ｌ【规划科研１１ 生态需水对江苏南水北调工程 水资源配置影响分析 一、研究意义 随着我国水生态文明建设的加快 推进，南水北调工程不仅承担改善调 水线路沿线工农业生活用水条件的任 务，同时也保证维持河流合理流量和 湖泊、水库及地下水的合理水位、保障 生态用水的需求。 本文通过研究南水北调工程水量 配置模型目标函数，在原以梯级规模 最优的单一目标基础上，增加生态目 标，并将生态目标作为模型第一目标， 使南水北调水资源配置可实现改善水 生态环境、保障水生态文明建设的基 本要求。 二、南水北调工程水量配置模型 南水北调东线江苏境内工程，主 要包括洪泽湖、骆马湖和南四湖下级 湖３个调蓄湖泊，并由沿线９个梯级 泵站群逐级调水北送及为沿线６个用 水区供水，是一个涉及多个梯级泵站 联合运行、多个调蓄湖泊联合调度的 供、调水工程系统。 江苏南水北调工程水资源配置模 型将６个供水区间进行供、用水概化， 通过梯级泵站进行连通，以３个湖泊 进行调节，建立以各区间出入抽水规 模与各区间缺水量最小为目标的供、 调水模型。 １．目标函数 供、调水水资源配置模型是根据 各区间供用水情况，优化配置各梯级 泵站规划，以各区间出入抽水规模与 各区间缺水量最小为目标函数，建立 供调水系统水资源配置模型，目标函 数具体形式为： Ｔ ６ ｍｉｎｆｘ＝∑∑（Ｄ Ｐ ） ｍｉｎｆ２＝∑ＱＪ 式中： Ｔ为总时段数； Ｄ 为受水区各区间用水总量； 为受水区供水总量； Ｑ；为各梯级泵站规模。 ２．约束条件 （１）水量平衡约束 南水北调供、调水系统利用三个 湖泊调节径流，湖泊的供用水水量平 衡方程为： Ｖ ｌ＝Ｖ ＋ＳＩ，＋ＰＩ。－ＤＩ －ＰＯｔ－ＱＯ 式中： ｖ。为第ｔ时段湖泊蓄水量； ｓＩ为该区间在扣除蒸发渗漏损 失后的来水量； ＰＩ为该区间由泵站抽人水量； ＤＩ为该区间用水量； ＰＯ为该区间由泵站抽出水量； ＱＯ为该区间自然泄出水量。 （２）湖泊蓄水条件约束 为优先保障当地用水权益，保证 各区间现有用水权益不受破坏，规定 各调蓄湖泊调水控制水位，低于此水 位时停止湖泊内蓄水向外调水。 阳—、，０ Ｈ＜Ｈｌ（ｔ ｔ ｍｉｎ（ＰＯ）， ｌ＞ＨＫ ＰＯ由目标函数采用优化算法 确定。 （３）防洪调度控制原则约束 Ｖｍｉｎ，Ｖ ］，汛期 ．Ｖｔ， ∈ ‘【 ｌＶｍｉｎ，， ｌＶ ，非汛期 ｝汛期 ｖ 为汛限控制水位所对应的 库容； ｖ 为正常蓄水位所对应的库容。 （４）供水保证率约束 周琚高明鸣陈霞 供、调水系统各区间实际供水量需 达到工程设计保证率要求，即生活、工 业、城市生态环境及航运用水的供水保 证率达到９７％，农业用水保证率达到 ９５％一７５％。 三、生态保障目标 南水北调工程生态目标保障以河道 外生态用水作为一级目标实现，确保受 水区河道外生态用水量得到满足。河道 外生态用水量主要是指维持河道外植被 群落稳定所需要的水量，主要是生态保 护植被、绿洲防护林的需水量，为维持生 态系统的质量平衡而通过水利工程直接 或间接供水所消耗的径流量；水土保持 进行生物措施治理的需水量；调水区陆 生动物生存所需水量。 河道外生态用水具有时间性、空间 性、阈值性、水量特性和水质特性。针对 南水北调工程特点，重点研究生态用水 的阈值性，即水量，生态需水存在最大和 最小需水量两个阈值。当在阈值范围内， 生态系统能够得以维持。 通过对受水区生态需水的分类、分 区，确定流域各级生态分区的面积、需水 类型和生态耗水的范围和标准（定额）， 以此为单元进行降水平衡分析和水资源 平衡分析，在此基础上计算生态需水量。 计算得到南水北调江苏受水区２０１０年 水平生态需水量１．８８亿ＩＴＩ ，２０３０年水平 生态需水量２．５６亿ｍ 。 四、模型求解 增加生态目标作为第一目标的南水 北调水量配置模型求解可采用分层序列 法。具体算法为先将所有目标按重要程 度排序，先求出第一重要目标的最优解， 然后在确保前一目标最优解的前提下， 求出下一个目标的最优解，直到求解出 规划科研ｌｌ 多目标约束条件下新建调水调蓄 水库生态流量研究 王成１Ｉ２娄云’林婕 一、简介 泄最小生态环境保护流量，但是针对 水库正常蓄水位４３．０ｍ，死水位 调水工程的调蓄水库在解决区域 跨流域调水调蓄水库的生态流量下泄 ４１．０ｍ，汛期水位４２．４ｍ，总库容１．３０ 干旱缺水问题、提高水资源利用率方 及水生态保护措施的研究却很少。本 亿ｍ，，正常蓄水位库容０．４３亿ｍ ，防洪 面发挥着不可替代的重要作用，同时 研究针对跨流域调水工程新建调蓄水 库容０．３０亿ｍｓ，兴利库容０．３４亿ｍ ，具 对区域防洪具有重大作用。水库的调 库供水、灌溉、防洪以及环境和生态用 有不完全年调节能力。库区回水长 度运行将使其下游河道的水文情势发 水等多目标利用条件下的水资源配置 １８．９０ｋｍ，淹没面积２０ｋｍ ，为典型宽浅型 生较大改变，使原本缺水的河道水量 问题，以淮河流域大型水库——江巷 平原水库。 减少，加剧生态失衡。水资源配置中必 水库为研究实例，研究了调蓄水库建 ２．工程建设对水生生态的影响 须考虑水量的需求与供给、水环境污 设对影响河流水文水资源及水生态的 工程建设对水生生态的影响主要表 染与治理、水与生态这三重平衡关系。 影响，提出了多目标约束条件下水库 现为大坝阻隔造成鱼类生境的片段化、 水利工程生态环境影响的因子主 下泄生态流量和基于水生态保护需求 阻碍群体间的基因交流，以及库区和坝 要包括水流、地形、水质、泥沙、营养物 的水库优化调度措施。 下水文情势变化对鱼类产卵繁殖和生长 质、水生生物等，结合广泛开展的减轻 二、工程概况及水生态影响 发育的影响。虽然江巷水库多年平均利 大坝对生态环境不利影响的实践，国 １．工程概况 用当地水资源量仅占坝址处径流量的 外学者对相关理论和技术进行了大量 正在建设的江巷水库坝址位于淮 １４％，但池河径流的年际、年内分配极不 的研究。这些研究可以划分为两个方 河南岸一级支流池河上游，陈集河、储 均匀，在７５％保证率的枯水年，１Ｏ月至翌 面：一方面是对调度方式优化以及配 城河及青龙河汇合处。池河全长 年２月月均流量小于０．２ｍ ／ｓ。而且江巷 套技术设施的研究，另一方面是评估 １８２ｋｍ，流域面积５０２１ｋｍ 。江巷水库 水库只具有不完全年调节能力，调蓄能 这些技术方法对生态环境的影响，从 水库控制集水面积７３５ｋｍ ，坝址处多 力弱，若不优化水库运行调度措施，确定 而在保证改善效果的同时不至于对生 年平均流量３．６４ｍ３／ｓ，多年平均径流量 合理的生态流量，将会进一步加剧池河 态系统产生明显扰动。我国在发挥水 １．１５亿ｍ，。江巷水库主要开发任务以 的断流状况，恶化水生态。 利工程的生态功能、减轻水利工程对 供水和灌溉为主，兼顾防洪等综合利 三、水生态保护研究 生态与环境的不利影响方面也进行了 用。工程向城镇生活和工业、农业灌溉 本研究基于水生态保护需求，从确保 一定的探索与实践。 多年平均供水２．４１亿ＩＴＩ ，其中利用驷 生态下泄流量、鱼类增殖放流、鱼道建设、 从研究的方法及结果来看，国内 马山引江灌溉工程引长江入库水量 栖息地保护、生态流量保障等方面提出了 外的研究大都集中在关注普通水库下 ２．２５亿ｍ ，利用当地径流０．１６亿ｍ 。 生态保护集成方案，综合改善河道生境。 最后一个目标的最优解为止。 Ｒ 。以此类推，直至找到第ｎ个目标的 用于有等级次序特征的优化模型求解。 当模型有ｎ个目标需要处理时， 最优解Ｘ ，具体模型为： 南水北调工程水量配置模型以为生态 按目的重要性对各目标进行排序。设经 ｆ１（ｘ ）＝ｍａｘ ｆｌ（ｘ） 优先，再以最优供水配置为目标。采用 排序后的重要序列为（ｘ１，Ｘ：…Ｘ ），对应 ｆ２（ｘ ）＝ｍａｘ ｆ２（ｘ） 分层序列法建立优先级为生态、供水的 ｘＥＲｌ∈ 的目标序列为ｆｌ（ｘ），ｆ２（ｘ）…ｆｏ（Ｘ）。 等级优化调度模型，对有限的水资源实 首先求得第一个目标的最优解， ｆｏ（Ｘ ）＝ｍａｘ ｆｏ（ｘ） 现时间和空间的再分配，可获得工程最 将所有其解的集合记为Ｒ。。然后在第 分层序列法将多目标问题转化 大效益● 一个最优解集合Ｒｎ中求解第二个目 成单目标问题，简化求解过程，是处 （作者单位：江苏省水利勘测设计研 标的最优解，并将得到的解集合记为 理多目标模型的常用方法。该方法适 究院有限公司 ２２５１２７）
