推广以发挥科技支撑作用。相关成果可为我国滨海盐碱地综合治理与高效利用、农业可持续发展等研究提供启发和参考。

基于组合赋权—云模型的珠江三角洲水资源可持续性动态评价

为综合评价区域水资源可持续性状况,构建基于水资源-社会经济-生态环境复合系统的区域水资源可持续性评价体系,采用投影寻踪模型和云模型合理确定各指标的综合权重,引入正态云模型确定指标隶属度,建立基于组合赋权-云模型的区域水资源可持续性评价模型对珠江三角洲9座城市的水资源可持续性状况进行动态评价。结果表明:2007-2020年珠江三角洲城市群水资源可持续性状况整体呈上升趋势,到2020年已处于较好水平;区域内部水资源可持续状况呈现东部城市优于西部城市、南部近海岸城市优于远海岸城市的空间分布格局;各子系统之间可持续性等级不和谐,生态环境子系统发展水平较好,水资源子系统、社会经济子系统是造成珠江三角洲城市群水资源可持续性状况存在空间差异的主要因素。

大藤峡水利枢纽建设对珠江鱼类早期资源的影响分析

农业农村部珠江中下游渔业资源环境科学观测实验站于2006-2021年连续16年对珠江漂流性鱼卵、仔鱼的调查监测结果显示,大藤峡水利枢纽施工期造成了46.2%的鱼类产卵场功能丧失,蓄水后造成了76.9%的鱼类产卵场功能丧失,鱼类早期资源呈现急剧衰退趋势。鉴于珠江鱼类早期资源面临的严峻形势,建议国家相关部委和地方渔业、水利等主管部门加大重视力度,尽快落实渔业资源养护措施,开展重点水域鱼类栖息地保护区建设和常年禁捕政策制定、水利工程生态调度机制研究、涉渔工程生态补偿措施落实专项检查、渔业资源环境专项跟踪监测等工作,切实保护珠江流域鱼类早期资源等水生生物资源,维护流域生态系统安全。

全球水系格局与水网构建研究进展

在水资源时空分布不均匀、社会经济发展不均衡以及全球气候变化条件下,科学合理的水网构建已成为新时期实现水资源高效利用和促进区域可持续发展的重要途径,因此在多目标下如何把握各级水系对应水网构建的“度”也就成为当前关注的核心问题.本文回顾了全球天然水系格局、识别与表征方法、形成机制、时空分布及演化特征等方面的研究进展,分析了典型水系格局所对应的流域水资源禀赋和水资源结构特征,指出了水系格局的若干生态环境效应.进一步在对世界著名大河跨流域引水工程与骨干水网构建关系典型案例分析的基础上,指出了面向生态的水系格局优化与骨干水网构建的发展趋势.

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程(以下简称引大工程)建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区(以下简称引大供水区)可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明:2025年引大供水区不同用水部门配水量(保证率P=50%、P=75%)分别为生活用水8323.85×10^(4)、8322.49×10^(4)m^(3),农业用水15001.95×10^(4)、15631.53×10^(4)m^(3),工业用水11111.00×10^(4)、11100.00×10^(4)m^(3),生态用水946.88×10^(4)、947.02×10^(4)m^(3),各部门总配水量与优化前供水量4.23×10^(8) m^(3)相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量(保证率P=50%、P=75%)分别为生活用水12650.51×10^(4)、12666.53×10^(4)m^(3),农业用水16397.77×10^(4)、17019.70×10^(4)m^(3),工业用水20498.00×10^(4)、20508.00×10^(4)m^(3),生态用水948.00×10^(4)、948.88×10^(4)m^(3),不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。

盾构隧洞内大直径钢管组对安装工艺研究

基于珠江三角洲水资源配置工程,为实现长度12 m、内径4800 mm内衬钢管在隧洞狭小空间内的高质量、高效率组对安装作业,通过分析传统组对安装工艺的不足,结合现有技术,对盾构隧洞内大直径钢管组对安装工艺进行研究,设计出一套大直径钢管组对安装装置,并于珠江三角洲水资源配置工程试验段项目上成功应用,新工艺实现了大直径内衬钢管更高质量、高效率的组对安装,给珠江三角洲水资源配置工程主体标段安装工作的开展提供了坚实的技术基础,也给类似隧洞类工程的开展提供了研究方向。

基于系统动力学模型的黄河三角洲“三生”用水配置模拟与调控

近年来,黄河三角洲地区人口增加,经济社会发展,但区域水资源短缺问题突出。进行“三生”用水配置有利于缓解水资源矛盾,推动地区高质量发展。本文基于系统动力学模型,综合考虑人口、经济、生态等影响因子,对黄河三角洲“三生”用水配置进行模拟仿真,在敏感性分析的基础上,设置了三种配置情景:(1)基准情景根据研究区过去十年的实际情况以及未来预期发展趋势进行设定;(2)生态优先情景以每年完成一定面积,至2030年完成100万亩湿地的生态修复,并且保持生活用水量不受影响为目标;(3)节水情景通过增加节水灌溉面积、提高中水回用率等多种节水措施来提高水资源利用效率。最后提出研究区“三生”用水配置的建议。结果表明:(1)在基准情景下,2020—2030年水资源供需比不断缩小,2030年生产用水量约为生活用水量和生态用水量之和的4倍;(2)在生态优先情景下,生态用水量平均每年增加0.31亿m^(3),每年约52.1%的生产用水无法得到满足,2030年水资源供需比达到0.69∶1,供水能力严重不足;(3)在节水情景下,供水系统比基准情景能多提供共3.6亿m^(3)水量,但仍不能弥补生态建设需水缺口。在实施节水政策的基础上,仍需增加黄河分水和其他跨流域调水才能实现黄河三角洲“三生”用水协调和高质量发展。