基于多维临界调控模型的玛纳斯河流域水资源调控

发布时间：2019-10-18 00:12

【摘要】：水资源调控是不同区域和用水户之间有效公平分配水资源的重要途径,本文以新疆玛纳斯河流域为研究对象,以水资源供需缺水量最小为优化目标,在分析耗散结构、协同学、有序原理和临界控制论的基础上,应用多维临界调控模型对玛纳斯河流域水资源系统进行行业间优化调控。研究结果表明:2020年,通过工业节水30.8%、农业节水1.2%和污水资源化1.38×108m~3,可使系统熵由0.34降低到0.15;2030年,通过工业节水54%、农业节水1.6%和污水资源化1.89×108m~3,可使系统熵由0.34降低到0.15;2030年的缺水量比2020年的缺水量减少了0.4×108m3,可实现水资源系统的有序发展。研究成果对解决灌区水资源供需矛盾、提高水资源高效利用具有重要意义。
【图文】：

收敛趋势,水资源系统,系统熵,调控措施

间的协调度最大。2010年，初始调控时系统内各子系统之间协调程度相对较差，需进行调节，通过污水资源化0.86×108m3，并伴随调控措施，水资源子系统、经济子系统、社会子系统和生态子系统之间更加协调，使系统熵由0.34降低到0.15，表明所采取的调控措施使各子系统之间的协调性加强，其系统熵收敛趋势图如图1所示。由2010年现有的水资源配置方案求得的系统熵为0.32，大于多维临界调控求得的系统熵0.15。由此可知，水资源多维临界调控对水资源配置具有优化作用，对维持水资源系统的可持续发展具有重要的意义。图12010年水资源系统熵收敛趋势图Fig.1Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin20103基于多维临界调控的玛纳斯河流域水资源调控的结果与分析3.1结果以2020年初始方案（方案一）为例，初始调控时系统内各子系统之间协调程度相对较差，且经济子系统下农业供水序参量及工业供水序参量均为负数，即[0，1]，说明不在合理阈值区间，需进行调节。通过污水资源化1.38×108m3，工业节水30.8%和农业节水1.2%，并伴随调控措施，水资源子系统、经济子系统、社会子系统和生态子系统之间更加协调。使系统熵由0.34降低到0.15，表明所采取的调控措施使各子系统之间的协调性加强。调控过程系统熵收敛趋势图如图2所示。2030年，通过污水资源化1.89×108m3，工业节水54%，农业节水1.6%，并伴随调控措施，使得水资源系统的系统熵由0.34降低到0.15。其调控过程的系统熵收敛趋势图如图3所示。按照相应的调控措施，对2020年和2030年玛纳斯河灌区水资源系统进行多维临界调控，其结果如图4、图5所示。系统熵系统熵244

收敛趋势,水资源系统,系统熵

石河子大学学报：自然科学版第35卷图22020年水资源系统熵收敛趋势图Fig.2Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin2020图32030年水资源系统熵收敛趋势图Fig.3Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin2030初始方案1n-1n调控过程0.40.30.20.1系统熵0.40.30.20.1系统熵0.40.30.20.1系统熵初始方案12n-1n调控过程初始方案1n-1n调控过程水资源短缺，需运用调控手段：（1）运用农业、工业适度节水调控手段将农业、工业需水预测值作为需水方案。（2）根据《兵团第八师水中长期供求规划》，运用农业强化节水调控手段提高灌溉利用系数，降低毛灌溉定额，使农业强化节水的需水量相对于预测方案分别减少1.2%和1.6%，运用工业强化节水调控手段降低工业用水增长率、采取节水工艺、提高重复利用率等手段和措施，使工业需水量分别减少至30.8%和54%。（3）改进污水处理工艺和技术，进一步提高城镇工业、生活污水资源化比例，力争在2010年污水资源化0.86×108m3的基础上，使2020年和2030年的污水资源化达到1.38×108m3和1.89×108m3。2.3模型验证子系统的有序度和系统熵指引水资源配置是玛纳斯河流域水资源多维临界调控的核心。在有序度和系统熵的指引下，水资源被配置到对系统熵贡献值最大的子系统中，使系统熵沿着熵变梯度最大的方向逐渐减小，直至收敛，从而使玛纳斯河流域各子系统之间的协调度最大。2010年，初始调控时系统内各子系统之间协调程度相对较差，需进行调节，通过污水资源化0.86×108m3，并伴随调控措施，水资源子系统、经济子系统、社会子系统和生态子系统之间更加协调，使系统熵由0.34降低到0.15，表明所采取
【作者单位】：石河子大学水利建筑工程学院/现代节水灌溉兵团重点实验室;中国水利水电科学研究院水资源研究所;
【基金】：国家自然科学基金(U1203282、41601579、41361096) 中国科学院野外站联盟(KFJ-SW-YW027-01) 兵团科技创新团队((2014CC001) 石河子大学杰出青年(2012ZRKXJQ08)项目
【分类号】：TV213.4

【参考文献】

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