“水资源管理战略：2013-2025年中国水资源规划案例及成本优化模型”

© 2013年。出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）224 - 2302013年电子工程与计算机科学水资源管理战略基于有效预测和资源分配上围曲a *，明丽宫a，华卓东ba暨南大学信息科学与技术学院数学系，广东b暨南大学工学院光电工程系，广州510632摘要本文主要介绍了一个水资源规划案例，以确保水资源能够满足中国2013 - 2025年的需求。首先，基于第二次指数平滑法，我们发现，淡水需求量约为6160亿立方米，而水资源量约为5313亿立方米，2013年。其次，为了计算供水量，我们将水资源分为三类：地表水、地下水和其他水，并有不同的消耗比例。因此，在所有省份中，广东和江苏将遭受最严重的水资源短缺时，与水的需求。最后，以水资源配置成本最小化为目标，提出了水资源配置模型（WRAM），2013年和2025年的水资源配置成本分别为35.7961亿元和35.756亿元。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：调水;脱盐;二次指数平滑法;贪婪算法1. 介绍众所周知，水是人类的生命线。它是人类赖以生存和发展的重要物质资源之一。二十世纪以来，随着社会的快速发展，人类对水的需求日益增长，这与* 通讯作者。联系电话：+8613631412017;E-mail：qushangweicq@163.com2212-6678 © 2013作者由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.032曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224225不水资源短缺日益严重，水生态持续恶化。这一现象在我国尤为严重，严重影响了我国的可持续发展。为了缓解水危机和干旱的频繁发生，科学家和相关领域的专家长期致力于相关研究，并取得了一些令人振奋的成果。2007年，李磊、陆飞等人将Winster指数平滑法应用于水资源预测中，为管理者制定水资源配置计划带来了极大的方便[1]。在调水方面，自南水北调工程[2]投入使用以来，王伟、赵敏等人于2006年提出了基于南水北调工程的供水成本计算模型[3]，该模型在一定程度上对水价的制定起到了一定的帮助作用，保证了各部门供水成本的合理核算。同时，鉴于中国有着漫长的海岸线，高艳玲和她的公司刚刚对海水淡化的成本进行了分析，这有助于海水淡化技术的发展[4]。2002年，Merabtene.T等人建立了水资源综合管理决策支持系统，并将其应用于水资源对干旱的敏感性评价，帮助决策者制定最优供水策略，取得了良好的效果虽然目前在这方面的研究成果很多，但大多数研究都没有充分重视水资源的供需平衡，这或多或少地造成了水资源的浪费。更重要的是，以往的研究没有涉及全局性、前瞻性的区域水资源配置问题，不能很好地应用于实际工程。在总结前人经验教训的基础上，提出了基于高效预测和资源分流的水资源管理配置策略，完美体现了供需平衡和生态保护的理念。2. 水资源预测模型通过对《中国年鉴》中的数据进行分析，并采用灰色预测、人工神经网络和二次指数平滑法等不同算法进行预测，最终发现最优预测模型是二次指数平滑法[6]。主要计算公式定义如下：S1y(1)S1ttS2tt tFab T，a2S1S 2，b （S1S2）½t t t tt1吨tt年的预测值是多少是F;索引的第一个平滑值是S1;tt该指标的第二平滑值为S2;当前时间为t;加权系数为。众所周知，每个地区的地理情况都有很大差异。因此 ，我 们为不 同的在此基础上，我们成功地预测了各省的水资源总量和用水量，部分结果如下所示。表1.部分省份2013年北京天津河北山西内蒙古资源（109m3）14.6440816.6218476.8287449.1919153.9575消耗量（109m3）35.538522.9923193.175962.5332184.591226曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224KFiK3. 水资源分类模型为了确定缺水省份的位置，通常，总淡水资源Si由两部分组成;地表水占92%以上，而地下水占其余部分根据相关文献[7]。此外，由于地表水主要依赖于每年的 流域k的径流量Rk，也是决定水资源总量的重要因素。下图显示了这两个变量之间的关系。Fig. 1.部分省份此外，为了建立关系，R到省I，我们采取加权法，考虑. 也就是说，可以表征为省i的径流份额Rk的权重在此基础上，将第i省地表水水量S定义为径流Rk与其权重系数的乘积之和。SRSiЖS我通常，Sfi不是我们最终从自然界获得的水的实际价值;它分为两部分：一部分用于河流的内部使用（UIR），另一部分用于外部使用（UOR）[8]。更多的时候，UIR部分用于发电厂和水运以及生态环境保护，当然不能开采。左边的UOR部分就是农业、工业等用水的水源，在这里，考虑到整个系统的良好运行，我们引入了UIR 0.7同样，我们将生态用水在地下水分配中所占的比例定为0.7总而言之，我们可以利用的水的最终价值可以计算如下。siSfi（1 fi）（SSfi）（1ui）下面的结构图可以帮助您更好地理解我们的模型SI（i）我我曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224227图二.水资源分类4. 水资源配置模型（WRAM）在这一部分中，我们的总目标是最小化水资源配置的总成本。我们将模型分为五个步骤。第一步找出缺水的城市。一旦给出了水消耗量Qi和供水量si，我们就引入变量Qi，即Qi与Qi的商，不仅可以区分缺水省与丰水省，而且可以反映缺水的程度。此外，如果水资源指数为负值，则意味着该省遭受水资源短缺。和较小的越是这样，越是要付出代价。相反，如果普罗文岛如果是正的，这表明，2.将省份分为沿海省份和非沿海省份根据每个省份的位置，我们倾向于将省份分为沿海和非沿海省份。在这里，沿海省份包括那些有咸水湖或附近有海的省份。否则，它们就不是--沿海省份我们可以使用一个标准Ti省，Ti1，否则，Ti0。来区分它们，这意味着，一旦I省是一个沿海地区，3.计算两省考虑到所有省份的纬度和纬度，它们的连线可以描述为：（Rcosxicosyi，Rsinxicosyi，（i）其中，R代表地球的半径。基于点积公式和弧长公式，简单形式的i和j之间的距离公式为：dRarccos[cos（xixj）cosyi cosyj sinyi sinyj]4.确定最大距离已知水输送的单位成本p1和脱盐的单位成本p2彼此不同，此外，水输送的成本随着距离变长而增加。因此，存在一个点，在这个点上，p2等于水转移的成本.也就是说，p1dp2。我们假设p1约为0.025RMB/m3/KM，p2约为0.1RMB/m3。因此，Dmax约为40KM。第五步提出水资源配置模型（WRAM）首先，我们把标有T i的省份 考虑到引水是唯一的办法，228曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224缓解他们的水资源短缺。此外，对于这些省份，我们将考虑的另一个标准是，Ekui越小，这个省份的优先级就越高。在与T i会见所有省份后， 年，我们将考虑标记为T i的省份 年。作为对他们来说，由于成本最小化的目标，他们在引水和脱盐之间的选择是基于最大距离dmax . 也就是说，如果dij 麦克斯，这个省最好选择水分流，缓解供应不足;否则，选择脱盐，节约资金。最后，我们可以确保省的成本最小。而且，总成本C最小。minC（dijwijp1<$zip2）我J下图简要介绍了整体进展情况。图三. WARM流程图基于上述算法，计算结果表明，2013年广东、江苏等12个省将出现缺水，具体数据见下表。表2.2013年12省水资源供需情况省份北京天津上海山西内蒙古消耗量（109m3）35.538522.9923127.635762.5332184.591供应（109m3）14.644086.6218422.0855249.1919153.9575短缺（109m3）20.8942216.37046105.5501813.341330.6335以北京和上海为例。由于北京没有海和咸水湖，从其他省份调水是解决问题的唯一途径。考虑到距离的远近，最终选择辽宁省作为北京供水的最佳地点，因为辽宁省有足够的水可供调水。最后，北京市的调水成本约为9.6亿元。上海是一个沿海城市，缺水量约为1055.5亿立方米。因此，首先应考虑海水淡化。因此，上海市海水淡化的总成本约为5.28亿元。综合各省市的调水成本，得出2013年调水和海水淡化的总成本仅为35.7961亿元。下表显示了模型中的详细水分配计划。曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224229表3.调水战略的省份有水的水成本缺水供水分流（109m3）(109元人民币）宁夏青海66.660.962北京辽宁20.8940.408山西陕西13.3410.211河南陕西45.2370.634内蒙古陕西30.6330.715表4.淡化战略缺水省份的水淡化量（109m3）费用（109元）上海105.555.28天津16.370.819江苏352.90917.645河北116.3475.817山东64.4563.2235. 结论水是生命之源，对人类来说至关重要。然而，随着人类社会的高速发展，有限的水资源与人类日益增长的需求之间的矛盾已经到了一个严峻的地步。水资源短缺是世界各国的普遍现象，中国也不例外。模型提出的方案经济效益高，在水资源配置中效果良好。但从当前和长远的考虑，政府最好制定一个合理的发展战略，大力建设水利工程，大力推广节水理念。此外，寻找新的水源和创新节水产品也可能有所帮助。我们坚信，在全世界人民的努力下，我们一定能在不久的将来成功地克服水危机。确认在此，我们谨向我们的导师张传林博士表示最深切的感谢，他是一位可敬的、负责任的、足智多谋的学者，在本文写作的每一个阶段，他都为我们提供了宝贵的指导。我们也非常感谢大会组委会为我们提供了这样一个很好的舞台，让我们自由地表达自己的想法。引用[1] 李雷，陆飞。温斯特指数平滑法在水资源预测中的应用[J].江南大学学报（人文社会科学版），2007，6（5）[2] 姚蓉，张娜。南水北调受水区水资源合理配置综合评价[N].南水北调水科学与技术，2007（6）[3] 王伟，赵敏。南水北调东线工程供水成本计算模型研究[J]。江苏水利，2006（2）[4] 高艳玲，吕炳南，赵丽君。海水淡化技术评价及成本230曲尚伟等/ IERI Procedia 4（2013）224分析[J].工程技术[5] 侯景伟。基于蚁群算法、RS和GIS的水资源空间优化配置研究[D].河南大学，2012年[6] 温特斯江南大学学报（人文社会科学版）[J] 2007，6（5）;69-71[7] 杨爱民，唐克旺，王浩，刘晓勇。生态用水理论与计算方法[J] 2004，12;39-45[8] 中国工程院“21世纪中国水资源可持续发展战略研究”课题组工程科学，2000.2（8）