面向用水户的水资源合理配置研究

摘要

我国是一个缺水的国家，为实现经济社会的可持续发展，缓解水危机，必须以提高用水效率为核心，把水资源的节约、保护、合理配置放在突出的位置，建立节水防污型社会、大力发展循环经济、实现水资源的可持续利用。本文结合国家自然科学基金项目和国家863项目，研究了面向用水户的水资源合理配置问题，取得的主要成果如下： (1)研究了面向用水户水资源合理配置的基础。 在节水型社会和发展循环经济的要求下，分析了用水户的用水机理和节水方向；通过对用水户不同类型取水水源特点的分析，提出了水源的可持续开发利用方向；通过对用水户水资源竞争的博弈分析，得出了管理部门的直接控制模式、以水市场为中心的经济调节模式和用水户的自律模式是解决水资源竞争的有效途径。 (2)提出了面向用水户水资源合理配置的体系框架。 在分析了水资源合理配置的内涵、目标、原则、方式的基础上，将水资源的宏观配置和微观配置相结合，提出了面向用水户水资源合理配置的主要任务和研究框架，并具体阐述了面向用水户水资源合理配置内容与技术方法。站在用水户角度，把取水、用水、排水三者统一配置。 (3)分析了不同类型用水户的合理用水方案。 根据行业节水进展和国家产业政策，结合秦岭电厂、永坪炼油厂、宝鸡热电厂等用水户的发展要求和用水工艺中存在的问题，对发电厂分别提出了以采用空冷机组、干除灰和加大污废水回用等节水技术措施；对炼油厂提出了改革生产工艺、提高循环水浓缩倍率以及强化管理等节水措施。在此基础上，分析了用水户的合理用水方案。 (4)研究了用水户各种形式供水水源组合的优化配置问题。 根据区域水资源开发利用规划和用水户取水要求，对各种形式供水水源组合进行了优化配置。针对综合利用水库，分析了水库合理运行方案的制定策略，提出了改进粒子群算法和模拟遗传混合算法，供管理部门制定不同来水情况下的优化调度方案；针对多水源联合供水，采用基于规则的水资源配置模拟方法，得到了不同取水方案下各水源供水结构、用水户缺水结构，提出用水户合理取水方案；针对再生水与常规水资源的联合供水，通过建立灰色预测模型，预测了城市生活污水排放量的变化趋势，结合污水厂水处理工艺系统设计，分析了再生水供水的水质、水量可行性和可靠性，提出了保证用水户取水安全的工程措施建议。 (5)分析了用水户开发利用水资源的影响问题。 根据区域水资源保护目标和第三方用水要求，探讨了用水户开发利用水资源影响的分析内容和方法。采用地下水三维流数值模拟方法，预测了用水户取水对区域地下水位的影响，提出了地下水源地的最佳允许开采量；根据河流生态需水和水功能区划要求，结合用水户退水量和水质情况，计算了河流最小生态环境需水量；通过建立水质预测模型，分析了用水户排水对河流水体功能的影响。在此基础上，提出了用水户水资源保护措施和合理开发利用方案。 (6)开发了面向用水户的取用水监控管理系统。 针对管理部门和用水户加强水资源实时监控管理的要求，采用基于中间件技术的系统实现技术，开发了取用水监控管理系统。该系统有利于水资源监控信息共享和资源的优化配置，实现了水资源管理的实时会商、决策及指挥。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.1.1研究背景

1.1.2研究的目的和意义

1.2国内外研究进展和发展方向

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.2.3存在的问题和发展趋势

1.3研究的主要内容与技术路线

1.3.1研究的内容

1.3.2研究的技术路线

2面向用水户水资源合理配置的基础

2.1面向用水户水资源合理配置的指导思想

2.1.1可持续发展的要求

2.1.2建设节水型社会的要求

2.1.3发展循环经济的需要

2.2用水户的分类与特点

2.2.1按行业部门分类

2.2.2按供水水源类型分类

2.3用水户水资源利用的冲突与协调

2.3.1用水户水资源需求的影响因素

2.3.2用水户水资源竞争的类型

2.3.3用水户水资源竞争的内因分析

2.3.4水资源竞争的协调方式

2.4本章小结

3面向用水户水资源合理配置的体系框架

3.1水资源合理配置理论

3.1.1水资源合理配置的内涵

3.1.2水资源合理配置的目标

3.1.3水资源合理配置的原则

3.1.4水资源合理配置的方式

3.2面向用水户水资源合理配置的研究内容

3.2.1分析用水户的合理用水方案

3.2.2进行用水户供水水源优化配置

3.2.3分析用水户开发利用水资源的影响

3.3面向用水户水资源合理配置的研究方法

3.3.1合理用水方案分析方法

3.3.2取水水源的可靠性分析方法

3.3.3取水方案制定采用的方法

3.3.4开发利用水资源的影响分析方法

3.4本章小结

4地表水源取水用水户水资源合理配置研究

4.1工程建设背景

4.2黑泉水库合理运用方案分析

4.2.1水库基本资料

4.2.2水库供水资料

4.2.3水库合理运用方案制定

4.3水库优化调度的研究思路

4.4基于PSO-SA算法的水库优化调度方案制定

4.4.1水库优化调度的数学模型

4.4.2水库优化调度的PSO-SA算法设计

4.4.3典型年调度实例分析

4.5基于模拟遗传混合算法的水库优化调度图制定

4.5.1水库常规调度图及其改进

4.5.2模拟遗传混合算法原理

4.5.3水库调度图优化计算模型

4.5.4水库长系列优化调度图的制定

4.6本章小结

5地表地下联合取水用水户水资源合理配置研究

5.1项目背景

5.2秦岭电厂合理用水方案分析

5.2.1火力发电厂用水与节水机理

5.2.2秦岭电厂用水存在的问题及节水措施

5.2.3用水方案及评价

5.3秦岭电厂取水可靠性分析

5.3.1地下水取水可靠性分析

5.3.2地表水取水可靠性分析

5.4秦岭电厂水资源开发利用的影响分析

5.4.1地下水源地允许开采量评价

5.4.2罗敷河生态环境需水量分析

5.5合理取水方案的确定

5.6本章小结

6调水水源取水用水户水资源合理配置研究

6.1项目背景

6.2炼油厂合理用水方案分析

6.2.1炼油厂用水工艺与节水技术

6.2.2炼油厂现状存在的问题

6.2.3炼油厂应采取的节水措施

6.2.4炼油厂用水方案及评价

6.3取水的可靠性分析

6.3.1取水要求

6.3.2取水水源分析

6.3.3基于规则的水资源配置模拟

6.3.4水资源供需平衡模拟模型的建立

6.3.5合理取水方案分析

6.4水资源开发利用的影响分析

6.5本章小结

7再生水用水户水资源合理配置研究

7.1工程建设背景

7.2合理用水方案分析

7.2.1节水措施

7.2.2用水方案及评价

7.3取水可靠性分析

7.3.1取水要求

7.3.2取水水源分析

7.3.3规划水平年污水收集量分析

7.3.4再生水供水量的可靠性分析

7.3.5再生水出水水质可靠性分析

7.4电厂开发利用水资源的影响分析

7.5本章小结

8取用水监控管理系统的设计与实现

8.1系统开发的必要性

8.2系统总体设计

8.2.1系统需求分析

8.2.2系统功能

8.2.3系统拓扑及体系结构

8.3基于中间件技术的系统实现

8.3.1中间件及其工作模式

8.3.2基于本体的数据集成技术

8.3.3基于AAF框架的业务实现

8.3.4基于portal的用户界面设计

8.4本章小结

9结论与展望

9.1结论

9.2展望

致谢

参考文献

附录

一、博士期间发表的学术论文

二、博士期间参与的科研项目

三、在校期间获得的奖励