面向可持續發展的環縣水資源優化配置研究

姚麗娜　葉得明

環縣作為甘肅省慶陽市的重要縣區，水資源缺乏一直限制著該區域的發展。水資源供需不平衡、水資源分配不合理、地表水資源的開發薄弱以及水污染等問題長期困擾著該區域的發展。結合可持續發展與水資源優化配置的關系，以環縣當地的經濟、社會發展等方面作為指標，利用可持續發展的原理及水資源持續利用等特點，建立可持續發展的環縣水資源多目標優化配置模型。根據環縣不同區域的供水現狀及居民合理的用水需求，靈活選擇供水方式，達到環縣水資源配置的多目標、多分區、多水源。

水資源匱乏，影響區域經濟發展，使得工業化、城市化的進程受到阻礙。因此，水資源優化配置在這樣的大背景下逐步發展起來的，在于利用多種措施和方法，對于一定區域內的十分有限的或者分布不均的水資源進行優化配置，達到提高水資源的利用率，減少浪費，節約資源，保護環境，實現可持續利用，滿足經濟、社會、生態、人民的各方面基本要求，促進全領域可持續發展。

一、環縣區域概況

1、地形與氣候

環縣位于甘肅省最東部，陜甘寧三省區的交匯處，簡稱“隴東”，地貌為黃土高原殘原丘陵溝壑區，處于萬山之間，有各種溝道和山梁。氣候屬于大陸性季風氣候，干旱少雨，平均氣溫為7～10攝氏度，年均降雨量為407.3毫米，干旱出現頻率較高。

2、水源

環縣的可利用水源主要來源蒲河，其他水源雖然占水源比例大，但大多為苦咸水，不可利用，而蒲河水為淡水，為環縣當地飲用、灌溉的主要水源。蒲河全長175km，流域面積約7.5平方千米，每年的平均徑流量為2.428億立方米，為整個環縣供水約0.7億立方米。如圖1所示，為環縣地貌與水源圖。

3、社會經濟

環縣實現生產總值77.79億元，環縣的經濟主要來源分為三部分：農業、工業、其他產業，總人口36.1萬人（公安戶籍人口）。

二、環縣水資源開發利用狀況

1、開發利用現狀

環縣境內的主要利用水源則是蒲江，而蒲河每年的平均徑流量為2.428億立方米，為環縣供水約0.7億立方米。農業用水方面：由于環縣當地的氣候以及地形，導致利用率不足30%，工業用水方面：工業用水其利用率相對較高，能達到80%以上，但是工業用水的污染相當大。

2、存在的問題

由于地形地貌、氣候等諸多方面的原因，導致環縣為一個缺水貧困縣，在此類問題的影響下，環縣的水資源開發利用也存在許多問題，主要有以下幾個方面：可供水水源數量較少、水源保證率低;水源開發力度不均衡：環縣地處多山地地區，其特殊的地形影響著當地水資源的開發不均衡，導致整個環縣的水資源分配不均衡;水浪費、污染嚴重;水質量不達標、水源生態破壞嚴重等問題。

通過以上幾點可見，環縣水資源的開發利用還存在較多的問題。因此，合理的水資源優化配置是解決環縣用水問題的關鍵。

三、可持續發展的水資源優化配置

1、優化模型構建

通過分析，一個龐大的水資源系統，我們可以將其進行分解，考慮以社會、經濟、生態為主向量，形成三部分：社會因素——經濟因素——生態因素。三部分之間相互作用，相互關聯，構建一個多目標水資源優化配置模型，其關系如圖2所示。

2、 目標函數

根據上述描述，將綜合效益最大定義為目標函數，其可以表征為以社會、經濟、生態為基礎的函數。利用模擬方法來評價模型的狀態變化，用優化控制的方法來調節，實現目標最優化。函數形式如下：

其中，表征影響因子或者決策量，F（X）表征最大綜合效益，也就是目標函數，S（X）表示社會效益，J（X）表示經濟效益，

H（X）表示生態效益，G（X）為約束集，包含了所有的影響到目標函數的約束條件。

3、約束條件

該水資源優化配置模型將重點關注以下幾點約束條件：

（1）水源可提供水量條件約束

其中， ? 表示第k個區間內的i個水源想第j個需水用戶所供應的水量， ? 表示第k個區間內的i（k）個水源向該區間總的可供應的水量的上限。

（2）用戶供需水變化約束

其中，? ? ? 表示k區間內第j個需水用戶的用水需求最小值，? ? ? 表示k區間內第j個需水用戶的用水需求最大值。

（3）環境要求約束

其中，? ? 表示k區間內第i個水源向環境輸送的水量，S表示整個區域內環境用水的總需求量。

4、可持續評價

通過可持續評價體系，采用可持續評價的相關標準，在各類指標、閾值設定正確合理的基礎上，得出環縣水資源可持續性能力評定標準，如表1所示。

表中的數據表明，水資源利用率、水資源開發利用程度、工業用水復用度越低，可持續發展性越小，而生態用水率和人均用水量越小，可持續性越高。

為了更好的驗證水資源優化配置模型，我們利用水資源承載評價模型作為輔助評價指標，作進一步的分析驗證，其結果如圖3所示。

本文利用慶陽市環縣水利局、環縣自來水公司提供的水資源數據，對環縣的水資源進行優化配置研究，取得了較好的效果。構建環縣水資源優化配置模型，利用目標函數和約束條件，結合各個指標的評價關系，完善水資源優化配置模型。同時，將可持續發展的思想應用在水資源模型中，最終形成一個可持續發展的環縣水資源優化配置模型。對環縣的水資源配置方案進行了優化和預測，優化結果符合預期目標，預測結果滿足社會發展實際。

（作者單位：1.745700甘肅農業大學財經學院;2.745700環縣自來水公司）