基于MODFLOW耦合技術的水資源配置研究

曹曉彬

（河北省邯鄲水文勘測研究中心，河北 邯鄲 056001）

1 MODFLOW耦合技術下的水資源配置探析

1.1 Pareto水資源解集預處理

從多個角度提取水資源配置區域特征及有待優化問題，結合實際情況，獲取區域平衡核心解集。此時核心解集處于穩定狀態，同時，存在調配最優解，計算出初始最優解，如公式1：

1.2 MODFLOW耦合水資源目標函數設定

MODFLOW耦合技術與預處理架構融合，重新構建水資源處理模式架構。

需要進行像元水資源定額的測定，如公式3：

1.3 PACA雙向約束調配結構設定

PACA 雙向約束調配模式對比于傳統模式更加靈活。設定PACA約束限制結構見圖1。

圖1 PACA約束限制結構圖

結合設定的水資源調配目標與設定標準，優化對應的約束限制調配區域，結合生態效益的經濟限制目標，控制具體的約束權重系數，同時劃定好相對應的地區供水量，測定變化的像元水資源量極值。測定此時地區的水資源調配狀態，測定比例規則的同時，控制實際的調配常數，劃定實際的測算PACA 約束限制范圍，最終完成對PACA雙向約束調配結構的設定。

1.4 MODFLOW耦合最優水資源調配模型構建

進行綜合調配耦合系數計算，具體如下公式4所示：

在MODFLOW耦合結構之中，進行迭代調配節點的設定，可以先在模型之中建立相應的處理節點，同時，結合預處理的相應結果，進行PACA雙向約束調配結構的調整與更改，隨后，在模型之中添加水資源的處理數據信息，自適應地作出調配動態數值的改變，隨著水資源量的變化，改變迭代節點，以此來進一步優化完善MODFLOW耦合最優水資源調配模型，完成構建。

1.5 線性水位模擬法實現水資源配置

結合所預設水資源調配模型，及構建MODFLOW耦合處理層級，模擬水資源配置情況，結合實際需水量和調配標準，進行處理。測定模擬環境下的配置極值，如公式5：

2 實例分析

2.1 P市水資源配置現狀分析

P 市位于中國的西部地區，經過調研，屬于穩定的大陸干旱區域，自然環境相對較為多變，常年的降水量偏少，溫度較高，所以，導致地表的水源蒸發強烈，經過長年的高溫影響，使得P 市逐漸成為中國嚴重缺水的一個地區。經過調查可以了解到，P市去年的水資源總量僅為63.20億m3，而在上述的基礎之上，測算出人均的水資源量為1 970 m3，逐漸成為全國人均水資源使用量的2 倍。雖然人均水資源量相對較為可觀，但是，P 市單位面積的產水量卻僅僅達到全國平均的1/8。不僅如此，P市的水資源分布處于極其不均衡的狀態，春季干旱、夏季洪水頻發、秋季缺水、冬季枯水。

2.2 MODFLOW耦合技術下P市水資源配置實例驗證

經過對上述現狀的分析與驗證，接下來，結合MODFLOW耦合技術，需要重新對P市水資源配置進行實例驗證。利用專業的儀器，可以先測算出P 市水資源的相關數據，計算出單元常量數值，具體如下公式6所示：

式中：M為單元常量數值，β為變化應對比，x為水資源初始值，w為水量定額。通過計算得出實際單元常量數值。

將實例分析區域設定為固定區域，同時，獲取對應區域水資源調配常量，建立不同區域水資源變量關系，劃定總用水量。分別為農業用水、工業用水、生活用水以及社會用水等，劃定為不同的比例，隨后，結合PACA 所設定的多層級的配置目標，計算出P市水資源的最優目標預測值，如公式7：

表1 P市水資源配置誤差層級目標設定表

根據表1，完成對P市水資源配置誤差層級目標設定。根據上述所設定標準及數據信息，進行P市水資源配置單元誤差測定，如公式8：

式中：H為水資源配置單元誤差，δ為水資源定額，E為變化作用比，d為離散數值。見表2。

表2 實例分析測試結果對比分析表

據表2，完成對P 市水資源配置優化實例分析。與初始配置模式對比，構建配置方式最終得出的單元配置誤差相對更小，均控制在0.5以下，表明對P市水資源配置效果更佳。

3 結語

綜上所述，基于MODFLOW耦合技術的水資源配置對比于傳統模式更為靈活、多變，結合PACA處理模型，設定多目標調配層級，合理的資源優化范圍，同時，調配范圍也進行擴展與延伸，實現水資源動態處理。