Asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Descripción general del estado, desarrollo y utilización de los recursos hídricos
La cuenca del río Kuitun está ubicada en el área del "Triángulo Dorado" en el borde occidental de la zona económica en la vertiente norte del Montañas Tianshan en Xinjiang El recurso hídrico superficial promedio anual en la cuenca es de 16,21×108 m3. La recarga natural de agua subterránea es de 1,62×108 m3 y el recurso hídrico total es de 17,83×108 m3. La recarga total de aguas subterráneas en la zona de la llanura es de 8,41×108 m3, de los cuales los recursos convertidos son 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, y el consumo de agua de producción fue 11,28×108 m3, que representa el 2% del consumo total de agua, el consumo de agua agrícola es de 10,34×108 m3, que representa el 77% del consumo total de agua, y el consumo de agua agrícola es de 10,28×108 m3. Entre ellos, el consumo de agua agrícola es de 10,54×108 m3, que representa el 72% del consumo total de agua; el consumo de agua ecológica artificial es de 1,8×108 m3, que representa el 12% 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 de agua superficial es del 70%. Las tasas de desvío de agua de varios ríos importantes, incluido el río Kuitun. , el río Sikh y el río Gurtu están todos por encima de 80, el grado de utilización de los recursos hídricos es obviamente alto, lo que hace que el agua económica nacional ocupe agua ecológica, lo que lleva a un deterioro cada vez mayor del entorno ecológico regional. Por lo tanto, es necesario ajustar la estructura de uso del agua, fortalecer la conservación del agua, considerar plenamente las necesidades básicas del agua ecológica y 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
El consumo de agua agrícola en la cuenca del río Kuitun representa más del 70% del consumo total de agua, con un coeficiente de uso de agua de 7,87 cúbicos. metros/kg, superando con creces la media nacional (1,102 metros cúbicos/kg), y el coeficiente de eficiencia en la utilización de los recursos hídricos agrícolas es de sólo 0,13 kg/metro cúbico. A excepción del distrito de Dushanzi, la tasa de reutilización de agua industrial en la cuenca es de aproximadamente 40 y el coeficiente de consumo de agua es de 0,13 kg/kg. Alrededor de la cuenca, a excepción de los 24 metros cúbicos de consumo de agua industrial por cada 10.000 yuanes de valor de producción en el distrito de Dushanzi, el consumo promedio de agua por cada 10.000 yuanes de valor de producción en otras áreas es de 165 metros cúbicos, lo que supone más de 60 metros cúbicos más. que el promedio nacional.
Al medir la eficiencia hídrica en función del PIB por unidad de consumo de agua, la eficiencia hídrica promedio en 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 La tasa de utilización efectiva de los recursos hídricos fue sólo del 54%.
3. Problemas en el desarrollo y utilización de los recursos hídricos
Con el aumento de la población y el desarrollo económico y social en la cuenca, el grado de desarrollo y utilización de los recursos hídricos en la La cuenca del río Kuitun se ha mejorado continuamente y han surgido problemas en la cuenca. Un fenómeno típico de escasez de agua basado en recursos ha resultado en una fuerte disminución en la cantidad de agua que ingresa al embalse aguas abajo, provocando que el río aguas abajo se corte. De esta forma, por un lado, aumenta el nivel de las aguas subterráneas en la zona de riego de la cuenca del río, se saliniza el suelo, se reduce el rendimiento de los cultivos y se abandonan las tierras, por otro lado, las tierras no cultivables también provocan una escasa vegetación; y la degradación de los bosques; el nivel del agua subterránea en los tramos inferiores de la cuenca del río disminuye, y la Reserva Forestal Natural Ganjiahu y Aibi El entorno ecológico de la cuenca del lago se ha deteriorado. Los tramos medio y bajo del río han dejado de fluir y el nivel del agua subterránea continúa bajando. El medio ambiente en la parte baja de la cuenca se ha deteriorado.
IV. Ideas rectoras 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, debemos asumir la construcción ecológica. como base, gestionar científicamente los recursos hídricos y optimizar la asignación del agua. La utilización eficiente y la protección efectiva de los recursos y los recursos hídricos son el núcleo, con una planificación general para las aguas arriba, media y aguas abajo, una combinación de medidas de ingeniería y medidas no relacionadas con la ingeniería. una combinación de beneficios ecológicos y beneficios económicos, y coordinación del uso doméstico y de producción del agua con el uso ecológico del agua para garantizar que los recursos hídricos se utilicen plenamente. Con la ideología rectora de coordinar la vida, la producción y el uso ecológico del agua, aprovechamos plenamente los medios legales, administrativos, económicos, científicos y tecnológicos, publicitarios y educativos, entre otros, para llevar a cabo una gestión integral.
Partiendo de la perspectiva de los intereses generales, con el objetivo de la utilización sostenible de los recursos hídricos para promover el desarrollo sostenible de la economía y la sociedad locales, consideramos de manera sistemática y exhaustiva las necesidades de desarrollo a largo plazo de la cuenca fluvial, ajustamos la estructura industrial y el suministro de agua. utilizar la estructura y coordinar aún más la vida, la producción y la ecología utilizando el agua, formar gradualmente un sistema completo unificado de gestión de los recursos hídricos y protección del medio ambiente ecológico que esté en línea con las características de la cuenca del río Kuitun, y lograr el desarrollo coordinado de la población, los recursos, Medio ambiente y economía y sociedad en la cuenca Medio ambiente y desarrollo económico y social coordinado de la cuenca.
5. El objetivo general de la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
El objetivo general de la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun es asignar racionalmente las aguas superficiales, optimizar el desarrollo y la utilización de aguas subterráneas, asignar racionalmente la proporción de agua industrial y agrícola y garantizar los medios de vida de las personas. Bajo la premisa de utilizar el agua, restaurar gradualmente las tierras forestales en los tramos inferiores de los ríos Gurtu y Sikeshu y mantener el estado actual del lago Abi. y las reservas forestales naturales del lago Ganjia. Bosque al final del curso bajo del río Shu. El segundo es restaurar los bosques deteriorados del río Kuitun dentro del área protegida 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 hacer que la economía regional se desarrolle en la dirección de un círculo virtuoso. "El XI Plan Quinquenal para el proyecto de desvío de agua entre cuencas formula principalmente el plan de asignación de recursos hídricos para la cuenca del río Kuitun desde la perspectiva de aumentar los ingresos y reducir los gastos. Las configuraciones factibles del programa se muestran en la Tabla 9-26.
Tabla 9-26 Configuraciones factibles del programa para la asignación de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Bajo las condiciones existentes de suministro de agua, varias configuraciones posibles Las combinaciones de medidas se colocan en otras configuraciones. La extracción potencial se refiere a la extracción y transformación de proyectos de almacenamiento, desvío y drenaje existentes en la cuenca. El ahorro de agua incluye el ahorro de agua industrial y agrícola. Mediante la implementación de tecnologías de ahorro de agua industrial y agrícola, la demanda de agua en los tres escenarios de demanda de agua alta, media y baja en diferentes niveles de planificación se puede reducir de 0,45×108 a 1,17×108 m3 en 2010 y de 1,53×108 a 2,85 en 2020. ×108 m3, que se puede reducir en 2 en 2020. La reutilización de aguas residuales se refiere a la reducción de las descargas de aguas urbanas, domésticas e industriales y al suministro de agua a la ecología natural aguas abajo. Las cantidades anuales planificadas de reutilización de aguas residuales se encuentran en diferentes niveles: Minería de aguas subterráneas. proyectos, minería unificada según la planificación de la cuenca hidrográfica Agua subterránea; el proyecto de regulación y almacenamiento de zonas montañosas, es decir, la planificación de la cuenca hidrográfica regula el río Kuitun, el embalse Tiemen, el embalse Jiangjunmiao, el embalse Hongshan y el embalse Xixi. La capacidad total de almacenamiento del embalse, el embalse de Hongshan y el embalse de Gilgarh en el río Sikh es de 1,95×108 metros cúbicos; el proyecto de desviación de agua entre cuencas transfiere 5,0×108 metros cúbicos de agua desde el río internacional Ili Kashgar al 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 Kuitun La cuenca hidrográfica en 2003 fue de 18,21×108 m3, de los cuales 0,34×108 m3, 13. Las demandas de agua doméstica, productiva y ecológica son 0,34×108 m3, 13,48×108 m3 y 4,39×108 m3 respectivamente, representando 1,8, 74,1 y 24,1 de la demanda total de agua respectivamente. Entre las demandas de agua de producción, 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, el suministro de agua subterránea fue de 3,39×108 m3 y 0,42×108 m3 se descargaron lateralmente en Lago Abi El canal alcalino en el curso inferior del río Kuitun es de 0,29×108 m3 y la escasez de agua es de 2,84×108 m3. Consulte la Tabla 9-27 para obtener más detalles.
27.
Cuadro 9-27 Análisis del balance de oferta y demanda en 2003 (unidad: 108 m3)
Como se puede observar en el cuadro, en las condiciones actuales, la escasez de agua en el La cuenca del río Kuitun es de 2,79×108 m3, de los cuales 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 distribución a diferentes niveles y años en la Cuenca del Río Kuitun
1. Análisis de la capacidad actual de suministro de agua
La capacidad de suministro de agua se refiere a la cantidad de agua suministrada a varias regiones y departamentos administrativos a través de varias instalaciones de ingeniería de conservación de agua en diferentes niveles de años y diferentes tasas de garantía de suministro de agua. La cantidad de agua disponible está relacionada con la cantidad total de recursos hídricos, la capacidad de suministro de agua de los proyectos de conservación de agua y el nivel de uso del agua. También está restringido por los planes nacionales, locales o de distribución de agua entre los usuarios del agua. del uso del agua y la cantidad total de recursos hídricos son constantes. La cantidad de agua disponible depende principalmente del tipo de proyecto de conservación de agua, la cantidad de proyectos de conservación de agua, la escala de diseño y el modo de operación.
Bajo las condiciones de los proyectos existentes de conservación de agua, niveles de uso de agua y planes de distribución de agua, el suministro de agua bajo diferentes tasas de garantía de suministro de agua en la cuenca del río Kuitun se muestra en la Tabla 9-28.
Cuadro 9-28 Cuadro de abastecimiento de agua de la cuenca del río Kuitun bajo diferentes tasas de garantía de suministro de agua (unidad: 108 m3)
Como se puede observar en el cuadro, bajo el suministro de agua tasa de garantía A 50 horas (año hidrológico normal), la capacidad de suministro de agua es de 14,95×10 m3 Cuando la tasa de garantía de suministro de agua es de 50 horas (año hidrológico normal), la capacidad de suministro de agua es 14,95×10 m3. la tasa de garantía es de 50 horas (año de agua normal), la capacidad de suministro de agua es de 14,95 × 10 m3. Cuando la tasa de garantía de suministro de agua es de 50 (año de agua normal), la capacidad de suministro de agua es de 14,95 × 10 m3. la capacidad de suministro de agua del proyecto de fuente de agua en un año hidrológico normal es de 14,95×108 m3. Entre ellas, la cantidad de agua superficial disponible es de 10,89×108 m3, la cantidad de agua subterránea que se puede explotar es de 3,39×108 m3, la La cantidad de agua descargada lateralmente en el lago Aibi es 0,40 × 108 m3, y la cantidad de agua descargada lateralmente en el lago Aibi es 0.
2. Análisis de la oferta y la demanda en las condiciones actuales de la tasa anual de garantía de suministro de agua. del 50% en diferentes niveles de planificación
La ciudad de Kuitun es una ciudad con una tasa de garantía de suministro de agua del 50%.
El volumen de extracción de agua subterránea en la cuenca del río Kuitun en el año 2003 fue de 3,39×108 m3, y el volumen explotable fue de 6,25×108 m3. Dado que no existe un plan unificado para la situación actual de la explotación de aguas subterráneas, la explotación se concentra en las ciudades de Kuitun, Wusu, Baishihu, Ganhezi y otros lugares. El volumen minero es grande y se ha convertido en una zona de sobreexplotación. El plan de la cuenca del río Kuitun divide el área plana de la cuenca del río Kuitun en áreas mineras controladas, áreas mineras reguladas y áreas mineras prohibidas (que se refieren a unidades ecológicas naturales) en función de unidades geomorfológicas y condiciones hidrogeológicas. Se prevé que para 2010, el volumen de extracción de agua subterránea será de 3,47×108 m3; 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; Por tanto, la disponibilidad media de agua en diferentes años bajo diferentes niveles de planificación en 2010, 2020 y 2030 es 15,03×108 m3, 15,97×108 m3, 17,97×108 m3, 17,97×108 m3 y 17,97×108 m3, respectivamente.
3. Análisis de oferta y demanda de agua de diferentes planes de distribución de agua cuando la tasa de garantía de suministro de agua es 50 y la demanda de agua es media.
Como se puede observar en la Tabla 9-29. , cuando la tasa de garantía de suministro de agua es 50 y diferente. Bajo diferentes escenarios de demanda de agua a nivel de planificación, hay escasez de recursos hídricos. La escasez de agua en 2010 fue de 5,12×108~8,08×108 m3, la escasez de agua en 2020 fue de 5,12×108, la escasez de agua en 2030 fue de 5,25×108 m3 y la escasez de agua en 2020 fue de 5,12×108.
La escasez de agua en 2020 es de 5,99×108~11,1×108 m3, y la escasez de agua en 2030 es de 4,8×108~11,61×108 m3. La proporción de escasez de agua en la demanda total de agua es superior a 20. La escasez de agua es más evidente en los años secos y de sequía.
Tabla 9-29 Análisis de oferta y demanda de la tasa anual de garantía de suministro de agua 50 en diferentes niveles de planificación
Se puede observar en la Tabla 9-30 que en el caso de una demanda de agua media , excepto el plan de transferencia de agua de la cuenca 6 Además, todos los demás planes de configuración tienen escasez de agua. Opción 1 En las condiciones de configuración actuales, la escasez de agua alcanzará el 48% de la demanda total de agua en 2030, lo que afectará gravemente el desarrollo de la economía nacional y la mejora del nivel de vida de las personas. Opción 2 En las condiciones de aprovechamiento potencial industrial y agrícola y conservación del agua, por un lado, se puede aumentar el suministro de agua y, por otro, la demanda de agua se reduce relativamente. Bajo las condiciones de configuración de este escenario, la proporción de escasez de agua aún llegará a 37 para 2030, lo que es 11 menos que la proporción de escasez de agua con respecto a la demanda total de agua en el escenario 1. Plan de configuración 3 Después de reutilizar las aguas residuales, el índice de escasez de agua se redujo, pero el índice de escasez de agua también alcanzó del 26 al 30% de la demanda de agua. Plan de configuración 4 Después de la implementación del proyecto de extracción de agua subterránea, la escasez de agua disminuirá gradualmente y, para el nivel de planificación del año 2030, la escasez de agua será de solo 18. Plan de configuración 5 La construcción de embalses de almacenamiento en las montañas puede aliviar eficazmente la escasez de agua. Sólo en el caso de la transferencia de agua desde la cuenca fuera del plan de configuración 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 entorno ecológico actual de la zona. 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.
VIII. Modelación y solución para la asignación óptima de los recursos hídricos en la Cuenca del Río Kuitun
(1) Modelo de planificación
1. División de áreas de gestión
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Con base 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 de la cuenca del río Kuitun, la cuenca se puede dividir en varias subregiones (Figura 9-2). . La zonificación sigue los siguientes principios:
1) Intenta dividirla según la topografía y forma del relieve de la cuenca para calcular la cantidad de recursos hídricos disponibles;
2) Intenta ser coherente con las divisiones administrativas para facilitar la recopilación de datos Recopilación para aumentar la posibilidad de implementación;
3) La zonificación debe coordinarse con la investigación y evaluación de los recursos hídricos para adoptar los resultados de la evaluación de los recursos hídricos.
De acuerdo con los principios anteriores, la cuenca del río Kuitun se puede dividir en Q subregiones, cada 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 subunidades con diferentes profundidades se representan mediante códigos diferentes.
2. Tipos de fuentes de agua
Según la situación actual de la cuenca del río Kuitun, sus fuentes de suministro de agua incluyen cuatro tipos: aguas superficiales locales, aguas subterráneas, reutilización de aguas recuperadas e interurbanas. -trasvase de agua de cuenca.
3. Departamento de uso del agua
El uso regional del agua generalmente se puede dividir en tres categorías: agua doméstica, agua de producción y agua ecológica. Según las condiciones reales de la cuenca del río Kuitun, cada tipo de agua se puede dividir en varios departamentos de uso de agua específicos. Por ejemplo, el agua doméstica incluye el agua para los residentes urbanos y los residentes rurales (incluida el agua para el ganado y las aves de corral); el agua para la producción incluye el agua industrial y el agua agrícola y el agua ecológica incluye el agua ecológica artificial y el agua ecológica natural.
Tabla 9-30 Tabla de capacidad de suministro de agua anual de diferentes planes de configuración (unidad: 108 m3)
(2) Construcción de modelo de configuración óptima multiobjetivo
1. Variables de decisión
Las variables de decisión se utilizan para regular el sistema de recursos hídricos mediante la manipulación de variables controlables para lograr objetivos óptimos del sistema. 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. La expresión es la siguiente:
Investigación y evaluación de recursos de aguas subterráneas y cuestiones ambientales en la cuenca de Junggar
En la fórmula: la cantidad de agua suministrada por la fuente de agua i a la división l y departamento j.
Figura 9-2 Asignación optimizada de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun
Basado en la situación real de la cuenca del río Kuitun, teniendo en cuenta la estacionalidad de la industria del agua y la diferencias en los tipos de fuentes de agua, se hace la siguiente explicación: El agua doméstica, teniendo en cuenta factores como la conveniencia, la limpieza y los hábitos de uso, todas utilizan agua subterránea ② Agua industrial, teniendo en cuenta factores como el suministro centralizado de agua y el tratamiento conveniente, todas; utiliza aguas subterráneas; ③ agua agrícola, teniendo en cuenta el agua extraída de la superficie y la facilidad de manipulación. El agua agrícola es proporcionada tanto por aguas superficiales como subterráneas***; ④ El uso ecológico del agua solo considera el área de vegetación irrigada por aguas superficiales, mientras que el ecosistema mantenido por aguas subterráneas se regula limitando el nivel del agua subterránea.
2. Función objetivo
El objetivo de la asignación óptima de los recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun es maximizar los beneficios económicos, sociales y ecológicos regionales manteniendo al mismo tiempo la utilización sostenible de los recursos hídricos. cambiar. Implica objetivos económicos, sociales y ecológicos, y hay muchos indicadores de beneficios económicos, beneficios sociales y beneficios ecológicos. Algunos beneficios sociales y beneficios ecológicos no son fáciles de cuantificar. Por lo tanto, el modelo de asignación de optimización de los recursos hídricos debe hacer todo lo posible para seleccionar. indicadores de beneficios cuantitativos y representativos para construir la función objetivo del modelo de optimización.
(1) Selección de objetivos de beneficios económicos
En economía, hay muchos objetivos correspondientes a los beneficios, como el valor de la producción, las ganancias, el valor de la producción económica nacional total, el producto interno bruto, etc. . Este cálculo selecciona el valor máximo de la producción industrial y agrícola como objetivo de beneficio económico.
Investigación y evaluación de los recursos de agua subterránea y problemas ambientales en la cuenca de Junggar
En la fórmula: es el consumo de agua industrial y agrícola de l divisiones y j departamentos es la producción unitaria de agua; valor de l divisiones y j departamentos Coeficiente; para el sector de agua industrial, la cuota de agua por un valor de producción de 10.000 yuanes se puede utilizar para derivar la cuota de agua por un valor de producción de 10.000 yuanes. Para las zonas agrícolas. el sector hídrico, la cuota de riego, el área irrigada y el valor de la producción agrícola se pueden utilizar para derivar la cuota de agua para un valor de producción de 10.000 yuanes para i lConsumo de agua asignado por fuente de agua en el departamento j en la partición j.
El valor bruto de la producción industrial y agrícola es el mayor, lo que refleja los beneficios económicos obtenidos después de la asignación óptima del mismo volumen de agua en diferentes departamentos de uso del agua. Sin embargo, por un lado, el volumen de agua de. el mismo departamento proviene de diferentes fuentes de agua. Debido a la diferencia en los costos unitarios de suministro de agua, el costo de obtener el mismo suministro de agua de diferentes fuentes de agua es diferente para satisfacer la demanda económica y social de agua. recursos, lograr la utilización sostenible de los recursos hídricos y el desarrollo económico y social coordinado, cuando el valor de la producción industrial y agrícola es el mayor, se requiere el consumo mínimo de agua y el objetivo de beneficio económico es minimizar el costo total de inversión de la asignación de recursos hídricos. sistema. De acuerdo con la situación actual de la cuenca del río Kuitun, las diferentes fuentes de agua dan prioridad a las aguas superficiales locales, las aguas subterráneas, la reutilización del agua recuperada y, finalmente, utilizan la transferencia de agua externa.
Objetivo de minimización del consumo de recursos hídricos:
Investigación y evaluación de los recursos de aguas subterráneas y cuestiones ambientales en la cuenca del Junggar
Fórmula de cálculo:
(2) Selección de objetivos sociales
Los objetivos sociales son extremadamente amplios e incluyen estabilidad social, calidad de vida, empleo y bienestar social, etc. Al modelar, la seguridad del agua doméstica urbana y rural es, ante todo, un reflejo indirecto de la seguridad de la calidad de vida y se considera una limitación. Por otro lado, desde la perspectiva del desarrollo social, el suministro de alimentos es uno de los principales factores que influyen en la estabilidad social, y la producción de alimentos puede seleccionarse como un indicador característico de los objetivos sociales. Por lo tanto, de acuerdo con la situación de desarrollo de la población en el año del nivel de planificación, el área de siembra de cereales se determina para garantizar la autosuficiencia de cereales.
(3) Selección de objetivos ecológicos
Los objetivos ecológicos de la asignación óptima de los recursos hídricos son 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 un indicador indirecto del equilibrio ecológico. Por lo tanto, el método de asignación de agua debe seleccionarse bajo la premisa de garantizar básicamente la demanda ecológica de agua.
3. Restricciones
(1) Restricciones de recursos
1) Restricciones de agua superficial. La suma de la cantidad de agua superficial utilizada por los diferentes departamentos de uso del agua en cada zona debe ser menor que la cantidad de 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 cada departamento 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 hídricos subterráneos y cuestiones medioambientales en la cuenca de Junggar
En la fórmula: demanda de agua (mínima) = α × demanda de agua (máxima), α es el agua básica coeficiente de uso, α = 1, que indica que se deben garantizar las necesidades de agua doméstica y las necesidades ecológicas naturales 0,5 < α < 1,0, lo que indica que el uso de agua para la producción (industrial, agrícola) se puede reducir moderadamente 0,6 < α < 1,0; Se debe garantizar en la medida de lo posible el uso artificial y ecológico del agua.
(2) Restricción del nivel de agua subterránea
Para prevenir la salinización del suelo y la desertificación causada por niveles de agua subterránea demasiado altos o demasiado bajos, es necesario controlar el nivel de agua subterránea en el área de riego. dentro de un cierto rango. En vista del hecho de que el agua subterránea en el área de la llanura aguas abajo de la cuenca del río Kuitun se intercambia principalmente en dirección vertical, bajo la premisa de ignorar el intercambio de agua horizontal entre unidades, la condición de restricción del nivel del agua subterránea de la unidad l se puede expresar mediante la siguiente desigualdad:
Cuenca Junggar Investigación y evaluación de los recursos de aguas subterráneas y sus problemas ambientales
(3) Restricciones no negativas
Investigación y evaluación de los recursos de aguas subterráneas y sus problemas ambientales en la cuenca de Junggar
(3) Solución del modelo de configuración de optimización multiobjetivo
1 Descripción general del método de cálculo
Este trabajo utiliza la genética MATLAB. Caja de herramientas de optimización de algoritmos 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 el método del algoritmo genético se llevó a cabo en 1975. Este trabajo pionero fue realizado por la Universidad de Michigan. Practicado por J.H. Holland. En ese momento, su objetivo principal era ilustrar 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 de optimización de sistemas complejos, que no depende del campo ni del tipo del problema. Para problemas de aplicación práctica que requieren cálculos de optimización, el algoritmo genético generalmente se puede resolver de acuerdo con los siguientes pasos.
Figura 9-3 El proceso básico del algoritmo genético
1) Determinar las variables de decisión y sus diversas restricciones, es decir, determinar los distintos tipos de expresión y espacios de solución del problema.
2) Establecer un modelo de optimización, determinar el tipo de función objetivo, si se busca el valor máximo o el valor mínimo de la función objetivo, y determinar la forma de descripción matemática o método de cuantificación de la función objetivo. .
3) Determinar métodos viables de codificación de cromosomas, 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 entre el genotipo individual y el fenotipo individual.
5) Método de evaluación cuantitativa para determinar el fitness individual, es decir, determinar la regla de conversión entre el valor de la función objetivo y el fitness individual.
6) Diseñar operadores genéticos, es decir, determinar los métodos de operación 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 el tamaño de la población, la generación máxima de iteraciones, el operador de selección, el operador de cruce, el operador de mutación y otros parámetros del algoritmo genético. Consulte la Figura 9-3 para obtener más detalles.
4. Selección de parámetros
(1) Coeficiente de peso objetivo
Al ponderar cada objetivo, el valor de peso de cada objetivo se ajusta continuamente para lograr un mejor Para un buen plan de planificación, finalmente se determina que el coeficiente de ponderación de la meta de conservación del agua en el modelo multiobjetivo es 0,6, y los coeficientes de ponderación de la meta económica agrícola y de la meta económica industrial son cada uno de 0,2. En cuanto al entorno ecológico, dado que el objetivo es difícil de cuantificar, se considera en el entorno ecológico la demanda de agua y las limitaciones del nivel freático.
(2) Agua disponible
El agua disponible incluye el agua superficial y subterránea disponible. Las diferentes frecuencias de uso del agua y los planes de configuración tienen diferentes capacidades de suministro de agua. Mediante la implementación de proyectos de dragado y remediación para la conservación del agua, la conservación del agua industrial y agrícola, la reutilización de aguas residuales y la extracción de aguas subterráneas, se puede aliviar eficazmente el problema de la escasez de agua en la cuenca del río Kuitun, pero la escasez de agua aún supera el 20%. La construcción de embalses de almacenamiento en las montañas y la desviación de agua desde fuera de la cuenca son medidas necesarias para resolver fundamentalmente la escasez de agua en la cuenca del río Kuitun. Por lo tanto, el cálculo principal es garantizar una demanda de agua media por debajo de los 50 años (promedio plurianual). tasa de suministro de agua y aprovechar al máximo los recursos hídricos locales. Es decir, plan de distribución de agua 5.
(3) Demanda de agua
La demanda anual de agua en diferentes niveles, las cuotas de agua agrícola y el consumo de agua industrial por cada 10.000 yuanes de valor de producción se explican en detalle en la demanda de agua. cálculo de pronóstico.
(4) Limitaciones del nivel del agua subterránea
Los problemas ecológicos y ambientales existentes en la cuenca del río Kuitun están estrechamente relacionados con el nivel del agua subterránea. Por lo tanto, determinar un nivel razonable del agua subterránea es crucial para el desarrollo. La protección ecológica y ambiental de la cuenca del río Kuitun es importante, y el nivel de los niveles de agua subterránea está controlado directamente por el desarrollo y utilización de los recursos de agua subterránea. Por lo tanto, para detener el deterioro del entorno ecológico en la cuenca del río Kuitun, debemos adoptar un modelo razonable de desarrollo y utilización de las aguas subterráneas, coordinar el uso del agua para la vida, la producción y el uso ecológico, y lograr un desarrollo coordinado de la población de la cuenca. recursos, medio ambiente, y economía y sociedad.
① Zona de llanura inclinada de gravas aluviales piamontesas. El nivel del agua subterránea en esta área debe ser propicio para la regulación y almacenamiento de los depósitos subterráneos, obtener la máxima capacidad de almacenamiento de los depósitos subterráneos y aprovechar al máximo la regulación y la capacidad máxima de almacenamiento de los acuíferos subterráneos.
2) Zona de regadío de llanura aluvial. Desde el área de desbordamiento hasta el 126.º Regimiento, 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 de modo que sea propicio para la infiltración del agua de riego para recargar el agua subterránea antes del período de riego y 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 metros antes del período de riego y entre 3 y 5 metros después del período de riego, para formar el depósito subterráneo de mayor capacidad y evitar la salinización del suelo.
3) Reserva Forestal Natural Ganjiahu en la llanura aluvial.
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 metros y el crecimiento de la vegetación natural es mejor. Con este fin, para mantener el status quo, se debe considerar la mejora gradual de las condiciones ecológicas del área. Está previsto que los niveles de agua que ingresan al área del lago Ganjia en 2010, 2020 y 2030 sean 1,92×. 108 m3, 3,13×108 m3 y 3,54×108 m3 respectivamente.
9. Modelo y análisis de asignación óptima de recursos hídricos
Cálculo y análisis
1. >(a) 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 a la Tabla 9-35.
(b) Análisis de resultados
1. Resultados de la asignación óptima de los recursos hídricos y análisis de la situación actual
Los recursos hídricos totales actuales en la cuenca del río Kuitun son 17,83×108 m3, incluidos 3,13×108 m3 de agua superficial y 3,54×108 m3 de agua superficial 108 metros cúbicos, de los cuales el agua superficial es de 3,13×108 m3, el recurso hídrico es de 16,21×108 metros cúbicos, los recursos de recarga lateral en el piedemonte son de 1,11×108 metros cúbicos y la recarga de precipitaciones es de 0,51×108 metros cúbicos. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 18,21×108 metros cúbicos, de los cuales la demanda de agua doméstica es de 0,34×108 metros cúbicos, la demanda de agua industrial es de 0,74×108 metros cúbicos, la demanda de agua agrícola es de 12,74×108 metros cúbicos y la demanda de agua artificial es de 12,74×108 metros cúbicos. La demanda ecológica de agua es de 1,80×108 metros cúbicos. Entre ellos, la demanda de agua ecológica artificial es de 1,80×108 m3 y la demanda de agua ecológica natural es de 2,59×108 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%.
Según el acuerdo para compartir agua firmado 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 recursos hídricos en la etapa actual, como se muestra en 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 11,27×108 m3, el suministro de agua subterránea es 4,1×108 m3, la escasez total de agua es 2,84×108 m3 y el suministro de agua La tasa de escasez es 15,6. 15,6 La distribución de la escasez de agua es la siguiente: el agua de riego de las tierras agrícolas en el medio alcanza 0,91 × 108 m3, la escasez de agua ecológica natural aguas abajo es de 1,88 × 108 m3 y no ingresa escorrentía superficial al área del lago Ganjia.
En el área de la llanura de suelo fino, la proporción de explotación de aguas subterráneas es del 20-30% en el área donde el agua subterránea está enterrada a 1-5 m de profundidad, y la proporción de explotación agrícola de las aguas subterráneas es del 20-30%. es grave en el área donde el nivel del agua subterránea es de 5 a 10 m de profundidad, la proporción de explotación agrícola del agua subterránea es de 15 a 25. En las zonas donde el nivel del agua está enterrado a más de 50 metros de profundidad en las llanuras inclinadas de grava de la fachada montañosa, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
2. Resultados y análisis de la asignación óptima de los recursos hídricos en el año 2010
La cantidad total de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en el año 2010 fue de 17,83×108 m3, de los cuales la cantidad de recursos hídricos superficiales fue de 16,21×108 m3, la cantidad de recursos de recarga lateral en el piedemonte es de 1,11×108 m3 y la cantidad de recarga de precipitación es de 0,51×108 m3. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 22,44×108 m3, de los cuales la demanda total de agua es de 22,44×108 m3. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 22,44×108 m3, incluyendo 0,71×108 m3 para agua doméstica, 1,18×108 m3 para agua industrial, 10,6×108 m3 para agua agrícola, 7,36×108 m3 para agua ecológica artificial y 2,59×108 m3 para agua ecológica natural representa el 3% del consumo total de agua, el agua industrial representa el 5% del consumo total de agua, el agua agrícola representa el 47% del consumo total de agua y el agua ecológica representa. 45% del consumo total de agua. 45% del consumo total de agua.
De acuerdo con el plan de distribución 5 y el acuerdo de reparto de agua firmado por la ciudad de Wusu y la Séptima División de Nongshi, el modelo de asignación óptima de recursos hídricos se utiliza para calcular el nivel óptimo actual de asignación de recursos hídricos. Consulte la Tabla 9. 33. El promedio total de recursos hídricos en la cuenca El suministro de agua es de 17,52×108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es de 13,38×108 m3, el suministro de agua subterránea es de 4,14×108 m3, la escasez total de agua es de 4,7×108 m3, y la tasa de escasez de agua es 22. La escasez total de agua es de 4,7 × 108 m3 y la tasa de escasez de agua es 22. La distribución de la escasez de agua es la siguiente: la escasez de agua para riego de tierras agrícolas en el medio del río es de 2,71×108 m3, la escasez de agua ecológica artificial es de 2,21×108 m3 y la escorrentía superficial que ingresa al área del lago Ganjia es de 1,92×108 m3.
Cuadro 9-32 Resultados de la asignación óptima de recursos hídricos en la Cuenca del Río Kuitun en 2003 (unidad: 104 m3)
Cuadro 9-33 Resultados de la asignación óptima de agua recursos en la cuenca del río Kuitun en 2010 (Unidad: 104 m3
La proporción de extracción de agua subterránea en el área de la llanura de suelo fino está entre 1 y 5 m de profundidad. La proporción de extracción de agua subterránea agrícola está entre 16 y 30 En el área donde el nivel del agua subterránea está enterrado a una profundidad de entre 5 y 10 m, la agricultura La proporción de extracción de agua subterránea es de entre 13 y 20, como se muestra en la Figura 9-4. la profundidad del nivel freático supera los 50 metros, no hay extracción de agua subterránea para uso agrícola
3. Agua en 2020. Resultados y análisis de la asignación de optimización de recursos
El total de recursos hídricos en el río Kuitun. La cuenca en 2020 fue de 17,83×108 m3, incluidos 16,21×108 m3 de recursos hídricos superficiales, 1,11×108 m3 de recursos de recarga lateral de piedemonte y 1,11×108 m3 de recarga por precipitación 0,51×108 m3. El lavabo es de 24,11×108 m3.
La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 24,11×108 m3, incluyendo 0,95×108 m3 para agua doméstica, 2,42×108 m3 para agua industrial, 9,39×108 m3 para agua agrícola, 7,55×108 m3 para agua ecológica artificial y 3,80×108 m3 para el agua ecológica natural representa el 4 de la demanda total de agua, el agua industrial el 10, el agua agrícola el 39 y el agua ecológica el 47. El consumo de agua representó el 47%.
De acuerdo con el plan de distribución 5 y el acuerdo de reparto de agua entre la ciudad de Wusu y la 7.ª División Agrícola, el modelo de asignación óptima de recursos hídricos calculó el nivel actual de asignación óptima de recursos hídricos; consulte la Tabla 9-34, el promedio El suministro total de agua en la cuenca es de 19,17 × 108 m3, de los cuales el suministro de agua superficial es 14,09 × 108 m3, el suministro de agua subterránea es 5,08 × 108 m3, la escasez total de agua es 4,94 × 108 m3, la tasa de escasez de agua es 21, y la tasa de escasez de agua es 21. La escasez total de agua es de 4,94 × 108 m3 y la tasa de escasez de agua es 21. La distribución de la escasez de agua es: 0,62×108 m3 para la industria, 2,39×108 m3 para riego agrícola en el tramo medio, 1,93×108 m3 para ecología artificial y 3,13×108 m3 para escorrentía superficial en el área del lago Ganjia.
Figura 9-4 Mapa de contorno del índice de explotación de agua subterránea en el área de riego de la cuenca del río Kuitun
En el área de llanura de suelo fino, donde la profundidad del agua subterránea es de 1 a 5 m , la proporción de explotación agrícola de aguas subterráneas es de 20 ~ 35 en áreas donde el nivel de aguas subterráneas es de 5 a 10 m de profundidad, la proporción de explotación agrícola de aguas subterráneas está entre 16 y 25, y la proporción de explotación agrícola de aguas subterráneas aumenta. En las zonas donde la profundidad del nivel freático es superior a 50 m en la llanura de grava inclinada del piedemonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
4. Resultados y análisis de la asignación óptima de los recursos hídricos en 2030
El total de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en 2030 será de 17,83×108 m3, incluidos 16,21×108 m3. de recursos hídricos superficiales y 16,21×108 m3 de recursos hídricos de montaña. El recurso de recarga lateral frontal es de 1,11×108 m3, y la recarga de precipitaciones es de 0,51×108 m3. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 25,27×108 m3. La demanda total de agua en la cuenca del río Kuitun es de 25,27×108 m3, incluyendo 1,18×108 m3 para agua doméstica, 4,15×108 m3 para agua industrial, 8,32×108 m3 para agua agrícola, 7,41×108 m3 para agua ecológica artificial y 4,21×108 m3 para agua ecológica natural Del consumo total de agua, el agua doméstica representa 5, el agua industrial representa 16, el agua agrícola representa 33 y el agua ecológica representa 46. El consumo de agua representa el 46% del consumo total de agua.
Tabla 9-34 Resultados óptimos de asignación de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en 2020 (unidad: 104 m3)
Según el plan de distribución 5 y la asignación de agua firmada entre Wusu Ciudad y la Séptima División Agrícola Según el acuerdo, el modelo de asignación de optimización de recursos hídricos se utiliza para optimizar la asignación de los recursos hídricos existentes. 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 14,28 × 108 m3, el volumen del suministro de agua subterránea es 6,93 × 108 m3, la escasez total de agua es 4,06 × 108 m3 y la tasa de escasez de agua es 16. La distribución de la escasez de agua es de 1,18×108 m3 para agua industrial, 1,52×108 m3 para riego de tierras agrícolas en el tramo medio, 1,36×108 m3 para agua ecológica artificial y 3,54×108 m3 de escorrentía superficial que ingresa al área del lago Ganjia.
Tabla 9-35 Resultados de la asignación óptima de recursos hídricos en la cuenca del río Kuitun en 2030 (unidad: 104 m3)
La proporción de desarrollo y utilización de aguas subterráneas en la llanura de suelo fino el área es de 1 a 5 m, la proporción de desarrollo agrícola y utilización de aguas subterráneas está entre 25 y 41 en la zona donde el nivel del agua subterránea es de 5 a 10 m de profundidad, la proporción de desarrollo agrícola y utilización de aguas subterráneas está entre 20 y 30, y la proporción de desarrollo agrícola y utilización de aguas subterráneas ha aumentado. En las zonas donde el nivel freático está enterrado a más de 50 metros de profundidad en la llanura inclinada de grava del Piamonte, el agua subterránea no se explota para la agricultura.
Las proporciones del uso de agua doméstica, de producción y ecológica en los resultados de optimización anual de cada nivel se muestran en la Tabla 9-36. Se puede observar que la proporción del uso de agua doméstica está aumentando, respecto al actual. 2 a 6 en 2030; uso de agua de producción La proporción está disminuyendo, de los 82 actuales a 50 en 2030, mientras que la proporción de agua agrícola está disminuyendo y la proporción de agua industrial está aumentando con respecto a la actual; 16 a 44. Desde la situación actual sin escorrentía superficial que ingrese al área del lago Ganja hasta 3,5 × 108 m3 de escorrentía superficial que ingrese al área del lago Ganja en 2030, el entorno ecológico actual del área del lago Ganja y el lago Aibi mejorará gradualmente.
Tabla 9-36 Resultados de optimización de las proporciones de consumo de agua de los departamentos de uso de agua en todos los niveles en la cuenca del río Kuitun
5. Resultados de optimización del consumo de agua superficial y subterránea en todos los niveles en la cuenca
2003 En 2010, 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 representó el 23% del consumo total de agua y el consumo de agua superficial representó el 23% en 2030, el consumo de agua subterránea representará el 32%; del consumo total de agua, y el agua superficial representará el 68%, como se muestra en la Tabla 9-37. Muestra que la cuenca utiliza principalmente agua superficial y explota agua subterránea como complemento. La proporción anual de uso de agua subterránea en cada nivel de planificación se mantiene en aproximadamente 32, y el grado de salinización en el área de riego actual ha mejorado significativamente.
Tabla 9-37 Escalas de consumo de agua superficial y subterránea en los resultados de optimización de diferentes niveles de uso de agua en la cuenca del río Kuitun
En resumen, los resultados de optimización reflejan básicamente la coordinación de protección ecológica y desarrollo económico nacional El principio de coordinación entre la mejora del nivel de vida de las personas y la conservación de los recursos hídricos.