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水资源优化配置是水资源管理的重要内容之一,城市水资源优化配置理论和方法的研究是为了更好的解决城市水资源问题。水资源优化配置中复杂性和不确定性因素使得优化配置方案难以达到预期的效果,尤其是西北地区城市,由于气候干旱、降雨量少且分布不均,城市水资源缺水问题显著,水资源系统中的不确定性因素错综复杂。在此背景下,研究相应的处理不确定性因素的水资源优化配置方案,不仅要研究处理不确定性的规划方法,而且要将水资源系统中涉及的相关因素基于不确定性数学方法表示,以便使得研究方案更能确切的反映实际情况,这对于西北城市水资源可持续利用具体有重要的理论和实际意义、对制定合理有效的供用水方案以保障人类社会发展尤为重要。结合当前水资源优化配置的研究状况,本文主要研究内容和成果如下:
(1)在分析水资源系统复杂性和不确定性的基础上,建立两阶段随机规划模型,第一阶段决策是对规划年不确定事件预先判断,确定各供水源的供水目标。第二阶段决策通过对未来不确定性的处理,预先决策给予补偿,使得经济损失最小。并将两阶段随机规划与整数规划及区间数方法相结合建立区间两阶段随机整数规划模型(ITSIP)。
(2)将处理不确定性问题方法的区间数和多阶段随机规划相结合建立区间多阶段随机规划模型(IMSLP),该模型能反映系统的不确定性,整个多阶段框架中的离散情境反映水资源优化配置决策的动态特征。
(3)以宝鸡市区多水源供水为例,应用ITSIP模型进行优化配置,结果表明该模型对于处理不确定性是有效的,求解得到的二进制变量和连续变量均是合理的,该模型在考虑未达到供水目标的缺水量和弃水分流量控制的基础上能为水资源管理者提供决策支持,使得规划目标函数综合费用最小,系统风险最小。未来宝鸡市供水形势依然严峻,开发新水源、节约用水势在必行。
(4)以冯家山水库多用户配水为例,尝试将IMSLP模型用于水资源配置研究,建立模型结构为1-3-9-27,结果表明该模型不仅能处理不确定性,而且能够反映各规划周期中水资源配置动态决策过程,并以多情景下的离散形式表示,并对预先制定的决策实时纠正以减少缺水经济惩罚和降低不能到达目标的风险,模型优化结果有助于决策者更好的在系统经济效益、相应决策风险和相应的经济惩罚之间权衡利弊。