Asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
La cuenca del río Kuitun está ubicada en el área del "Triángulo Dorado" en el borde occidental del cinturón económico en la ladera norte de las montañas Tianshan en Xinjiang. El recurso hídrico superficial promedio de varios años en la cuenca es de 16,21×108 m3, la recarga natural de aguas subterráneas es de 1,62×108 m3 y el recurso hídrico total es de 17,83×104 m3. La recarga total de aguas subterráneas en la zona de la llanura es de 8,41×108 m3, de los cuales la cantidad de recursos convertidos es de 6,79×108 m3, representando el 81% de la recarga total. La cantidad explotable de agua subterránea es de 6,25×108 m3, y la cantidad realmente explotada en 2003 fue de 3,39×108 m3.
El consumo total de agua en la cuenca del río Kuitun en 2003 fue de 14,65×108 m3, de los cuales el consumo de agua doméstica fue de 0,34×108 m3, lo que representa el 2% del consumo total de agua. El consumo de agua de producción es de 11,28×108 m3, que representa el 77% del consumo total de agua, del cual el consumo de agua agrícola es de 10,54×108 m3, que representa el 72% del consumo total de agua y el consumo de agua ecológica artificial es de 1,8×; 108 m3, lo que representa el 10% del consumo total de agua.
El consumo total de agua en la cuenca del río Kuitun representa el 82% del total de los recursos hídricos, y la tasa de utilización de los recursos hídricos superficiales es del 70%. Las tasas de desvío de agua de los principales ríos, como el río Kuitun, el río Sikeshu y el río Gurtu, superan el 80%, y el grado de utilización de los recursos hídricos es obviamente alto, lo que hace que el agua económica nacional ocupe agua ecológica y conduzca al deterioro del medio ambiente. condición ecológica de la región. Por lo tanto, es necesario ajustar la estructura de uso del agua, fortalecer la conservación del agua y considerar plenamente las necesidades básicas del agua ecológica para promover el desarrollo coordinado de la sociedad, la economía y la ecología en la cuenca del río Kuitun.
2. Análisis de la eficiencia en la utilización del recurso hídrico
En la cuenca del río Kuitun, el agua agrícola representa más del 70% del consumo total de agua, y el coeficiente de consumo de agua es de 7,87 m3. /kg, superando con creces el nivel nacional. En el nivel promedio (1,102 m3/kg), el coeficiente de eficiencia de utilización de los recursos hídricos agrícolas es de sólo 0,13 kg/m3. La tasa de reutilización del agua industrial es de aproximadamente el 40%. Excepto en el área de Dushanzi, donde el consumo de agua por cada 10.000 yuanes de valor de producción industrial es de 24 m3, el consumo promedio de agua por cada 10.000 yuanes de valor de producción en otras regiones es de 165 m3, más de un 60% más que el promedio nacional.
La eficiencia promedio en el uso del agua de la cuenca del río Kuitun en 2003 fue de 5,6 yuanes/m3, lo que representó sólo el 34% del promedio nacional en 2000, y la tasa de utilización efectiva de los recursos hídricos fue sólo del 54%.
Tres. Problemas en el desarrollo y utilización de los recursos hídricos
Con el aumento de la población y el desarrollo económico y social, el grado de desarrollo y utilización de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun ha seguido aumentando, y la escasez de agua típica Han aparecido en la cuenca, lo que provocó que aguas abajo la cantidad de agua disminuyera drásticamente, provocando que el tramo inferior del río se secara. De esta forma, por un lado, se eleva el nivel freático en la zona de riego de la cuenca del río, se saliniza el suelo, se reduce el rendimiento de los cultivos y se abandonan tierras para tierras no cultivadas, además se provoca un crecimiento escaso de la vegetación y; la degradación de los bosques en los tramos inferiores de la cuenca disminuye, y la Reserva Forestal Natural Ganjiahu y Ai El entorno ecológico de la cuenca del lago se ha deteriorado, el flujo en los tramos medio e inferior se ha cortado y el nivel del agua subterránea ha disminuido. continuó disminuyendo. Degradación ambiental en los tramos bajos de la cuenca.
IV. Ideas orientadoras para la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Para frenar el deterioro del entorno ecológico en la cuenca del río Kuitun, la construcción ecológica debe ser el principal paso. Se debe llevar a cabo una gestión científica y una optimización de los recursos hídricos. La asignación, la utilización eficiente y la protección efectiva son el núcleo, con una planificación general de las aguas arriba, media y aguas abajo, una combinación de medidas de ingeniería y medidas de no ingeniería, teniendo en cuenta. beneficios ecológicos y económicos, planificación general de la vida, la producción y el uso ecológico del agua, haciendo pleno uso de las leyes, la administración, la economía, la ciencia y la tecnología, Realizar una gestión integral a través de la publicidad y la educación y otros medios. Partiendo de los intereses generales, apuntando a la utilización sostenible de los recursos hídricos, promoviendo el desarrollo sostenible de la economía y la sociedad locales, considerando sistemática y exhaustivamente las necesidades de desarrollo a largo plazo de la cuenca fluvial, ajustando la estructura industrial y la estructura de uso del agua, coordinando aún más vida, producción y uso ecológico del agua, y formar gradualmente un sistema completo y unificado de gestión de recursos hídricos y protección del medio ambiente ecológico que se ajuste a las características de la cuenca del río Kuitun, y lograr el desarrollo coordinado de la población, los recursos, el medio ambiente y la economía de la cuenca y sociedad.
5. Metas para la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
El objetivo general de determinar la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun es mantener el Aibi On. Sobre la base del estado actual de las Reservas Forestales Naturales del Lago y del Lago Ganjia, distribuiremos racionalmente el agua superficial, optimizaremos la explotación del agua subterránea, asignaremos racionalmente la proporción del uso del agua industrial y agrícola y restauraremos gradualmente las tierras forestales en los tramos inferiores. del río Gurtu y del río Sishu. El segundo es restaurar el bosque deteriorado del río Kuitun en la reserva para asegurar su demanda de agua, de modo que el desarrollo de los recursos hídricos pueda obtener los mejores beneficios económicos, ambientales y sociales, y permitir que la economía regional se desarrolle en un círculo virtuoso.
Verbo intransitivo Generación de un plan de asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
De acuerdo con las metas, principios y cuestiones específicas de la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun, combinados con La planificación de la cuenca del río Kuitun y el “XI Plan Quinquenal” para el proyecto de desvío de agua entre cuencas en Xinjiang han elaborado un conjunto de planes viables para la asignación de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun, principalmente desde las dos perspectivas de aumentar los ingresos y reducir los ingresos. gastos, como se muestra en la Tabla 9-26.
Tabla 9-26 Tabla de planes de asignación de recursos hídricos viables en la cuenca del río Kuitun
Bajo las condiciones actuales de suministro de agua, todas las medidas de asignación posibles se combinan en otros planes de asignación. Entre ellos, el aprovechamiento potencial se refiere al aprovechamiento del potencial de los proyectos de almacenamiento, desvío y drenaje existentes en la cuenca, el ahorro de agua industrial y agrícola; Mediante la implementación de tecnologías industriales y agrícolas de ahorro de agua, la demanda de agua de los esquemas de alta, media y baja demanda de agua en diferentes niveles de planificación en 2020 se puede reducir en 201,45 × 108 ~ 1,17 × 108 m3 y 1,53 respectivamente en comparación con la situación actual. . La reutilización de aguas residuales se refiere a la descarga de agua urbana, doméstica e industrial, para suministrar agua a la ecología natural aguas abajo. El consumo anual previsto de agua de reutilización de aguas residuales en todos los niveles es: 201,63×108m3, 1,2×108m3 en 2020 y 1,88×608m3 en 2030. Los proyectos de extracción de aguas subterráneas, según el plan de la cuenca, extraen de manera uniforme aguas subterráneas; proyectos de almacenamiento en zonas montañosas, a saber, el embalse de Temen, el embalse de Jiangjunmiao, el embalse de Hongshan del río Kuitun y el embalse de Gilgrad del río Sikeshu, con una capacidad total de almacenamiento de 1,95 × 108 m3; El proyecto de desvío de agua transfiere 5,0×108m3 de agua desde el río Kashgar en Ili a la cuenca del río Kuitun.
Análisis de la oferta y demanda de agua en la Cuenca del Río Kuitun
(1) Análisis del balance actual de oferta y demanda en la Cuenca del Río Kuitun en el año 2003
La demanda actual de agua en la cuenca del río Kuitun en 2003 fue de 18,21 × 108 m3, de los cuales la demanda de agua doméstica es de 0,34 × 108 m3, la demanda de agua de producción es de 103,48 × 108 m3 y la demanda de agua ecológica es de 4,39 × 658 m3. Representan el 1,8%, 74,1% y 24,1% de la demanda total de agua respectivamente, mientras que la demanda de agua agrícola es de 12,74×108 m3, lo que representa el 70% de la demanda total de agua. Según las estadísticas, el suministro de agua en la cuenca del río Kuitun en 2003 fue de 15,42×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial fue de 11,32×108 m3 y el suministro de agua subterránea fue de 3,39×108 m3, que se descargaron lateralmente en el lago Aibi. Consulte la Tabla 9-27 para obtener más detalles.
Cuadro 9-27 Cuadro de análisis del balance de oferta y demanda en el año 2003 (unidad: 108 m3)
Como se puede observar en el cuadro, la actual escasez de agua en la Cuenca del Río Kuitun es 2,79×108 m3 Entre ellos, la escasez de agua agrícola es de 0,91×108 m3 y la escasez de agua ecológica natural es de 1,88×108 m3.
(2) Análisis de oferta y demanda de diferentes planes de asignación a diferentes niveles en la Cuenca del Río Kuitun.
1. Análisis del suministro de agua actual
El suministro de agua se refiere al suministro de agua que se puede proporcionar a varias regiones y departamentos administrativos a través de varias instalaciones de conservación de agua en diferentes niveles y diferentes suministros de agua. Tarifas de garantía. La cantidad de agua disponible está relacionada con la cantidad total de recursos hídricos, la capacidad de suministro de agua y el nivel del agua de los proyectos de conservación del agua, y también está restringida por los planes de distribución de agua de los gobiernos nacional y local o de varios usuarios del agua. Bajo ciertas condiciones de nivel de consumo de agua y recursos hídricos totales, la cantidad de agua disponible depende principalmente del tipo, cantidad, escala de diseño y modo de operación de los proyectos de fuentes de agua.
Bajo diferentes tasas de garantía de suministro de agua, la cantidad de agua disponible en la cuenca del río Kuitun bajo los proyectos actuales de conservación de agua, los niveles de uso de agua y los planes de desvío de agua se muestran en la Tabla 9-28.
Tabla 9-28 Tabla de suministro de agua de la cuenca del río Kuitun bajo diferentes tasas de garantía de agua (unidad: 108 m3)
Como se puede observar en la tabla, la tasa de garantía de agua es 50 % (En años normales), el suministro de agua es de 14,95×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es de 10,89×108 m3 y la extracción de agua subterránea es de 3,39×108 m3.
2. Situación actual y análisis de la oferta y la demanda cuando la tasa de garantía de agua es del 50% en los diferentes años de planificación.
En 2003, la cantidad de agua subterránea explotada en la cuenca del río Kuitun fue de 3,39×108 m3, y la cantidad explotable de agua subterránea fue de 6,25×108 m3. Dado que actualmente no existe un plan unificado para la explotación de aguas subterráneas, se concentra en las ciudades de Kuitun, Wusu, Bashihu y Ganhezi. La cantidad de explotación de aguas subterráneas es grande y se ha convertido en un área de sobreexplotación. El Plan de la cuenca del río Kuitun divide la llanura de la cuenca del río Kuitun en áreas de desarrollo y utilización de aguas subterráneas, como áreas mineras controladas, áreas mineras reguladas y áreas mineras prohibidas (refiriéndose a unidades ecológicas naturales) según unidades geomorfológicas y condiciones hidrogeológicas.
Se prevé que el volumen de extracción de agua subterránea será de 3,47×108 m3 para 2010; para 2020, el volumen de extracción de agua subterránea será de 4,41×108 m3; para 2030, el volumen de extracción de agua subterránea será de 6,25×108 m3; En consecuencia, el suministro medio anual de agua en los diferentes niveles de planificación es de 15,03×108 m3, 15,97×108 m3 y 17,8438+ en 10, 2020 y 2030, respectivamente.
3. Análisis de oferta y demanda de diferentes planes de configuración bajo las condiciones de tasa de garantía de suministro de agua del 50% y demanda de agua moderada.
Se puede ver en la Tabla 9-29 que cuando la tasa de garantía de suministro de agua es del 50%, diferentes planes de demanda de agua en diferentes niveles de planificación tienen escasez de agua. En 2010, la escasez de agua fue de 5,12×108 ~ 8,08×108 m3, y en 2020, la escasez de agua fue de 5,99×108 ~ 11,1. La escasez de agua será más evidente en los años de sequía y sequía.
Tabla 9-29 Tabla de análisis anual de oferta y demanda de tasa de garantía de agua del 50% en diferentes niveles de planificación
Se puede ver en la Tabla 9-30 que cuando la demanda de agua es moderada, excepto el ajuste de la cuenca del río Excepto el plan hídrico 6, todos los planes de configuración tienen escasez de agua. Bajo la configuración actual del Plan 1, la escasez de agua alcanzará el 48% de la demanda total de agua en 2030, lo que afectará gravemente al desarrollo de la economía nacional y a la mejora del nivel de vida de las personas. La opción 2 puede aumentar el suministro de agua bajo la condición de aprovechar el potencial y ahorrar agua en la industria y la agricultura; por otro lado, la demanda de agua es relativamente reducida; En este escenario, la escasez de agua seguirá alcanzando el 37% para 2030, lo que es un 11% menos que la proporción de escasez de agua en la demanda total de agua en el escenario 1. Después de la reutilización de las aguas residuales, la escasez de agua en la opción 3 se redujo, pero la escasez de agua también alcanzó entre el 26% y el 30% de la demanda de agua. El plan de configuración 4 implementa el proyecto de extracción de agua subterránea y la escasez de agua tiende a disminuir gradualmente. Para el año horizontal previsto de 2030, la escasez de agua será sólo del 18%. Opción 5: Los embalses construidos en zonas montañosas pueden aliviar eficazmente el problema de la escasez de agua. Solo en el caso de la transferencia de agua desde la cuenca fuera del Plan 6, el suministro de agua es mayor que la demanda de agua de la cuenca, y se pueden suministrar 0,14 × 108 ~ 1,55 × 108 m3 al lago Aibi, lo que favorece la mejora del medio ambiente. entorno de la región. Por lo tanto, con el aumento de la población y el rápido desarrollo económico, el problema de la escasez de agua en la cuenca del río Kuitun será cada vez más grave. Para lograr un desarrollo sostenible ecológico, social y económico en la cuenca del río Kuitun, se deben tomar medidas de ingeniería y no ingeniería para optimizar la asignación de recursos hídricos limitados.
8. Establecimiento y solución del modelo de asignación óptima de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Planificación del modelo
1. >Basado en las características geográficas, las condiciones de los recursos hídricos, la distribución del área de riego, el estado del medio ambiente ecológico, las divisiones administrativas y la planificación del desarrollo, la cuenca del río Kuitun se puede dividir en varias subregiones (Figura 9-2). La zonificación sigue los siguientes principios:
1) Intentar calcular la cantidad de recursos hídricos disponibles en función de la topografía y las condiciones topográficas de la cuenca.
2) Mantenerla coherente con las normas administrativas; divisiones tanto como sea posible para que Para la recopilación de datos, aumente la posibilidad de implementación;
3) La zonificación debe coordinarse con el estudio de los recursos hídricos y la zonificación de evaluación para poder utilizar los resultados de la evaluación de los recursos hídricos.
Con base en los principios anteriores, la cuenca del río Kuitun se puede dividir en Q subregiones. Una subregión está representada por L, L = 1, 2,..., Q, Q=12. . En cada subárea, las subunidades se dividen según la profundidad del nivel freático, y las diferentes profundidades de enterramiento de las subunidades están representadas por diferentes códigos.
2. Tipos de fuentes de agua
Según la situación actual de la cuenca del río Kuitun, existen cuatro tipos de fuentes de suministro de agua: aguas superficiales locales, aguas subterráneas, aguas recicladas e interurbanas. Trasvase de agua de cuenca.
3. Departamento de Asuntos Hídricos
El consumo de agua regional generalmente se puede dividir en tres categorías: consumo de agua doméstico, consumo de agua de producción y consumo de agua ecológica. Según las condiciones reales de la cuenca del río Kuitun, cada tipo de uso del agua se puede dividir en varios departamentos de uso del agua específicos. Como el agua doméstica para residentes urbanos y rurales (incluida el agua de producción para ganado, incluye agua industrial y agua ecológica, agua ecológica artificial y agua ecológica natural);
Tabla 9-30 Tabla de suministro normal de agua anual bajo diferentes esquemas de configuración (unidad: 108 m3)
(2) Construcción de un modelo de configuración óptima multiobjetivo
1. Variables de decisión
Al manipular variables controlables, el sistema de recursos hídricos se regula y, en última instancia, se optimiza para los objetivos del sistema. Esta variable controlable es la variable de decisión. De acuerdo con la situación actual de la cuenca del río Kuitun, la variable de decisión del modelo de asignación óptima de recursos hídricos es la cantidad de agua asignada de diferentes fuentes de agua a diferentes departamentos de uso del agua.
Están representados por las siguientes fórmulas, a saber:
Investigación y evaluación de los recursos de agua subterránea y cuestiones ambientales en la cuenca de Junggar
Entre ellos: Proporcionar agua de fuente I para el Departamento J en la División L .
Figura 9-2 Mapa de zonificación de asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Basado en las condiciones reales de la cuenca del río Kuitun, teniendo en cuenta las diferencias en estacionalidad y agua. tipos de fuentes de varios departamentos de uso del agua, se da la siguiente explicación: ① Teniendo en cuenta la conveniencia, limpieza y habitabilidad del agua, todo el agua doméstica utiliza agua subterránea (2) Teniendo en cuenta el suministro de agua centralizado y la conveniencia del tratamiento, todos los usos del agua industrial; agua subterránea; ③El agua agrícola es proporcionada tanto por agua superficial como por agua subterránea; ④ El uso ecológico del agua solo considera el área de vegetación irrigada por agua superficial, y el ecosistema mantenido por agua subterránea se regula mediante la supresión del nivel del agua subterránea.
2. Función objetivo
El objetivo de la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun es lograr beneficios integrales para la economía regional, la sociedad y el entorno ecológico manteniendo al mismo tiempo la utilización sostenible de maximizar los recursos hídricos. Implica objetivos económicos, objetivos sociales, objetivos ecológicos, etc. , y hay muchos indicadores que reflejan beneficios económicos, sociales y ecológicos, y algunos beneficios sociales y ecológicos son difíciles de cuantificar. Por lo tanto, al establecer un modelo de asignación de optimización de recursos hídricos, intente elegir indicadores de beneficios cuantitativos y representativos para construir la función objetivo del modelo de optimización.
(1) Selección de objetivos de beneficios económicos
Hay muchos objetivos que reflejan beneficios en economía, como el valor de producción, las ganancias, el producto nacional bruto, el producto interno bruto, etc. Este cálculo selecciona el valor máximo de producción industrial y agrícola como objetivo económico.
Investigación y evaluación de recursos de aguas subterráneas y cuestiones ambientales en la cuenca de Junggar
En la fórmula: es el consumo de agua industrial y agrícola del Departamento J en la Zona L es la producción unitaria de agua; coeficiente de valor del Departamento J en la Zona L; para el sector de agua industrial, se puede calcular la cuota de agua por 10.000 yuanes de valor de producción. En las zonas áridas, no hay agricultura sin riego. Para el sector del agua agrícola, se pueden calcular las cuotas de riego, la superficie regada y el valor de la producción agrícola. es la cantidad de agua asignada por la fuente de agua I al departamento de agua J en la subdivisión L.
El valor total de la producción de la industria y la agricultura es el mayor, lo que refleja los beneficios económicos obtenidos al optimizar la asignación de la misma cantidad de agua entre diferentes departamentos de uso del agua. Sin embargo, por un lado, cuando el agua de un mismo departamento proviene de diferentes fuentes de agua, el costo de obtener la misma cantidad de agua de diferentes fuentes de agua es diferente debido a la diferencia en los costos unitarios de suministro de agua; Para satisfacer la demanda económica y social de recursos hídricos, lograr la utilización sostenible de los recursos hídricos y el desarrollo económico y social coordinado requiere minimizar el consumo de agua y el costo total de inversión del sistema de asignación de recursos hídricos como objetivos de beneficios económicos bajo la condición de maximizar la industria y valor de la producción agrícola. Según la situación actual de la cuenca del río Kuitun, el agua superficial local, el agua subterránea y el agua reciclada son las principales fuentes entre las diferentes fuentes de agua y, finalmente, se utiliza la transferencia de agua externa.
Objetivo de consumo mínimo de agua:
Investigación y evaluación de los recursos de aguas subterráneas y cuestiones ambientales en la cuenca de Junggar
Dónde: w es el consumo total de agua en la cuenca , 108 m3; La cantidad de agua asignada por la fuente de agua I al departamento de agua J en la subdivisión L, 108 m3.
(2) Selección de objetivos sociales
Los objetivos sociales son extremadamente amplios e incluyen estabilidad social, calidad de vida, tasa de empleo, cultura y educación, etc. Al modelar, la garantía del consumo doméstico de agua urbana y rural debe considerarse como un reflejo indirecto de garantizar la calidad de vida y tratarse como una restricción. Por otro lado, desde la perspectiva del desarrollo social, el suministro de alimentos es uno de los principales factores que afectan la estabilidad social, y la producción de alimentos puede seleccionarse como un indicador de los objetivos sociales. En consecuencia, la superficie de siembra de cereales se determina en función del desarrollo anual planificado de la población para garantizar la autosuficiencia.
(3) Selección de objetivos ecológicos
El objetivo ecológico de la asignación óptima de los recursos hídricos es mantener el equilibrio del ecosistema existente, restaurar o mejorar el ecosistema, etc. Desde la perspectiva de la utilización de los recursos hídricos, el suministro ecológico de agua es una medida indirecta del equilibrio ecológico. Por lo tanto, la asignación de agua se elige bajo la premisa de garantizar básicamente la demanda ecológica de agua.
3. Limitaciones
(1) Limitaciones de recursos
1) Limitaciones de agua superficial. La suma del agua superficial utilizada por las diferentes autoridades hídricas en cada subregión debería ser menor que el agua superficial disponible.
Investigación y evaluación de los recursos de aguas subterráneas y cuestiones ambientales en la Cuenca del Junggar
2) Limitaciones de las aguas subterráneas. Considerando la función del agua subterránea en el mantenimiento de la vegetación natural, la cantidad de agua subterránea utilizada por los diferentes departamentos de agua en cada zona debe ser menor que la cantidad de extracción permitida.
Investigación y evaluación de los recursos hídricos subterráneos y cuestiones medioambientales en la cuenca del Junggar
3) Limitaciones del objetivo.
Maximizar las necesidades de vida de las personas y de las diversas actividades económicas en materia de recursos hídricos.
Investigación y evaluación de los recursos de agua subterránea y cuestiones ambientales en la cuenca de Junggar
Donde: demanda de agua (min) = α × demanda de agua (max), α es el coeficiente básico de consumo de agua , α = 1, que indica que se deben garantizar las necesidades de agua doméstica y ecológica natural; 0,5 < α < 1,0, que indica que el consumo de agua para la producción (industrial y agrícola) se puede reducir adecuadamente 0,6 < α < 1,0, que indica que el agua ecológica artificial; debe garantizarse en la medida de lo posible.
(2) Restricciones del nivel del agua subterránea
Para evitar la salinización y desertificación del suelo causadas por niveles de agua subterránea demasiado altos o demasiado bajos, el nivel del agua subterránea en el área de riego debe controlarse dentro de un cierto rango. En vista del hecho de que el agua subterránea en el área plana del tramo inferior de la cuenca del río Kuitun se intercambia principalmente verticalmente, bajo la premisa de ignorar el intercambio de agua horizontal entre unidades, se puede expresar la restricción del nivel del agua subterránea de la unidad L. por la siguiente desigualdad:
Los recursos hídricos subterráneos de la Cuenca del Junggar y su Investigación y evaluación de problemas ambientales
(3) Restricciones no negativas
Investigación y Evaluación de los recursos de aguas subterráneas y los problemas ambientales en la cuenca de Junggar
(3) Resolución del modelo de asignación de optimización multiobjetivo
1 Descripción general de los métodos de cálculo
Esta vez. , la caja de herramientas de optimización del algoritmo genético MATLAB se utiliza para resolver el modelo anterior.
2. Principios básicos de los algoritmos genéticos
La evolución biológica es un maravilloso proceso de optimización que produce excelentes especies que se adaptan a los cambios ambientales mediante selección, eliminación, mutación y herencia. El algoritmo genético es un algoritmo de optimización global inspirado en la idea de la evolución biológica.
El concepto de algoritmo genético fue propuesto por primera vez por Bagley JD en 1967. La investigación sistemática sobre la teoría y los métodos de los algoritmos genéticos comenzó en 1975. Este trabajo pionero fue realizado por J.H. Holland en la Universidad de Michigan. En aquel momento, su objetivo principal era explicar los procesos adaptativos en sistemas naturales y artificiales.
3. Pasos de solución del algoritmo genético
El algoritmo genético proporciona un marco general para resolver problemas complejos de optimización de sistemas, que no depende del campo ni del tipo del problema. Para un problema de aplicación práctica que requiere optimización, el algoritmo genético generalmente se puede resolver de acuerdo con los siguientes pasos.
Figura 9-3 El proceso básico del algoritmo genético
1) Determina las variables de decisión y sus diversas restricciones, es decir, determina el fenotipo individual y el espacio de solución del problema. .
2) Establecer un modelo de optimización, determinar el tipo de función objetivo, si encontrar el valor máximo o mínimo de la función objetivo y determinar la forma de descripción matemática o método de cuantificación de la función objetivo.
3) Determinar el método de codificación cromosómica factible, es decir, determinar el genotipo individual y el espacio de búsqueda del algoritmo genético.
4) Determinar el método de decodificación, es decir, determinar la correspondencia o método de conversión de genotipo individual a fenotipo individual.
5) Determinar el método de evaluación cuantitativa de la aptitud individual, es decir, determinar la regla de conversión del valor de la función objetivo a la aptitud individual.
6) Diseñar operadores genéticos, es decir, determinar los métodos operativos específicos de los operadores genéticos, como operaciones de selección, operaciones de cruce y operaciones de mutación.
7) Determinar los parámetros operativos relevantes del algoritmo genético, es decir, determinar los parámetros del algoritmo genético como el tamaño de la población, la generación máxima de iteraciones, el operador de selección, el operador de cruce y el operador de mutación. Consulte la Figura 9-3 para obtener más detalles.
4. Selección de parámetros
(1) Coeficiente de peso de cada objetivo
Al ponderar cada objetivo, el valor de peso de cada objetivo se ajusta continuamente para lograrlo. En el esquema de planificación ideal, finalmente se determina que el coeficiente de ponderación de la meta de conservación del agua en el modelo multiobjetivo es 0,6, y el coeficiente de ponderación de las metas económicas industriales y agrícolas es 0,2 respectivamente. En términos del entorno ecológico, el objetivo es difícil de cuantificar, por lo que se considera bajo las limitaciones de la demanda de agua del entorno ecológico y el nivel de las aguas subterráneas.
(2) Fuentes de agua disponibles
El agua disponible incluye agua superficial y agua subterránea. Diferentes frecuencias de suministro de agua y esquemas de configuración darán como resultado diferentes volúmenes de suministro de agua. Mediante la implementación de proyectos de conservación del agua, conservación del agua industrial y agrícola, reutilización de aguas residuales y proyectos de extracción de aguas subterráneas, se puede aliviar eficazmente la situación de escasez de agua en la cuenca del río Kuitun, pero la escasez de agua aún supera el 20%. La construcción de embalses en zonas montañosas y la transferencia de agua desde cuencas exteriores son medidas necesarias para resolver fundamentalmente el problema de la escasez de agua en la cuenca del río Kuitun. Por lo tanto, bajo la condición de que la tasa de garantía del suministro de agua sea del 50% (promedio plurianual) y la demanda de agua sea moderada, la distribución de agua del Plan 5 se calcula principalmente para aprovechar al máximo los recursos hídricos locales.
(3) Demanda de agua
En el pronóstico y cálculo de la demanda de agua, se enumeran diferentes niveles de demanda anual de agua, cuotas de agua agrícola y consumo de agua industrial por cada 10.000 yuanes de valor de producción. en detalle.
(4) Limitaciones del nivel del agua subterránea
Los problemas ecológicos y ambientales de la cuenca del río Kuitun están estrechamente relacionados con el nivel del agua subterránea. Por lo tanto, determinar un nivel razonable de agua subterránea es crucial para la protección del medio ambiente ecológico de la cuenca del río Kuitun, y el nivel del agua subterránea está controlado directamente por el desarrollo y utilización de los recursos de agua subterránea. Por lo tanto, para frenar el deterioro del entorno ecológico en la cuenca del río Kuitun, se debe adoptar un modelo razonable de desarrollo y utilización de las aguas subterráneas para coordinar el uso del agua viva, la producción y el uso ecológico, y lograr un desarrollo coordinado de la población, los recursos y el medio ambiente de la cuenca. y la sociedad económica.
1) Zona de llanura con pendiente de grava aluvial del Piamonte. El nivel del agua subterránea en esta zona debe favorecer la regulación y el almacenamiento de los embalses subterráneos para obtener la máxima capacidad de almacenamiento de los embalses subterráneos, aprovechando así plenamente la capacidad máxima de almacenamiento de los acuíferos subterráneos.
2) Zona de regadío de llanura aluvial. Desde el área de Manshui hasta el 126.º Regimiento, esta área es el área de riego agrícola de la cuenca del río Kuitun. El estudio principal sobre el nivel del agua subterránea en esta área es cómo controlar el nivel del agua subterránea para que el agua de riego pueda infiltrarse y reponer el agua subterránea antes del período de riego, pero no cause salinización del suelo después del período de riego. Según los datos de observación, el nivel ecológico del agua subterránea en el área de riego se controla entre 4 y 6 m antes del período de riego y entre 3 y 5 m después del período de riego para formar la mayor capacidad de almacenamiento subterráneo y evitar la salinización del suelo.
3) Reserva Forestal Natural de Ganjiahu en la llanura de Chonghu. Según el estudio, la relación entre el estado de crecimiento de la vegetación natural y la profundidad del agua subterránea se muestra en la Tabla 9-31.
Tabla 9-31 La relación entre las principales condiciones de crecimiento de la vegetación y la profundidad del entierro del agua subterránea en el borde sur de la cuenca de Junggar
Según los resultados del estudio, el nivel del agua subterránea en el área se controla a 1,5 ~ 7 m y la vegetación natural crece bien. Por lo tanto, sobre la base de mantener el status quo y considerar la mejora gradual del entorno ecológico del área, el volumen de agua anual planificado que ingresa al área del lago Ganjia en cada nivel es 1,92 × 108 m3 y 3,13 × 108 m3 respectivamente.
Nueve. Resultados de la solución y análisis del modelo de asignación óptima de recursos hídricos
(1) Resultados del cálculo
Utilice la caja de herramientas de optimización del algoritmo genético MATLAB para resolver el modelo anterior. Los resultados se muestran en la Tabla 9. -32 ~ Tabla 9-35.
(2) Análisis de resultados
1. Resultados y análisis de la asignación óptima de los recursos hídricos en la etapa actual
Bajo el nivel actual, el recurso hídrico total en la Cuenca del Río Kuitun es de 17,83×108 m3, de los cuales los recursos hídricos superficiales son 16,21×108 m3 y los recursos de recarga lateral son 1,11×65438. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 18,21×108 m3, de la cual la demanda de agua doméstica es de 0,34×108 m3, la demanda de agua industrial es de 0,74×108 m3 y la demanda de agua agrícola es de 12,74×108 m3. El agua doméstica representa el 2% del consumo total de agua, el agua industrial el 5%, el agua agrícola el 77% y el agua ecológica el 16%.
De acuerdo con el acuerdo para compartir agua entre la ciudad de Wusu y la Séptima División Agrícola, el modelo de asignación óptima de recursos hídricos se utiliza para calcular la asignación óptima de los recursos hídricos actuales, consulte la Tabla 9-32. El suministro total promedio de agua en la cuenca es de 15,37×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es de 11,27×108 m3 y el suministro de agua subterránea es de 4,658. La distribución de la escasez de agua es: la escasez de agua de riego en los tramos medios es de 0,91 × 108 m3, la escasez de agua ecológica natural en los tramos inferiores es de 1,88 × 108 m3 y no ingresa escorrentía superficial al área del lago Ganjia.
La proporción de extracción de agua subterránea en el área de la llanura de suelo fino es de 1 a 5 m, y la proporción de extracción de agua subterránea agrícola es del 20% al 30%. La salinización es grave. La proporción de extracción agrícola de aguas subterráneas en áreas donde la profundidad del agua subterránea es de 5 a 10 m es del 15% al 25%. En las zonas donde el nivel del agua supera los 50 m en las llanuras de grava de las laderas del Piamonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
2. Resultados y análisis de la asignación óptima de los recursos hídricos en 2010
A nivel de 2010, los recursos hídricos totales en la cuenca del río Kuitun fueron de 17,83×108 m3, de los cuales superficie Los recursos hídricos fueron de 16,21×108 m3. Los recursos de recarga lateral en el piedemonte son de 1,16, lo que cubre la demanda total de agua de la cuenca del río Kuitun. 56638.86666666666 El agua doméstica representa el 3% del consumo total de agua, el agua industrial representa el 5%, el agua agrícola representa el 47% y el agua ecológica representa el 45%.
De acuerdo con el plan de asignación 5 y el acuerdo de reparto de agua entre la ciudad de Wusu y la 7.ª División Agrícola, la asignación óptima de recursos hídricos al nivel actual se calculó utilizando el modelo de asignación óptima de recursos hídricos, consulte la Tabla 9. -33. El suministro total promedio de agua en la cuenca es de 17,52×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es 13,38×108 m3 y el suministro de agua subterránea es 4,65438. La distribución de la escasez de agua es: 2,71×108 m3 para riego en el tramo medio, 2,21×108 m3 para escasez de agua ecológica artificial y 1,92×108 m3 de escorrentía superficial que ingresa al área del lago Ganjia.
Cuadro 9-32 Resultados de optimización de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en 2003 (unidad: 104 m3)
Cuadro 9-33 Resultados de optimización de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en 2010 (unidad: 104 m3)
La proporción de extracción de agua subterránea en áreas planas de suelo fino donde la profundidad del agua subterránea es de 1 a 5 m, la proporción de extracción de agua subterránea agrícola está entre el 16% y el 30%. En áreas donde la profundidad del agua subterránea es de 5 a 10 m, la proporción de agua subterránea explotada para la agricultura está entre el 13% y el 20%, como se muestra en la Figura 9-4. En las zonas donde el nivel del agua supera los 50 m en las llanuras de grava de las laderas del Piamonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
3. Resultados y análisis de la asignación óptima de recursos hídricos horizontales en 2020
A nivel de 2020, el recurso hídrico total en la cuenca del río Kuitun es de 17,83×108 m3, de los cuales Los recursos hídricos superficiales son 16.265.438+0×108 m3, los recursos de abastecimiento lateral en el frente montañoso son 1,65,438+0×100 m3. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 24,11×108 m3, de los cuales la demanda de agua doméstica es de 0,95×108 m3, la demanda de agua industrial es de 2,42×108 m3, la demanda de agua agrícola es de 9,39×108 m3 y la demanda de agua ecológica artificial es 7.55. El agua doméstica representa el 4% del consumo total de agua, el agua industrial el 10%, el agua agrícola el 39% y el agua ecológica el 47%.
Con base en el plan de asignación 5 y el acuerdo de reparto de agua entre la ciudad de Wusu y la 7.ª División Agrícola, la asignación óptima de recursos hídricos al nivel actual se calculó utilizando el modelo de asignación óptima de recursos hídricos, consulte la Tabla 9. -34. El suministro total promedio de agua en la cuenca es de 19,17×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es de 14,09×108 m3 y el suministro de agua subterránea es de 108 m3. La distribución de la escasez de agua es: escasez de agua industrial 0,62×108 m3, escasez de agua de riego a mitad de camino 2,39×108 m3, escasez de agua ecológica artificial 1,93×108 m3, escorrentía superficial 3,13×108 m3 que ingresa al área del lago Ganjia.
Figura 9-4 Mapa isolineal de la proporción de explotación de agua subterránea en el área de riego de la cuenca del río Kuitun
La proporción de explotación de agua subterránea en el área de la llanura de suelo fino es 1 ~ 5 m, y la proporción de explotación agrícola de aguas subterráneas es del 20% ~ 35%. En áreas donde la profundidad del agua subterránea es de 5 a 10 m, la proporción de agua subterránea explotada por la agricultura es del 16% al 25%, y la proporción de agua subterránea explotada por la agricultura sigue aumentando. En las zonas donde el nivel del agua supera los 50 m en las llanuras de grava de las laderas del Piamonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
4. Resultados y análisis de la asignación óptima de los recursos hídricos en 2030
A nivel 2030, los recursos hídricos totales en la cuenca del río Kuitun son 17,83×108 m3, de los cuales superficie los recursos hídricos son 16.265,438+ 0×108 m3, los recursos de abastecimiento lateral en el frente de montaña son 1.65, 438+0×65438. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 25,27×108 m3, de la cual la demanda de agua doméstica es de 1,18×108 m3, la demanda de agua industrial es de 4,15×108 m3 y la demanda de agua agrícola es de 8,32×108 m3. El agua doméstica representa el 5% del consumo total de agua, el agua industrial el 16%, el agua agrícola el 33% y el agua ecológica el 46%.
Tabla 9-34 Resultados de optimización de recursos hídricos de la cuenca del río Kuitun en 2020 (unidad: 104 m3)
De acuerdo con el plan de configuración 5 y el acuerdo de reparto de agua entre la ciudad de Wusu y La Séptima División Agrícola. La asignación óptima de recursos hídricos al nivel actual se calculó utilizando el modelo de asignación óptima de recursos hídricos, como se muestra en la Tabla 9-35. El suministro total promedio de agua en la cuenca es de 21,21×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es de 14,28×108 m3 y el suministro de agua subterránea es de 108 m3. La distribución de la escasez de agua es: escasez de agua industrial 1,18 × 108 m3, escasez de agua de riego intermedio 1,52 × 108 m3, escasez de agua ecológica artificial 1,36 × 108 m3, de los cuales 3,54 × 65438.
Tabla 9-35 Resultados de optimización de los recursos hídricos de la cuenca del río Kuitun en 2030 (unidad: 104 m3)
La proporción de extracción de agua subterránea en el área de la llanura de suelo fino es de 1 ~ 5 m, y la proporción de extracción de agua subterránea agrícola es del 25% al 41%. En áreas con niveles de agua de 5 a 10 m, la proporción de extracción de agua subterránea agrícola es del 20% al 30%, y la proporción de extracción de agua subterránea agrícola continúa aumentando. En las zonas donde el nivel del agua supera los 50 m en las llanuras de grava de las laderas del Piamonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
La proporción del consumo de agua doméstica, productiva y ecológica en los resultados de optimización anual de cada nivel se muestra en la Tabla 9-36. Como se puede ver en la tabla, la proporción de agua doméstica está aumentando, del 2% actual al 6% en 2030, la proporción de agua de producción está disminuyendo, del 82% actual al 50% en 2030, de la cual la proporción; la proporción de agua agrícola está disminuyendo, la proporción de agua industrial está aumentando; la proporción de agua ecológica ha aumentado del 16% al 44%. Actualmente, ninguna escorrentía superficial ingresa al lago Ganjia. Para 2030, una escorrentía superficial de 3,5×108 m3 ingresará al lago Ganjia, mejorando gradualmente el entorno ecológico de la zona y del lago Aibi.
Tabla 9-36 Resultados de optimización de las proporciones de uso anual de agua en diferentes niveles de cada departamento de uso de agua en la cuenca del río Kuitun
5. niveles en la cuenca.
En 2003, el consumo de agua subterránea representó el 27% del consumo total de agua, y el agua superficial representó el 73%. En 2010, el consumo de agua subterránea representó el 32% del consumo total de agua y el agua superficial representó el 68%; en 2020, el consumo de agua subterránea representará el 23% del consumo total de agua y el agua superficial representará el 67%. En 2030, el consumo de agua subterránea representará el 32% del consumo total de agua, y el agua superficial representará el 68%, ver Tabla 9-37. Esto muestra que el uso principal de agua superficial en la cuenca se complementa con la extracción de agua subterránea; la tasa de consumo anual de agua subterránea en cada nivel de planificación se mantiene en aproximadamente el 32%, lo que ha mejorado significativamente el estado de salinización de la zona de riego actual.
Tabla 9-37 Tabla de consumo de agua superficial y subterránea de diferentes niveles anuales de optimización del agua en la cuenca del río Kuitun
En resumen, los resultados de la optimización reflejan básicamente la protección ecológica y el desarrollo económico nacional. , y el nivel de vida de las personas El principio de coordinación entre la mejora y el ahorro del agua.