基于可持续发展和多目标规划的石羊河流域水资源合理配置

王炯

摘 要：依据石羊河流域水资源的短缺，综合考虑经济发展与水环境保护，以生活、工业、生态环境和农业用水的经济效益最大和水资源消耗最小为优化目标，建立可持续发展的多目标水资源优化配置线性规划模型。利用MATLAB 软件对线性多目标规划进行求解。根据计算结果调整决策变量的目标值，获得三种水资源扶持侧重点不同的配置方案。

关键词：水资源配置 可持续发展 多目标规划 石羊河流域

中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（b）-0114-02

自然资源的合理利用与保护，是当今世界上最重大的课题之一，而水资源则是其中最重要的研究对象。在中国西北干旱地区，石羊河是我国内陆河流域中水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出的流域之一[1]。石羊河发源于甘肃省南部的祁连山，消失于巴丹吉林和腾格里沙漠之间的民勤盆地北部。石羊河流域位于甘肃省河西走廊东段，乌鞘岭以西，祁连山北麓，总面积4.16万平方千米。流域地势南高北低，自西向东北倾斜。石羊河流域属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足，温差大、降水少、蒸发强烈、空气干燥[2]。

随着人口增加和经济社会的快速发展，特别是灌溉面积的大幅度增加，水资源供需矛盾十分突出，直接导致下游水量逐渐减少，甚至河流断流，生态环境日趋恶化。同时，由于灌区大量引水但排水不畅，灌区内部土壤盐渍化问题严重。因此有效利用水资源，对有限的水资源进行合理的配置，成为当前十分关注的问题。水资源配置不仅关系到当地的生态系统安全，也关系到水资源的可持续利用[3]。

针对石羊河流域有限水资源的合理配置问题，近年来许多学者展开了大量研究[2～4]，文献[7]通过计算单元优化配置模型和水资源转化模拟模型的耦合模型，得到优化配置结果，由多目标评价函数评价各方案的优劣；文献[6]建立了该流域的水资源管理模型，用于地区地表水和地下水联合利用的水资源模拟分析，主要实现供水、需水、水质和生态保护的水资源系统模拟，但评价水资源合理配置的可靠性等问题尚待深入研究.为此，本文建立基于工业、生活、生态环境和农业用水效益多目标水资源优化配置模型，根据计算结果调整决策变量的目标值，获得三种水资源扶持侧重点不同的配置方案，以期为石羊河流域水资源优化配置提供理论依据。

（3）变量非负约束。

要使得决策变量具有实际意义，模型的解必须满足，即变量必须是非负的。

1.4 优化模型的建立

2 模型求解方法

显然，1.4中的问题是一个不等式约束线性规划问题。本文利用MATLAB中的线性规划计算程序linprog对该问题进行求解。并根据计算结果调整决策变量的约束范围，主要得出下面3种方案，见表3。

3 水资源配置方案分析

首先，根据中国人口年增长率（1.8%），该流域严格执行计划生育，控制农村人口增长率不高于1.8%，城镇人口增长率不超过1.5%。到2020年该流域农村人口不超过183.2万，城市人口不超过85.1万。其次，增建污水处理厂，并且引进高科技设备，提高污水处理达标率。提高水资源的再次利用率。

第一方案将水资源主要用于发展农业，增加灌溉面积，增加养殖产业，而且大面积增加植树造林和绿化工程，以及水利设施投入，需要水资源23.3345亿，总经济收入将达到393.7亿元。

第二方案减少农业投入，适当增加工业水资源投入，已达到节水的目的，总经济收入为391.89亿元。

第三方案主要将水资源投入到增加工业产值，工业产值达到280.2亿元，减少农业用水，总经济收入为350.3亿元。

显然，根据2020规划年不同用水户的需水量（表2），这三种方案都是可行的，每一种方案所体现的水资源投入侧重点有所不同，其所得到的经济收入也就不一样。

4 结论

运用数学规划基本理论，以经济持续发展和水资源合理利用为基础，建立了石羊河流域水资源不同部门配置的多目标规划模型。

以石羊河水资源现状，以及所具有的发展条件为依据，确立了合理的约束条件。按照水资源投入的目标不同，利用MATLA软件获得了三种有效地水资源配置方案。该理论方法的应用对区域经济持续发展和水资源协调利用的框架模式具有重要的指导意义。

参考文献

[1] 韩林，耿松松.全球变化背景下干旱区水资源开发利用冲突的话语分析[J].改革与开放，2011，4：116.

[2] 胡文俊.石羊河流域水资源利用和生态环境保护对策[J].干旱区地理，2007，30（6）：969-973.

[3] 马国军，林栋，刘君娣，等.基于多目标分析的石羊河流域水资源优化配置研究[J].中国沙漠，2008，28（1）：191-194.

[4] 李宗礼，李新攀，赵文举，等.基于多目标遗传算法的石羊河流域水资源优化配置模型[J].L兰州理工大学学报，2013，39（2）：52-55.

[5] 李元红，胡想全，王军德.石羊河流域民勤县生态安全评价研究[J].人民黄河，2005，32（10）：9-10，13.

[6] 魏晓妹，康绍忠，马岚.石羊河流域绿洲农业发展对水资源转化的影响及其生态环境效应[J].灌溉排水学报，2006，25（4）：28-32.

[7] 粟晓玲，康绍忠.石羊河流域多目标水资源配置模型及其应用[J].农业工程学报，2009，25（11）：128-132.

[8] 陈南祥，魏杰，甘甜.基于可持续发展的区域水资源优化配置研究[J].水利与建筑工程学报，2011，9（4）.endprint