张星荣

摘 要：在2012年我国就已经明确了“三条红线”，对水资源进行合理优化配置是认真贯彻落实最严格水资源管理相关制度的基础措施。本文首先基于最严格水资源管理制度构建了水资源优化配置模型，然后以四川省为实例进行了简单分析计算，表明最严格水资源管理制度条件能够更好的实现水资源的优化配置，在满足国民经济发展的基础上最大限度节约水资源。

关键词：水资源管理；优化配置；配置模型；三条红线

水是任何生命的源泉，同时也是组织社会生产的基础保障。我国是一个水资源非常匮乏的地方，并且水资源在全国范围都极不均匀，同时水污染问题以及洪涝灾害等问题严重，这些问题的存在在很大程度上制约着我国经济的稳定发展[1]。我国于2012年明确了“三条红线”，同时开始实施“四项制度”，这意味着我国从国家层面制定有效制度来实现水资源的保护。要想执行好“三条红线”，前提条件就是对水资源进行优化配置，这也是严格贯彻落实最严格水资源管理相关制度的基础措施[2]。

1 最严格水资源管理的水资源优化配置模型

1.1 目标函数

构建水资源优化配置模型能够较为真实的反映现实用水情况。要做到这点，首先应该站在全局角度，实行多目标约束，综合考虑各方面因素对水资源进行优化。随着时代发展，目前水资源与社会与经济发展以及生态保护等都存在密切联系，本文构建模型中的多目标就是社会效益、经济效益以及生态效益[3]。

（1）经济效益目标。经济效益目标的具体表达为因供水而创造的直接经济价值，即因供水而创造的经济效益减去用水成本的最大值。具体函数如下所示：

式中：序号i表示独立水源，c表示公共水源，k表示子区域，j表示水资源用户；变量x表示供水量（万立方米），b表示供水量效益系数（元/m3），c表示供水的费用系数（元/m3）；α、β和ω分别为供水次序系数、用水公平系数以及子区域的权重系数。

（2）社会效益目标。通常情况下社会效益无法进行定量计算，但是如果区域出现了缺水问题则会威胁到社会的稳定以及发展，缺水问题越严重则社会稳定性越差。所以可以利用区域缺水程度来描述社会效益目标。具体函数如下所示：

式中：D表示水资源用户的用水需求量大小（万立方米）。

（3）生态效益目标。有用水的地方必然存在污水排放问题，生态效益目标通过代表性污染成份排放量最小值来描述。具体函数如下所示：

式中：d表示所排放的單位污水中COD的含量（mg/L），p表示水资源用户的废水排放系数。

上述的3个目标函数在量纲上各不相同，因此需要对其做标准化处理，经过标准化处理后模型求解变得容易得多。先针对各个目标函数分别求取最小值fi，min以及最大值fi，max，然后利用下述公式实现目标函数的标准化：

1.2 约束条件

本文分别从取水、用水以及排水3个环节来确定目标函数约束条件。在确定约束条件时比如充分考虑“三条红线”中的具体内容，以响应国家的号召。

（1）用水总量约束。用户从所有子区域获得的总水量不可以超过对应的可供水量，具体描述为：

式中：w表示可供水量（万立方米）；下表D、G、S、T分别表示外调水、地下水、地表水、污水处理回用水。

（2）用水效率约束。不管是国民经济建设需水定额还是工农业需水定额，都必须控制在规定的用水效率控制指标范围内，具体描述为：

（3）水功能区限制纳污约束。具体描述为：

式中：W0表示为了确保生态安全而设定的最高COD或者氨氮的排放总量（t）。

（4）部门用水量约束。各个用户水资源的使用量必须在相关部门控制的范围内，具体描述为：

（5）变量非负约束。不管是那个子区域的哪个水资源用户，其用水量不可能成为负数，同时提供的岁资源量可以达到用户使用要求，具体描述为：

（6）控制断面水质约束。通常情况下都是用氨氮以及COD来代表控制断面水资源质量情况。所以控制断面水质约束可以通过下式来描述：

式中：C、C0分别表示控制断面的实际水质以及目标水质（mg/L）。

2 实例分析

2.1 四川省水资源概况

以四川省河流流域作为实例，基于上述建立的理论模型来分析计算最严格水资源管理制度条件下，四川省河流流域在75%来水的情况下2015年和2020年水资源优化配置方案。四川省被称之为“千河之省”，所有这些河流中流域面积超过100km2的河流流域就超过1300多条，流域面积超过500km2的河流就将近500条，这些河流的存在为四川省蕴藏了极其丰富的水资源。然而，四川省的水资源在全国范围内虽然相对比较多，但是在地理位置上的分布却非常不均匀，省内水资源的分布与工农产业格局分布以及人口密度的分布存在突出矛盾。近年来随着四川省国民经济的快速发展，使得社会各界对于水资源的需求量也在急剧增加，但是我们现在已经清醒的认识到过渡开发使用水资源已经造成了严重的环境问题。为了在最大限度上保护水资源，国家提出了最严格水资源管理制度，四川省应该以此为契机，对其水资源进行优化配置。

2.2 计算流程

（1）水资源优化配置规则。①用水配置规则。本实例中需要用水资源的领域主要包括如下：生活用水，第二、三产业用水，农业用水，河道内外生态用水；②供水配置规则。为在最大程度上执行最严格水资源管理制度，尽可能节省水资源并提升水资源的使用效率。本实例中水资源供应顺序为：污水处理回用水→地表水→外调水→地下水。其中本地地表水的使用流程为首先蓄水然后再引、提水；③水库渗漏以及蒸发损失。通常条件下，水库由于渗漏以及蒸发造成的损失平均在水库蓄水量的10%左右；④起调水位。一般情况下都是在汛期才会开始调水，所以蓄水工程起调水位直接取为汛限时的水位。

（2）水质控制指标。本实例中选取的水质控制指标是氨氮以及COD，对于河流水功能区域而言，可以分别选择氨氮以及COD的衰减系数为0.15L/d和0.2L/d。

（3）计算边界条件。①水量边界。四川省所有的水资源中，入境水是其中十分关键的组成部分，上游水的水资源含量及其质量均会在很大程度上影响着下游区域水资源的使用。本实例在进行水资源配置的时候，站在全流域水资源合理配置的角度，充分考虑入境水上游地区社会经济发展过程中对水资源的需求情况来对入境水情况进行分析计算；②水质边界。控制断面有可能细分为两种，分别为省界以及省内控制断面，其中如果省界控制断面的水资源质量满足标准要求，则可以直接使用。

2.3 计算结果

结合构建的水资源优化配置模型及其规则，对四川省主要城市2016年和2020年的水资源进行了优化配置并得到了合理方案，如表1、表2和表3所示为分析计算得到额结果。表1和表2所示为水资源供需平衡结果，而表3所示为每年控制断面中水量以及水质的平均值。

在刚刚过去的2016年，四川省已经建成了大量的供水枢纽站，然是還有部分枢纽站还没有完全建成。预计到2020年将会新建成一批供水枢纽站，所示到2020年四川省可以提供的水资源流量比2016年要多。另外，本实例中分析计算所得结果满足四川省分水方案相关需求，也能够达到最严格水资源相关管理要求，其配置结果相对较为合理。另一方面，表3所示为年平均控制断面成果，从所有的8个站点结果可以明显看出都能够达到目标值要求。

3 结语

文章主要探讨了最严格水资源管理的水资源优化配置，以四川省作为实例进行了简略分析计算。计算结果表明最严格水资源管理制度条件能够更好的实现水资源的优化配置，在满足国民经济发展的基础上最大限度节约水资源。本文的计算结果能够为四川省未来规划水资源提供借鉴和指导。当然，为更加有利的促进四川省经济和生态的可持续发展，务必要对水资源进行最优分配，避免污水的随意排放，加快污水处理技术的研究进度，对污水进行处理不但能够提供更多的水资源，同时还可以创造更大的生态效益。

参考文献

[1]欧承建.四川省水资源管理信息系统建设的必要性分析[J].四川水利，2013，34（2）：2-5.

[2]张玲玲，高亮.多目标约束下区域水资源优化配置研究[J].水资源与水工程学报，2014，（4）：16-19.

[3]张运凤，郭威，徐建新，等.基于最严格水资源管理制度的大功引黄灌区的水资源优化配置[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2015，36（3）：28-32.

（作者单位：德阳润成工程咨询有限公司）