【摘要】：水資源調(diào)控是不同區(qū)域和用水戶之間有效公平分配水資源的重要途徑,本文以新疆瑪納斯河流域為研究對象,以水資源供需缺水量最小為優(yōu)化目標,在分析耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)、有序原理和臨界控制論的基礎(chǔ)上,應(yīng)用多維臨界調(diào)控模型對瑪納斯河流域水資源系統(tǒng)進行行業(yè)間優(yōu)化調(diào)控。研究結(jié)果表明:2020年,通過工業(yè)節(jié)水30.8%、農(nóng)業(yè)節(jié)水1.2%和污水資源化1.38×108m~3,可使系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15;2030年,通過工業(yè)節(jié)水54%、農(nóng)業(yè)節(jié)水1.6%和污水資源化1.89×108m~3,可使系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15;2030年的缺水量比2020年的缺水量減少了0.4×108m3,可實現(xiàn)水資源系統(tǒng)的有序發(fā)展。研究成果對解決灌區(qū)水資源供需矛盾、提高水資源高效利用具有重要意義。
【圖文】：

間的協(xié)調(diào)度最大。2010年，初始調(diào)控時系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)程度相對較差，需進行調(diào)節(jié)，通過污水資源化0.86×108m3，并伴隨調(diào)控措施，水資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)之間更加協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15，表明所采取的調(diào)控措施使各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性加強，其系統(tǒng)熵收斂趨勢圖如圖1所示。由2010年現(xiàn)有的水資源配置方案求得的系統(tǒng)熵為0.32，大于多維臨界調(diào)控求得的系統(tǒng)熵0.15。由此可知，水資源多維臨界調(diào)控對水資源配置具有優(yōu)化作用，對維持水資源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。圖12010年水資源系統(tǒng)熵收斂趨勢圖Fig.1Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin20103基于多維臨界調(diào)控的瑪納斯河流域水資源調(diào)控的結(jié)果與分析3.1結(jié)果以2020年初始方案（方案一）為例，初始調(diào)控時系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)程度相對較差，且經(jīng)濟子系統(tǒng)下農(nóng)業(yè)供水序參量及工業(yè)供水序參量均為負數(shù)，即[0，1]，說明不在合理閾值區(qū)間，需進行調(diào)節(jié)。通過污水資源化1.38×108m3，工業(yè)節(jié)水30.8%和農(nóng)業(yè)節(jié)水1.2%，并伴隨調(diào)控措施，水資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)之間更加協(xié)調(diào)。使系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15，表明所采取的調(diào)控措施使各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性加強。調(diào)控過程系統(tǒng)熵收斂趨勢圖如圖2所示。2030年，通過污水資源化1.89×108m3，工業(yè)節(jié)水54%，農(nóng)業(yè)節(jié)水1.6%，并伴隨調(diào)控措施，使得水資源系統(tǒng)的系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15。其調(diào)控過程的系統(tǒng)熵收斂趨勢圖如圖3所示。按照相應(yīng)的調(diào)控措施，對2020年和2030年瑪納斯河灌區(qū)水資源系統(tǒng)進行多維臨界調(diào)控，其結(jié)果如圖4、圖5所示。系統(tǒng)熵系統(tǒng)熵244

石河子大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版第35卷圖22020年水資源系統(tǒng)熵收斂趨勢圖Fig.2Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin2020圖32030年水資源系統(tǒng)熵收斂趨勢圖Fig.3Trendofentropyconvergenceofwaterresourcessystemin2030初始方案1n-1n調(diào)控過程0.40.30.20.1系統(tǒng)熵0.40.30.20.1系統(tǒng)熵0.40.30.20.1系統(tǒng)熵初始方案12n-1n調(diào)控過程初始方案1n-1n調(diào)控過程水資源短缺，需運用調(diào)控手段：（1）運用農(nóng)業(yè)、工業(yè)適度節(jié)水調(diào)控手段將農(nóng)業(yè)、工業(yè)需水預(yù)測值作為需水方案。（2）根據(jù)《兵團第八師水中長期供求規(guī)劃》，運用農(nóng)業(yè)強化節(jié)水調(diào)控手段提高灌溉利用系數(shù)，降低毛灌溉定額，使農(nóng)業(yè)強化節(jié)水的需水量相對于預(yù)測方案分別減少1.2%和1.6%，運用工業(yè)強化節(jié)水調(diào)控手段降低工業(yè)用水增長率、采取節(jié)水工藝、提高重復(fù)利用率等手段和措施，使工業(yè)需水量分別減少至30.8%和54%。（3）改進污水處理工藝和技術(shù)，進一步提高城鎮(zhèn)工業(yè)、生活污水資源化比例，力爭在2010年污水資源化0.86×108m3的基礎(chǔ)上，使2020年和2030年的污水資源化達到1.38×108m3和1.89×108m3。2.3模型驗證子系統(tǒng)的有序度和系統(tǒng)熵指引水資源配置是瑪納斯河流域水資源多維臨界調(diào)控的核心。在有序度和系統(tǒng)熵的指引下，水資源被配置到對系統(tǒng)熵貢獻值最大的子系統(tǒng)中，使系統(tǒng)熵沿著熵變梯度最大的方向逐漸減小，直至收斂，從而使瑪納斯河流域各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度最大。2010年，初始調(diào)控時系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)程度相對較差，需進行調(diào)節(jié)，通過污水資源化0.86×108m3，并伴隨調(diào)控措施，水資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)之間更加協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)熵由0.34降低到0.15，表明所采取
【作者單位】： 石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院/現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室;中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(U1203282、41601579、41361096) 中國科學(xué)院野外站聯(lián)盟(KFJ-SW-YW027-01) 兵團科技創(chuàng)新團隊((2014CC001) 石河子大學(xué)杰出青年(2012ZRKXJQ08)項目
【分類號】：TV213.4

【參考文獻】

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本文編號：2550823