考虑引汉济渭外调水的区域水资源优化配置研究

作     者：彭煜馨 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏娜;龙正未

授予年度：2024年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：引汉济渭调水工程 多目标优化调度 NSGA-Ⅱ-TOPSIS-GCD 多水源优化配置 时变耦合矩阵 

摘      要：我国水资源禀赋条件不优越,且在地域分布上十分不均,长江流域水资源较丰富,总置9958亿m3,人均占有量2330 m3。但与长江流域相邻黄河流域是我国水资源供需矛盾最突出地区之一,总量647亿m3,人均占有量473m3,水资源匮乏的局面长期制约着黄河流域的区域发展,未来也会给黄河流域高质量发展带来阻碍。经统计和计算,长江流域在满足本流域用水需求后,尚有富余水量可供外调,因此,可以利用长江流域的水资源缓解黄河流域缺水局面,实现水资源优化配置。陕西省引汉济渭调水工程就是由长江流域向黄河流域跨流域调水解决水资源供需矛盾的主要调水工程之一,工程将汉江水跨流域调至渭河关中平原,极大程度上缓解渭河流域严峻的缺水形势。因此,本论文主要围绕如何协调处理好水库群调度中多元目标之间的关系,实现水库群优化调度决策,充分发挥引汉济渭外调水供水潜力,如何在优化调度的基础上将受水区多水源、多用户进行合理分配,实现受水区多资源优化配置这两个问题进行研究,取得的主要研究成果如下: (1)引汉济渭受水区水资源供需平衡分析。基于引汉济渭关中受水区的社会经济指标和水资源利用现状,对受水区2030规划水平年各受水对象的需水量进行预测,需求总量为25.02亿m3;同时对当地各类水源进行统计分析,除引汉济渭调水外可供水量为11.37亿m3;通过供需平衡分析得到2030规划水平年各受水对象缺水情况即对外调水的需求为14.43亿m3,为水库群多目标优化调度与多水源优化配置提供数据支撑。 (2)引汉济渭水库群多目标优化调度研究。以水库群调度期内的总调水量以及总发电量最大为目标函数,构建引汉济渭水库群多目标优化调度模型,利用NSGA-Ⅱ-TOPSIS-GCD算法对模型求解择优。采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型,得到不同枯水典型年Pareto解集:选取四维属性指标构建初始决策矩阵并在此基础之上采用耦合欧氏距离理想解和灰色关联度的TOPSIS-GCD算法进行决策优选,得到不同枯水典型年优化调度方案进而得到受水区引汉济渭外调水可供水量。结果表明:枯水年(P=75%)、较枯水年(P=90%)和特枯水年(P=95%)的总调水量分别为12.87亿m3,11.03亿m3和10.13亿m3,总发电量分别为4.24亿kW·h、3.56亿kW·h和3.04亿kW·h,总发电量与总调水量之间呈现明显的负相关关系,调水量对发电量的取值变化更为敏感;随着来水的减少,黄金峡调水量及发电量不断减少;三河口水库发挥蓄丰补枯作用,调水量占比以及补充调水的时段数得到提高,发电量由于受到来水影响以及存蓄黄金峡余水时段三河口电站不发电等条件限制,发电量占比以及发电时段数呈现先减少后增多的趋势。 (3)引汉济渭受水区多水源优化配置研究。对受水区供水网络进行分析与概化,基于水库群优化调度决策所得的各枯水典型年的调水过程,以系统缺水量最小为目标,构建了受水区多水源优化配置模型,通过多水源、多用户的时变耦合矩阵及PSO算法对模型进行求解,得到各枯水年典型年2030年水资源配置方案。结果表明:枯水年(P=75%)受水对象的整体需水满足程度均能达到90%以上,较枯水年(P=90%)除渭北工业园区外,其他受水对象的整体需水满足程度均能达到90%以上,特枯水年(P=95%)除渭北工业园区外,其他受水对象的需水满足程度均能达到85%以上,且表现为重点城市满足程度均为最优;在水资源配置原则下,地下水发挥调节作用,在非汛期供水量提高以弥补引汉济渭调水减少带来的供水不足的影响,此外,调蓄库充分发挥作用,有效减少弃水,不同枯水典型年下各受水对象的旬需水满足程度均维持在75%以上的前提下,涵养了地下水源。