跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度及變化條件對(duì)其影響研究.pdf

1、跨流域調(diào)水工程能夠有效緩解水資源時(shí)空分布的不均勻性及社會(huì)需水的不平衡性，逐漸成為解決資源性缺水地區(qū)水資源需求的一種重要措施。為提高引水效率和效益，勢(shì)必需要確定合理有效的跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則，指導(dǎo)水庫(kù)運(yùn)行。此外，調(diào)水工程建成后將是一個(gè)長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程，近年來(lái)不斷加劇的氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)，未來(lái)仍將對(duì)區(qū)域水資源狀況以及受水水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生影響。基于歷史徑流系列得到的調(diào)度規(guī)則，能否適應(yīng)未來(lái)的變化條件，亟需進(jìn)行研究。本文以此為切入點(diǎn)，

2、以碧流河水庫(kù)為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度的影響。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)基于歷史長(zhǎng)時(shí)期降雨、徑流數(shù)據(jù)，開(kāi)展特征值變化及趨勢(shì)性檢驗(yàn)分析。在此基礎(chǔ)上，定性辨識(shí)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的影響，識(shí)別研究區(qū)跨流域調(diào)水實(shí)際問(wèn)題。為全文針對(duì)氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度影響開(kāi)展探索性研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)基于增加引水調(diào)度線(xiàn)的思想，設(shè)計(jì)跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則

3、，并針對(duì)受水水庫(kù)原設(shè)計(jì)中考慮生態(tài)需水不全面的問(wèn)題，構(gòu)建以均衡城市供水及生態(tài)供水為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化模型?；跉v史長(zhǎng)系列徑流數(shù)據(jù)，采用帶精英策略的遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行模型求解，優(yōu)化得到考慮“好”及“中”兩種生態(tài)流量的城市及生態(tài)供水相互博弈的Pareto前沿解集，本文稱(chēng)之為歷史方案。通過(guò)調(diào)度圖特點(diǎn)及水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程分析，驗(yàn)證歷史方案的合理性;與不引水時(shí)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明，研究區(qū)亟需通過(guò)引水來(lái)緩解供需水矛盾，本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化得到的跨流

4、域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了調(diào)水的有效性，在引水量約為2.5億m3時(shí)，增加城市供水量約2.9億m3，對(duì)于保障地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
　　(3)基于SWAT分布式水文模型的本地化構(gòu)建，針對(duì)未來(lái)氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)影響展開(kāi)分析。一方面，選取第五次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃(CMIP5)試驗(yàn)中3種氣候模型(ACCESS1.0、BCC-CSM1.1(m)及CMCC-CM）輸出的氣候數(shù)據(jù);基于改進(jìn)Morphing方法對(duì)未來(lái)氣候情景

5、數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度修正，并分析未來(lái)降雨及氣溫變化。另一方面，在人類(lèi)活動(dòng)影響因子中，針對(duì)未來(lái)人類(lèi)取用水信息難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提出基于相鄰年降雨量水平的人類(lèi)取用水模糊推理模型。在對(duì)歷史時(shí)期人類(lèi)取用水進(jìn)行推理結(jié)果驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)，考慮人類(lèi)取用水影響的徑流系列與實(shí)測(cè)系列的擬合程度、模擬評(píng)價(jià)指標(biāo)，均比SWAT模擬輸出徑流系列有較大改進(jìn)。推理模型得到的模糊規(guī)則參數(shù)，揭示了歷史人類(lèi)取用水與降雨徑流之間的關(guān)系規(guī)律，在未來(lái)短期內(nèi)未規(guī)劃大量增加人口的情況下，可作為推測(cè)

6、未來(lái)取用水影響量的重要依據(jù)。
　　(4)以不同未來(lái)氣候情景數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)SWAT模型，并在模型中直接考慮水利工程的影響，進(jìn)行未來(lái)徑流模擬預(yù)測(cè);在該徑流模擬系列及未來(lái)降雨系列的基礎(chǔ)上，基于人類(lèi)取用水推理模型預(yù)測(cè)未來(lái)取用水影響量，進(jìn)一步改進(jìn)SWAT模擬結(jié)果，獲取變化條件下徑流狀況。結(jié)果表明，相對(duì)于歷史長(zhǎng)系列多年平均徑流量，ACCESS1.0、BCC-CSM1.1(m)及CMCC-CM模型情景下，未來(lái)徑流量將分別變化+20.55％、-9.59

7、％和-29.13％?；诮y(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，進(jìn)一步掌握未來(lái)各情景下降雨徑流分布及趨勢(shì)等變化特點(diǎn)，結(jié)論為研究變化條件對(duì)受水水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的影響奠定基礎(chǔ)。
　　(5)針對(duì)未來(lái)徑流量大幅減少的供水偏不安全情景（CMCC-CM模型情景），首先考察歷史方案在該情景徑流系列下的運(yùn)行表現(xiàn)，包括各用水戶(hù)供水量及保證率的滿(mǎn)足情況;在運(yùn)行指標(biāo)變差的情況下，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度規(guī)則的重優(yōu)化。結(jié)果表明，該情景下，在考慮“中”生態(tài)流量時(shí)，需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度規(guī)則的重優(yōu)化，才

8、能基本滿(mǎn)足各用水戶(hù)供水保證率;而在考慮“好”生態(tài)流量時(shí)，需要將城市供水量目標(biāo)降為4.57億m3（較原城市供水量目標(biāo)減少0.51億m3），才能基本滿(mǎn)足保證率要求。
　　(6)進(jìn)一步針對(duì)未來(lái)氣候情景不確定性對(duì)聯(lián)合調(diào)度的影響展開(kāi)分析。借助于所選取的三種未來(lái)氣候情景，同時(shí)假定三個(gè)氣候變化情景(未來(lái)多年平均徑流量較歷史長(zhǎng)系列分別變化-9.91％、-15.08％及-21.35％)，以識(shí)別未來(lái)調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)整的臨界條件。通過(guò)對(duì)比分析歷史方案在各