精品资料2022年收藏南水北调山东段水资源优化配置模型专家决策系统.doc

南水北调（山东段）水资源优化配置模型专家决策系统南水北调工程是一项建设周期长、耗资巨大的跨流域调水工程本专题充分利用现代化信息技术、数据库技术和计算机网络技术，综合应用高等数学中的数学建模、线性规划、概率论、数理统计、微分学等知识，结合南水北调东线工程山东省段建设和结合南水北调东线工程管理及调度运行需要，在山东省南水北调工程水质、水量实时监控的基础上，建立水资源优化配置模型专家决策支持系统研究目的及意义本专题研制的目标是为结合南水北调东线工程山东省段建设和结合南水北调东线工程管理及调度运行需要，在山东省南水北调工程水质、水量实时监控的基础上，建立水资源优化配置模型专家决策支持系统此系统的建立，将为实现当地水（包括地表水、地下水）、黄河水和长江水的联合优化调度提供可能，以达到充分发挥南水北调工程效益的目的，保证我国国民经济和社会持续高速发展，同时也将填补我国水资源配置及调度系统应用GIS技术、网络技术和遥测技术，以建立稳定的可操作的实时决策支持系统技术上的空白和通用性强的水资源优化配置专家决策支持系统软件的空白南水北调东线一期工程东平湖～济南段输水工程是胶东输水干线西段的一部分该段输水工程是南水北调东线工程的重要组成部分，在长江水未调至东平湖之前，可将东平湖湖水调往济南市玉清湖水库，以解决济南市目前供水紧张局面和保泉要求以及沿线城市的供水危机，同时也为小清河河水冲淡稀释提供水源。

南水北调输水干线全线贯通后，可以把东平湖多余的水调往小清河，以改变小清河的水环境南水北调工程是一项建设周期长、耗资巨大的跨流域调水工程，只有对该项工程进行科学管理、优化调度，才能最终实现水资源的优化配置，达到社会效益、经济效益、环境效益的综合最大化本次研究建立的济平干渠段的水资源优化配置模型，将在工程管理决策当中起到一定的指导作用，并在使用过程中不断完善和改进，最终实现地区水资源优化配置的目标同时，该专题研究成果对南水北调工程其他段的水资源优化配置也具有很高的参考价值1 研究基础条件1.1 工程运行方式及调度原则（一）工程运行方式及调度总原则为：（1）济平干渠在2008年之前调引东平湖水，解决济南市的部分用水量，同时向小清河补水，改善济南市的生态环境，因此济南市区成为水资源配置的重点目标从远期来看，济南市各县（区）应充分利用胶东输水干线中段引黄济青时间，即11月中旬至翌年1月中旬的70天调引长江水；（2）正确认识和处理调水工程同节水、治污和保护生态环境的关系，坚持先节水后调水、先环保后用水的原则坚持计划用水和按市场经济配水相结合的原则实现当地水与外调水的联合调度和优化配置，最大限度地降低供水成本，发挥供水效益。

二）在江水未到达东平湖之前的水量调度原则（1）在保持经济社会可持续发展，促进生态环境良性循环的前提下，首先开发利用当地水资源；（2）充分利用当地水资源前提下，从东平湖调引湖水，引湖水量应在国务院批准的黄河水量指标中统筹解决，并以不影响东平湖产和湿地生态环境为控制条件；（3）东平湖水量不足，可调引分配给济南市的引黄水量，鉴于玉清湖水库沉砂池坐落在黄河滩区和玉符河滩地上，使用期有限，届时可从田山一级站、东风站向济南市区应急调引黄河水三）在长江水到达东平湖之后的水量调度原则 （1）在保持经济社会可持续发展，促进生态环境良性循环的前提下，首先开发利用当地水资源； （2）在东平湖水量充沛，不影响生态环境的情况下，可适量向济南市补水； （3）通过南水北调东线调水工程，向济南市区补给长江水，以长江水替代黄河水成为玉清湖水库的只要供水水源，将占用的农业引黄水量归还给农业，并尽可能减少引黄水量，保护黄河河口生态环境，减少引黄口门泥沙处理负担，减少或消除沙化影响，促进沿黄地区生态环境的良性循环； （4）南水北调全线通水后，济南市可通过引用长江水尽量减少地下水开采量，以达保泉的目的1.2 水源和供水区域及用水部门的划分通过对供水区基本资料的分析，确定供水区域内有五种水源：本地地表水和地下水、引黄河水、东平湖水和长江水。

东平湖－济南段输水干渠对沿线的平阴县、长清区、济南市区分水，共设4个分水口将这4个分水口按上下游顺序编号，上盆王分水口为1号分水口，南大沙河分水口为2号分水口，贾庄分水口为3号分水口，玉清湖水库分水口为4号分水口根据每个分水口的供水范围，把整个供水区域分为4个分区，即i号分水口向i分区供水，i=1,2,3,4表1－1 供水分区对照表分水口1234供水分区平阴分区长清1区长清2区济南市区由于供水对象以城市生活用水和工业用水为主，兼顾高效农业用水和生态环境用水，因而用水类型拟定为四个：生活用水、工业用水、农业用水和生态环境用水1.3 渠首分水闸和分水口流量引水工程的输水能力制约着水资源的实际可利用量和水量在各用水分区的分配经分析，将分水口的设计流量和干渠引至该分水口的流量，共同作为该分区可分配水量的约束南水北调东线一期工程东平湖～济南段输水工程共布置各种水闸16座，其中新建渠首引水闸1座，防洪闸2座，分水闸4座，泄水闸2座，进洪闸4座，水库截渗沟涵闸1座，节制闸1座，重建原有河道灌溉引水闸1座根据闸址处地形地质条件，为与远期工程相结合，避免重复建设造成投资浪费，渠首引水闸按远期工程规模设计，设计流量90m3/s，校核流量100m3/s，闸上设计水位39.30m，闸下设计水位39.10m，闸上校核水位为39.60m，闸下校核水位为39.40m。

共设5孔，每孔净宽3.00米，上游通过导流连接段与东平湖出湖深槽衔接，下游左岸为陈山口退水闸导流堤，右岸为输水渠堤防为保证输水渠安全或沿线输水工程发生意外故障时能够及时泄掉输水渠中多余水量，在输水渠有条件泄水的河道设泄水闸根据实地查勘情况，经分析研究确定，在平阴县境内的浪溪河倒虹和长清区境内的北大沙河倒虹前分别设泄水闸1座（这2座泄水闸要同时具有进洪闸功能），根据《灌溉与排水工程设计规范》规定，结合工程实际情况确定设计流量为28m3/s为便于输水渠沿线地区用水，根据《南水北调东线工程山东省配套工程规划》，结合当地蓄水工程位置，在输水渠沿线共布置分水闸4座分别为平阴县上盆王分水闸、长清区的南大沙河分水闸、贾庄分水闸、槐荫区的玉清湖水库分水闸，各分水闸均与输水渠正交表1－2 引水闸和分水闸数据表 闸门数据渠首引水闸上盆王分水闸南大沙河分水闸贾庄分水闸玉清湖分水闸设计流量 （m3/s）902.43.03.49.0一年分水天数（天）243707070701.4 分水口水价水价是影响水资源分配的一个重要经济因素，各分水口水价的差异将会调整水量的重新分配在水资源优化配置模型的求解过程中，需要对不同的供水方案，在满足供需平衡的前提下计算供水及用水部门的经济效益。

因此，可将多组分水口水价代入模型，分别优化后，分析水价的取值与经济效益及缺水量之间的关系，从而指导水资源优化配置 根据工程沿线分水口的分布情况，对平阴上盆王分水口、长清南大沙河分水口、长清贾庄分水口、玉清湖分水口（入小清河）分别进行2008年前、后供水成本及水价测算根据国发［1985］94号文《水利工程水费核订、计收和管理办法》、《中华人民共和国价格法》、《水利产业政策》等有关规定，拟定不同的资本金利润率6%、4%、2%、1%对各计量点2008年前、后供水水价进行测算本课题拟采用资本金利润率4%时计算得出的水价，该水价包括容量水价与计量水价两部分表1－3 分水口水价表（单位：元/m3） 闸门数据渠首引水闸上盆王分水闸南大沙河分水闸贾庄分水闸玉清湖分水闸水价 (2008年前)0.421.5412.8893.4234.668水价 (2008年后)0.420.5630.6110.6270.6571.5 水资源系统概化对干渠《初步设计报告》和《南水北调配套工程规划》等资料进行细致的分析，确定分水口的服务范围，依据水资源利用的基本情况，绘制干渠及其供水区域水资源概化图，如图1-1所示。

1.6 渠段的划分及水量损失该工程《初步设计报告》中计算出济平干渠的总渗漏量为0.81m3/s整个渠道采用多种衬砌结构形式，因而需要根据衬砌结构形式的不同划分渠段，计算各段的渗漏量进行优化计算，将每两个分水口之间各渠段的渗漏量相加，分别计算年内和各时段的渗漏损失水量按渠道坡度、底宽的差异，并以各分水口为界限，将干渠从渠首引水闸至玉清湖分水口段划分成10个计算渠段依此划分的每个计算渠段，都是棱柱体渠道假设调度期的一个时段内，渠首引水流量恒定，由于渠道流量损失很小，因此在同一渠段内的水流可按明渠均匀流处理表1－4 干渠计算渠段划分表渠段序号坡度底宽（m）边坡系数（内）边坡系数（外）糙率长度（km）渗漏水量损失（m3/s）渠段末端的分水口10.0000561422.50.01522.8630.218　20.0001251422.50.01510.009　30.0000561422.50.0155.4280.052上盆王分水口40.0000561422.50.01511.4790.109　50.0001251422.50.01510.009　60.0000561422.50.01521.4830.212南大沙河分水口70.0000561422.50.01511.4960.106贾庄分水口80.0000561422.50.0150.4410.004　90.00011422.50.0154.7370.045　100.00019.522.50.0154.1870.04玉清湖水库分水口在本课题中，为了简化计算，将上述十个渠段合并成四个，再加上玉清湖分水口至小清河入口处的一段，总计最后分成五个渠段。

表1－5 最后渠段渗漏水量表 渠段数据渠段1渠段2渠段3渠段4渠段5长度 km29.39133.96211.4729.3655.600渗漏水量 m3/s0.2780.3290.0880.0820.030蒸发水量m3/s（年均）0.0330.0390.0130.0090.0051.7 分水口流量约束当某地需要通过分水闸分水，由远方给出分水流量则计算机系统给出闸门开启高度开启闸门，由装在出口的流量传感器校核分水量，并调整闸门开启高度因此各分水口的最大流量应为闸门全开时的流量，由闸前、闸后水位差及过水断面计算确定1.8 各种水资源量及用水成本根据供水预测模型预测的数据，在水平年2003、2010及2030保证率分别为50％、75％、95％时，本课题采用的各水源的可供水量见表8-6－8-9表1-6 2003年可供水量数据 单位：万m3/年 保证率水源50％75％95％分区1引黄水量000分区2引黄水量00。