浅谈水资源系统分析模拟模型

浅谈水资源系统分析模拟模型

1流域水资源规划的系统分析方法

流域水资源规划的系统分析通常采用两类基本方法,一类为优化方法,另一类为模拟方法。这两类方法的共同点是对所研究的对象和问题不是采用孤立的、分散的研究方式来研究,而是把所研究的对象的各个部分作为相互联系的、有机的整体来进行系统分析。

1.1水资源系统分析优化方法

由于水资源系统内部以及系统与环境之间存在着模糊性与随机性,优化管理的约束条件也往往具有模糊性和不确定性,即在可行与不可行之间,在优劣之间存在着中间过渡。特别是多目标水资源管理问题更是如此,这些问题既含有模糊因素,又存在对环境、社会、法律等指标难以定量化、精确化以及不同量纲之间不统一的困惑,但以往进行的大多数水资源管理模型研究,约束条件都是在确定性因素下进行的硬性约束,这样做的直接后果是可能排除掉了一些较优秀的方案。

1.2水资源系统分析模拟模型

模拟模型在不用实际得到真实系统的情况下,复现系统的实质作用和过程,它可以详细地描述流域的物理特征和经济特征,并能在模型中溶入决策者的经验和判断,通过计算机模拟计算提出各种规划方案比较时所必要的评价指标,以帮助决策中对各方案的利弊得失进行权衡比较,还能对决策中临时提出的规划方案及时提供模拟成果,因此成为一种强有力的工具。

水资源系统规划模拟模型，利用节点和连线的不同组合来描述不同的水资源系统和不同工程方案，采用标准的网络求解程序，通用性强，是进行大型跨流域调水工程规划的一种强有力工具和值得推广的方法。

本项研究结合松辽流域北水南调工程水资源系统，在参考美国麻省理工学院研制的多目标多用途水文经济模拟模型MITSIM的基础上，建立了一个具有较强通用性、适合我国规范的、采用数据驱动、模块组合、结构化设计、菜单式操作的计算机模拟模型。本模型系统主要包括了以下三个部分：1、支流及非控制区模拟模型2、干流模拟模型3、经济评价模型本模型系统主要具有以下特点： 1、采用了大系统分解、集成、分层次开发的方法，对支流和干流模型分级开发，减小了计算模型的规模。2、引入“综合用水节点”的概念，避免了由于用水节点太多而造成的“节点灾”。3、水库运用方式采用了联合调度及补偿调节方式。4、干流模型中采用了利用水库调水限制线的方法对水库进行调度，以优先满足松花江流域用水后，再尽可能向辽河流域调水。

2 水资源系统分析模拟模型在国内外应用

进行水资源配置研究,国内外已有一些成功的应用实例和模拟模型,如美国的M眺M,奥地利的流域综合管理软件wate、are,苏格兰的流域水资源系统模拟软件A明ator,美国农业部和科罗拉多州大学合作开发的流域水资源配置通用模型Aquanus,澳大利亚水量水质综合模拟模型IQQM 等。总体上模拟系统的范畴在扩大,系统集成性在加强,但这些模型以河流为主干,分析水量的流人与流出,对资料条件要求较高,模型输人端为散布的用水点,不支持区域套流域供需平衡分析,与综合规划以行政分区、流域分区或流域套行政分区的供用水统计口径不匹配。国内20世纪印年代至叩年代初,侧重于水库调度研究,以常规调度方法为主。近期则以运筹学为基础的水库群优化调度为主。但GIS技术模拟研究和应用仍不多见,尤其是将非点源污染模型融人模拟模型系统,还没有专门的研究和应用。

3　水资源系统分析模拟模型简介

3.1　水资源系统概化及模拟模型的通用性

建立水资源系统模拟模型的第一步就是要把一个实际的流域水资源系统概化为节点和连线组成的网络系统,即系统节点图。节点用来描述流域中的工程设施(如水库、灌区、分水渠及入流点等),控制结构或特殊的用水系统,线段则用来描述天然或人工的河道水系。计算机是通过概

化后的节点图信息来识别各种真实流域系统及其不同开发方案的,模型通过节点与线段的不同组合就建立了模型与真实系统的关系。对于不同流域或同一流域中的不同规划方案,只要灵活应用节点和线段的结合,就能构成各种节点图,模型会自动按节点图的信息去确定各节点在系统中的位置和关系。这就很好地适应了不同流域或同一流域各种规划方案变化的需要,而不必修改模型程序,所以说模型具有通用性。

3.2　水资源系统分析模拟模型的结构

水资源系统分析模拟模型的结构主要由4个部分组成,简述如下。PART1-PART10是10个输入数据文件,提供所有节点的输入信息。SEQUEN利用PART2输入的数据文件,把节点按照上下游次序形成概化的节点网络图。INDEX将不同类型节点信息与网络中具体节点对应起来。OPER是水量平衡计算模块,是系统模拟计算的核心。RELOUT是总系统或各子系统的统计分析模块。

3.3　选择满足用户设计供水保证率一致的要求

目前,国内大部分水资源系统分析模拟模型在进行水量分配过程中,多半采用美国麻省理工学院MITSIM模型所采用的“先到先服务”的原则,水量分配按照从上游到下游的顺序进行,没有考虑行业之间的优先序,有时会导致上游各业供水的保证率很高,下游较低,一些重要行业的供水得不到保证(特别对于我国北方地区,水资源供需矛盾突出,在进行流域水资源开发利用规划时,用该原则分配的水量不尽合理)。为了能够按照我国现行的有关规范合理分配水资源,对原模型进行了改进和二次开发,利用选择供水允许破坏时段及深度的办法来满足流域内同类用户设计供水保证率一致的要求。

参　考　文　献

1　张心敏.图们江地区水资源开发趋势，东北水利水电； 1998 （5）

2　徐良辉.松辽流域北水南调工程水资源系统规划模拟模型的研究，东北水利水电；1997 (5)

3 阮仁良.平原河网地区水资源调度改善水质机理和实践研究，华东师范大学；2003

4 丁晓阳.模糊优化理论在南水北调方案研究中的运用，大连理工大学；2002