缺水城市多水源供水管理的系统分析方法与应用研究

发布时间：2020-05-21 13:39

【摘要】：水资源短缺的日益加剧促使诸多城市寻求多水源供水模式,导致城市供水系统的复杂性明显增加,如何实现和促进多水源供水格局下水资源的高效利用已经成为缺水城市供水管理面临的严峻挑战。本文从水资源高效利用的宗旨出发,针对缺水城市多水源供水管理面临的从开源到节流的关键问题:多水源的联合优化调配、非常规水源利用规模确定、节水与水资源二次配置,以南水北调中线工程通水后的天津市供水系统为例开展系统性研究,以期为城市供水管理提供理论方法支持,主要研究内容及成果如下:1)首先从地理位置、社会经济、水资源条件等方面介绍了天津市的基本情况,分析了南水北调中线工程通水后的天津市形成的多水源供水格局,在此基础上对分区用户的用水需求和多水源可供水量进行了详细分析,并介绍了连通水源、水厂和分区用户的配套供水工程以及水源的供水成本价格,为开展城市多水源的联合优化调配、非常规水源利用规模确定、节水与水资源二次配置三方面研究提供数据基础。2)构建了面向复杂城市供水系统的多水源精细化配置模型。模型以“水源-水厂-分区用户”三层供水网络结构为基础,权衡了缺水量最小和供水成本最小两大目标,精细考虑了从水源到水厂再到分区用户各个环节的供水工程能力以及多水源利用优先次序、分质供水规则等约束。天津市实例研究表明该模型能够实现“水源-水厂-分区用户”三层城市供水系统中水量的精细化分配,深入挖掘了城市的缺水原因,解决了以往水资源配置方案难以指导实际供水管理工作的问题,同时能反映出复杂城市供水系统中存在的薄弱环节。综上所述,该模型具有一定的可行性,可为保障城市供水安全提供技术支持。3)从“开源”入手缓解天津市缺水问题,提出了将规模经济分析与多水源统一配置相结合的成本-效益分析方法,用于确定天津市海水淡化的利用规模。首先,基于规模经济原理分析了规模、产量影响下海水淡化成本呈现的变化特性;然后,利用多水源精细化配置模型进行海水淡化用量和天津市两大主要外调水源的联合调配,用海水淡化可变成本价格代替以往的固定成本价格,优化求解不同海水淡化利用情景下缺水指数与外调水供水成本的Pareto前沿;最后,选择适应决策者需求的缺水指数,计算各情景下与缺水指数相对应的外调水和海水淡化供水成本之和,获得两者总供水成本随海水淡化用量增加的变化曲线,在曲线最低点确定了最佳海水淡化利用规模,可在一定程度上辅助决策者规划天津市海水淡化的未来发展,进一步缓解城市缺水。4)针对南水北调中线引水过程不均匀造成的“工程性缺水”问题,提出加大南水北调中线天津分水口处调蓄水库规模的措施,为优选水库规模,构建了基于多目标竞争协同分析的水库规模优选方法体系。在多水源精细化配置模型基础上增加水库调蓄模块,并将原来的双目标模型转变为权衡成本、可靠性、脆弱性(平均时段缺水和最大时段缺水)和弹性(平均破坏时长和最大破坏时长)的多目标模型。在不同水库规模方案下,利用基于改进拥挤度算子的权重设计方法确定具有多样性的权重组合,将多目标问题转化为单目标问题进行优化求解。最后根据不同水库规模下多组权重组合的解集分析六个目标两两之间的竞争协同关系,识别出了影响水库规模选择的决定性指标,剔除了非必需指标,从而简化了多因素影响下的复杂决策过程,可辅助决策者根据自身偏好进行规模优选。5)为促进城市的节水和水资源二次优化配置,针对枯水年居民用水无限制而工业缺水损失严重的情况,提出了枯水年居民生活供水提价策略的优化方法,通过经济杠杆促使居民用水节约并向工业用户转移,提高水资源的利用效率和效益。基于用水需求价格弹性理论和供水的边际效益分析,以提价后生活和工业整体增加的效益与成本之差最大为目标,综合考虑用户需水上下限和居民对提价的可接受程度,通过模型优化求解确定缺水条件下居民生活阶梯水价各阶梯的提价系数;以城市缺水的承担主体——工业用户的缺水程度反映复杂多水源联合供水情况下水资源的稀缺程度,获得了提价系数随工业缺水量增加的变化曲线,识别出提价的起止条件和价格区间,可为决策者制定促进节水和水资源二次优化配置的水价策略提供理论方法支撑和决策依据。
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图１．１论文组织框架图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ逡逑

？？？？逦g调蓄水库逡逑图２．１天津市多水源利用总体布局逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｏｖｅｒａｌｌ邋ｌａｙｏｕｔ邋ｏｆ邋ｍｕｌｔｉ－ｗａｔｅｒ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｔｉａｎｊｉｎ逡逑鉴于本文的依托项目“天津市引江引n伭�合调度方案编制及软件开发本”开展较早，逡逑当时是以南水北调中线工程通水后的第一年一一２０１５年作为规划年，且收集的供需水逡逑－１５邋－逡澹�

本文编号：2674384