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面向可持续发展的环县水资源优化配置研究

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姚丽娜叶得明

环县作为甘肃省庆阳市的重要县区，水资源缺乏一直限制着该区域的发展。水资源供需不平衡、水资源分配不合理、地表水资源的开发薄弱以及水污染等问题长期困扰着该区域的发展。结合可持续发展与水资源优化配置的关系，以环县当地的经济、社会发展等方面作为指标，利用可持续发展的原理及水资源持续利用等特点，建立可持续发展的环县水资源多目标优化配置模型。根据环县不同区域的供水现状及居民合理的用水需求，灵活选择供水方式，达到环县水资源配置的多目标、多分区、多水源。

水资源匮乏，影响区域经济发展，使得工业化、城市化的进程受到阻碍。因此，水资源优化配置在这样的大背景下逐步发展起来的，在于利用多种措施和方法，对于一定区域内的十分有限的或者分布不均的水资源进行优化配置，达到提高水资源的利用率，减少浪费，节约资源，保护环境，实现可持续利用，满足经济、社会、生态、人民的各方面基本要求，促进全领域可持续发展。

一、环县区域概况

1、地形与气候

環县位于甘肃省最东部，陕甘宁三省区的交汇处，简称“陇东”，地貌为黄土高原残原丘陵沟壑区，处于万山之间，有各种沟道和山梁。气候属于大陆性季风气候，干旱少雨，平均气温为7～10摄氏度，年均降雨量为407.3毫米，干旱出现频率较高。

2、水源

环县的可利用水源主要来源蒲河，其他水源虽然占水源比例大，但大多为苦咸水，不可利用，而蒲河水为淡水，为环县当地饮用、灌溉的主要水源。蒲河全长175km，流域面积约7.5平方千米，每年的平均径流量为2.428亿立方米，为整个环县供水约0.7亿立方米。如图1所示，为环县地貌与水源图。

3、社会经济

环县实现生产总值77.79亿元，环县的经济主要来源分为三部分：农业、工业、其他产业，总人口36.1万人（公安户籍人口）。

二、环县水资源开发利用状况

1、开发利用现状

环县境内的主要利用水源则是蒲江，而蒲河每年的平均径流量为2.428亿立方米，为环县供水约0.7亿立方米。农业用水方面：由于环县当地的气候以及地形，导致利用率不足30%，工业用水方面：工业用水其利用率相对较高，能达到80%以上，但是工业用水的污染相当大。

2、存在的问题

由于地形地貌、气候等诸多方面的原因，导致环县为一个缺水贫困县，在此类问题的影响下，环县的水资源开发利用也存在许多问题，主要有以下几个方面：可供水水源数量较少、水源保证率低;水源开发力度不均衡：环县地处多山地地区，其特殊的地形影响着当地水资源的开发不均衡，导致整个环县的水资源分配不均衡;水浪费、污染严重;水质量不达标、水源生态破坏严重等问题。

通过以上几点可见，环县水资源的开发利用还存在较多的问题。因此，合理的水资源优化配置是解决环县用水问题的关键。

三、可持续发展的水资源优化配置

1、优化模型构建

通过分析，一个庞大的水资源系统，我们可以将其进行分解，考虑以社会、经济、生态为主向量，形成三部分：社会因素——经济因素——生态因素。三部分之间相互作用，相互关联，构建一个多目标水资源优化配置模型，其关系如图2所示。

2、目标函数

根据上述描述，将综合效益最大定义为目标函数，其可以表征为以社会、经济、生态为基础的函数。利用模拟方法来评价模型的状态变化，用优化控制的方法来调节，实现目标最优化。函数形式如下：

其中，表征影响因子或者决策量，F（X）表征最大综合效益，也就是目标函数，S（X）表示社会效益，J（X）表示经济效益，

H（X）表示生态效益，G（X）为约束集，包含了所有的影响到目标函数的约束条件。

3、约束条件

该水资源优化配置模型将重点关注以下几点约束条件：

（1）水源可提供水量条件约束

其中，?表示第k个区间内的i个水源想第j个需水用户所供应的水量，?表示第k个区间内的i（k）个水源向该区间总的可供应的水量的上限。

（2）用户供需水变化约束

其中，???表示k区间内第j个需水用户的用水需求最小值，???表示k区间内第j个需水用户的用水需求最大值。

（3）环境要求约束

其中，??表示k区间内第i个水源向环境输送的水量，S表示整个区域内环境用水的总需求量。

4、可持续评价

通过可持续评价体系，采用可持续评价的相关标准，在各类指标、阈值设定正确合理的基础上，得出环县水资源可持续性能力评定标准，如表1所示。

表中的数据表明，水资源利用率、水资源开发利用程度、工业用水复用度越低，可持续发展性越小，而生态用水率和人均用水量越小，可持续性越高。

为了更好的验证水资源优化配置模型，我们利用水资源承载评价模型作为辅助评价指标，作进一步的分析验证，其结果如图3所示。

本文利用庆阳市环县水利局、环县自来水公司提供的水资源数据，对环县的水资源进行优化配置研究，取得了较好的效果。构建环县水资源优化配