城市水资源优化配置模型研究

｛ ＋ ｇ＋ ＋ ＋ Ｑ 水 Ｑ Ｑ２ Ｑ Ｑ Ｑ ≤ 中 ２
【 ＋Ｑ Ｑ３ ＋Ｑ３ 扔＋Ｑ ＋Ｑ ≤Ｑ雨 水
（） ４
项目 日 需水＿／ １４ ・ ）年需水量／ １４ ３・ ） 量 （Ｏ ｍ ｄ （０ ｍ ａ
生 活 １．１ ７ ４ ６３４ ６ ５ ．５
ｐａ ｎｎ ｌｎ ｉｇ
随着 城 市 化 进 程 的 加 快 和 经 济 社 会 的 高速 发 展 ， 们对 水资源 数 量和质 量 的需 求也 越来越 高 ， 人 但 可供 利用 的淡水 资源 是有 限 的。匮乏 的水资 源不仅
制约 了经 济社会 的 发展 ， 而且 造 成 了水 环 境 的不 断
Ｑｌ 十Ｑ３ ＋Ｑ２ ≥Ｑ Ｑ １ ｇ ＋Ｑ ｇ＋Ｑ２ ≥Ｑ ｇ Ｑ １ ｅ＋Ｑ３ ＋Ｑ２ ≥Ｑ Ｑ Ｉ 以＋Ｑ ３ ｄ ｄ ＋Ｑ ｄ≥ｐ Ｑ ＋Ｑ ＋Ｑ ≥Ｑ （） ５
２ １ ２ 可供 水 资源量 预测 ．．
生态 新 区 内可供 水 资 源量 主 要 由中水 、 水 和 雨 自来 水三 部分 构成 ， 可供水 量 见表 ２ 。
优化 配置研 究 方 面取 得 了一 些 成 果 ¨ ， 是 关 于 但
（） １ 经济 目标 在 满 足 正常 供 水条 件 下 ， 使各 部 门总用 水 费 用
最小 ：
多种水 资 源合理 配 置 、 资 源可 持 续 利用 以及 环境 水
效 益在 水 资源优 化 配 置 中 的作 用 的研 究仍 较少 Ｊ 。
表 １ 某 生 态 新 区 需 水 总 量
Ｔ ｂ １ Ｔ ｔｌｗ ｔｒ ｄ ｍａ ｄ ｉ １ ｅ ｏｏ ｉａ ｅ ｌ ａ ａ ． ｏａ ａ ｅ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌｇ ｃ ｌｎ ｗ ａｅ ｎ１ １ －
１ ２ 约 束条 件 ．
（） １ 供水 能力 约束 ：
ｒ
Ｑ １ ｇ ＋Ｑ １ ｄ ＋Ｑ １ ＋Ｑ ｌ ＋Ｑ １ ｑ≤Ｑ自 水 来
ａ ｄ ｇ ｉ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｎ ａｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｏ ｃ，ｓ ｃ ａ ａ ｄ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｅ ｅ ｔ． ｏ ｉｌ ｎ ｎ ｉ ｍｅ ｔｌｂ ｎ ｆ ｓ ｏ ｉ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｕｂ ｎｗ ｔｒｒ ｏ ｒｅ ； ｏ ｔ ｌ ｌ ｃｔ ｎ ｍ ｔ ｍ ｔ ｄ ｌ ｍｕｔｏｊｃ ｖ ｙ ｗ ｒｓ ｒａ ａ ｅ ｕｃｓ ｐｉ ｌ ａｉ ； ａ ｅ ａｉ ｍｏｅ； ｅ ｓ ｍａ ａ ｏ ｏ ｈ ｃ ｌ—ｂ ｔ ｅ ｉ ｅｉ
笔者根 据 区域需水 量 和 供 水 量预 测 ， 立 了区域 水 建
资源优 化配 置模 型 ， 并得 出了优化 配置结 果 。
１ 优 化 配置 模 型
以追求 各部 门用水 费用最 少 及环境 污染最 小为 目标 ， 并考 虑供需 平 衡 等 约束 ， 立 中水 、 水 和 自 建 雨 来水 的综合 优化 配置模 型 。
１ １ 目标 函数 的确立 ．
恶化 。 因此 ， 研究 城 市 水 资 源优 化 配 置具 有 重 要 的
理论 和现 实意义 。
２ ０世 纪 ９ ０年 代 以来 ， 由于水 资源 缺 乏 和 水 污 染加 剧 ， 水 资源优 化配置 中开 始注重 水质 约束 、 在 环 境效 益及 水资 源可持 续利用 的研 究 。我 国在 水资 源
生 态用水 比例 取 １ ％ ＿ 。 ３ ３ Ｊ
２ １ １ 需 水量 预测 ．．
排 人河 道 的 Ｃ Ｄ排 放量 最小 来反 映环 境 目标 ： Ｏ
Ｆ ＝ｍ ｎ ． １ ［ （ ＋Ｑ ＋Ｑ ）一（ ３ ｉＯ Ｏ ｛ 叼 Ｑ ＋Ｑ ｄ Ｑ２ ＋Ｑ ＋Ｑ２ ｄ ＋Ｑ２ ］ ｃＤ ＋Ｑ ２ ） Ｃ ｏ ｝ （） ３
表 ２ 某 生态新 区可供利 用的水资源量
Ｔ ｂ ２ Ｗ ａｅ ｅ ０ ｒｅ ｕ ｎ ｉ ｖ ｉａ ｌ ａ ． ｔｒｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ｑ ａ ｔ ｙ ａ ａｌｂ ｅ ｔ
ｉ １ｅ ｏ ｏ ｉ ａ ｗ ｒ ． ｎ ａｌ ｃ ｌ ｇｃ ｌｎｅ ａ ｅ ｑ
式 中 Ｑ 、 Ｑ 、 和 Ｑ Ｑ Ｑ 分别 为生 活 、 业 、 工 生 态、 第三 产业 和其他 方 面 的需 水 量 。 （） ３ 中水 回用量 与污水排放量 之 间的关 系约束 ：
ｑ ａ ｉ ． Ｔ ｉ ｌｔ ｄ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｗａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｐ ｉ ｚｎ ｌｏ ａｉ ｎ ｆ ｒｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ｏ ｅ ｌｉ ｄ ｕ ｌｔ ｙ ｈｅ ｓｍｕ ａｅ ａｃ ｌｔｏ ｓ ｄ ｎ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔｍｉｉ ｇ ａｌｃ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｆｒ ｃａｍｅ ｏ ｏ ｗａｅ ｔｒ，ｒ ｉｗａｅ ｎｄ ｔ ｐ ｗａｅ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｐ ｉ ｚｎ ｌ ｃ ｔ ｎ ｗａ ｂ ｅ ｔ ｏ ｒ ｎ ｔ ａ ｎ ｔｒａ ａ ｔ ｒ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｏ ｔｍｉｉ ｇ ａ ｌ ａｉ ｓ ａ ｌ ｏ ｃ ｏ ｄｉａ ｅ ｏ ｏ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ａｌｆｅｄｓ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｉ ｌ ｉ ｌ ，ｗｈ ｃ ｏ ｌ ｅ ｂ ｎ ｆｃａ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｉｉａ ｉｎ ｏ ｔ ｒ ｒｓ ｕ ｃ ｓ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｂ ｅ ｅ ｉｌ ｔ ｈ ｕ ｔｉ ａ ｌ ｔ ｚ ｔ ｆ ｗａｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｉ ｌ ｏ
式 中 ＇为 污水排 放 系数 ； 。 污水 处 理 厂 出 ７ Ｃ。为 水 Ｃ Ｄ质 量浓 度 ， ／￣Ｑ 、 、 Ｑ Ｏ ｍｇＩ Ｑ 、 和 Ｑ ； 分别 表 示 生活 、 业 、 态 、 三产 业 和其他 方 面 的耗 水量 ， 工 生 第
１ １ ０ １ ／ｄ。 ３
根据 用水 定额 ， 并参 考 国 内其他 城 市用水 指标 ， 结 合该 区具体 情况 所 预测 的 ２ ２ 需水 量见表 １ ００年 。
第 ６卷
第 ２期
供 水 技 术
Ｗ ＡＴＥＲ ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ
Ｖｏ ． ． １６ Ｎｏ ２
Ａｐ ． ０１ ｒ２ ２
２１ ０ ２年 ４月
祭 撰 祭 祭 祭 劫
毳 术结 技 总 藿
岱
城市水资源优化 配置模 型研究
王志峰 ， 徐得潜 ， 王 中华
用。
式 中 为 ｔ 段 用 水 部 ｆ 对 水 厂 的 水 质 要 时 １ｉ
求； 为 ｔ 时段 水厂 的供水 水质 。 （ ）排 污 总量约 束 ： ７
ｒ
Ｃ Ｄ ＝∑ Ｃ Ｄ ≤ 。 Ｏ ｒ Ｏ 。
（） ８
（ ）社 会 目标 ２ 节 约用 水 在 可持 续 发展 中 占有 重要 地 位 ， 据 根
（ 合肥工业大学 土木 与水利 工程 学院，安徽 合肥 ２０ ０ ） ３０ ９
摘 要 ： 结合 某 市新 区发 展特性 ， 立 了城 市分质供 水水 资 源优 化 配置数 学模 型 ， 建 对新 区 中
水 、 水与 自来水等 水 资源进行 了优化 配 置仿真 计算 。结果表 明 ， 资源的综合 优化 配置 有利 于社 雨 水 会 经 济的协调 发展 ， 实现 水 资源的 可持 续 利用 ， 有 良好 的 经济 、 会和 环境 效益 。 具 社 关键 词 ： 城 市水 资源 ； 优化 配置 ； 数 学模型 ； 多 目标规 划
４６ ・
Ｆ ＝ｒｎ｛ Ｑｌ＋Ｑ１＋Ｑ１＋Ｑｌ＋Ｑ１ ａ＋ １ ａ （ ｉ ｇ ｄ ｑ）
（ ＋Ｑ ＋Ｑ Ｑ２ ＋Ｑ ＋Ｑ２ ｂ＋（ ＋ 。） Ｑ３
・
王志峰 ， ： 等 城市水资源优化配置模型研 究
第 ６卷
第 ２期
Ｑ ＋Ｑ３ ｄ＋Ｑ ３ ｃ ＋Ｑ ３ ｑ） ｝
ｏ ｔ ｌａｌ ｃ ｔ ｎ ｍａｈ ｍａ ｉ ｍｏ ｅ ａ ｓａ ｌ ｈ ｄ ｆｒ ｕ ｂ ｎ ｗ ｔｒ ｓ ｐ ｌ ａ ｅ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔ ｒ ｐ ｉ ｌ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ ｄ ｌ ｗ ｓ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ｏ ｒ ａ ａ ｅ ｕ ｐ ｙ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｗａｅ ｍａ ｏ ｏ ｃ ｓ ｆ
Ａｂｓｒ ｔ： ｔａｃ
ｏ ｅｈ ｏｏｙ Ｈｆｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉ ） ｆＴｃｎ ｌ ， ｅ ０ ０ ， ｈｎ ｇ ｅ２ ａ
Ｃｏ ｓｄ ｒｎ ｔ ｈ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｓ ｆ ａ ｅ ｎ ｉｅ ｇ ｗｉ ｔ ｅ ｅ ｅｏ ｉ ｈ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｏ ｎ ｗ ｄ ｓｒｃ ｉ ｔ ｅ ｉ ｉ ｃ ｉｔ ｔ ｎ ｈ ｃｔ ｉ ｙ， ａ ｎ
中图分类 号 ：Ｔ ２ ３ ９ Ｖ １ ． 文献标 志码 ：Ｂ 文章编 号 ：１７ ９ ５ （ ０ ２ ０ ０ ４ ０ ６ ３— ３ ３ ２ １ ） ２— ０ ６— ３
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｉｉｓ ． ６ ３—９ ５ ． ０ ２ ０ ． １ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ７ ３３２ １．２０２
Ｆ ＝ｒ ｎ｛ ＋Ｑ １ ＋Ｑ １ ｑ｝ ２ ａ Ｑ１ ＋Ｑ ｌ ｄ ＋Ｑ ｌ ｉ （） ３ 环境 目标 Ｃ Ｄ排 放 量是 衡 量环 境 影 响 的重 要指 标 ， 用 Ｏ 采
２ 应 用 实例
２ １ 某 市生 态新 区概况 ．
某 生态新 区位 于 中部 地 区 ，００年 规 划面 积 为 ２２ ８．３公 顷 ，总人 口为 １４ ６万 ， ５６ １． 拟建 水 厂 １座 ， 污 水处 理厂 ４座 。建 成 后 生 态 用水 比例 、 均 公 共 绿 人 地 面积等 均达 到 国 内领 先 水平 ， 过参 考 国 内外 城 通 市建 设 目标 、 原则 等确定 再生 水 回用率 １４ ％ ， ＞ ０ 一般
Ｏｐｔｍ ａ ｌｏ ａ ｉｎ ｍ ｏ ｅ ｏ ｂ ｎ ｗａ ｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｉ ｌａｌ ｃ ｔｏ ｄ ｌｆ ｒ ｕｒ ａ ｔ ｒ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ
Ｗ ａ ｇ Ｚｈ ｆ ｎ ｎ ｉｅ ｇ， Ｘｕ Ｄｅ ｉｎ， Ｗ ａ ｇ Ｚｈ ｎ ｈ ａ ｑａ ｎ ｏｇｕ
（ ｃｏｌｆＣｖ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈｆｉ 如 Ｓｈｏ ｉｌ ｇｎｅ ｎ ， ｅ ｅ ｏ ｉＥ ｉ ｅ
（） １
（ ） 质约 束 ： ６水
∑ ≤ Ｖｉｔ ， （） ７
式 中 Ｑ Ｑ Ｑ Ｑ 和 Ｑ 分别 为 第 ｉ 水 源 种 用 于 生活 、 工业 、 生态 、 三产 业 和其他 方 面的水 量 ， 第 １ ｍ ／ ，取 １２和 ３时 分别 表 示 自来 水 、 ０ ｄ ｉ 、 中水 和 雨水 在各 部 门 的用 Biblioteka Baidu 量 ； 、 ０ ６和 ｃ分 别 为 自来 水 价 格 、 位 中水价 格 和 收集 处 理 后 的 单 位雨 水 运 营 费 单
第 三产业
生 态 其他 总计
１ ．７ ６ ９
９０ ．２ ４ ７ ．０ ４ ．０ ８ １
６１４ ０ ９ ．５
３２２ ３ ９ ．０ １７５ ５ １．０ １ ５ ．０ ７５６ ５
式 中 Ｑ自 水、 水 Ｑ 水 来 Ｑ中 和 雨 分别 为 自来 水 、 中水及
雨 水 的最大 可供 量 。 （ ）需 水量 约束 ： ２
式 中 为 时段 ； 。为允 许 的 Ｃ Ｄ排 放量 。 。 Ｏ （ ） 负约 束 ： ８非 所有 变 量 都 大 于零 ， Ｑ Ｑ 即 、
Ｑ Ｑ Ｑ ｎｂ Ｃ 、 、 和 等所 有 变量均 大 于零 。 （） ２
所用 自来水 用 量最少 来 间接反 映社 会效 益 ：