人工魚群算法在河間市水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用

劉美鈺，張 雷，欒清華，徐 丹，劉 彬

(1. 南水北調(diào)中線信息科技有限公司，北京 100089；2. 河北省水生態(tài)文明及社會治理研究中心，河北 邯鄲056038；3. 河北省滄州水文勘測研究中心，河北 滄州 061000)

水資源是人類生存與發(fā)展中不可或缺的資源，其開發(fā)利用直接影響著人類的生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境。隨著京津冀經(jīng)濟社會的協(xié)同發(fā)展，水資源的開發(fā)利用強度不斷加大，區(qū)域各行業(yè)用水矛盾日益加劇，地下水超采、水資源短缺、生態(tài)用水難以保證等問題愈加突出。在此背景下，區(qū)域的水資源優(yōu)化配置顯得尤為重要，并逐漸成為緩解區(qū)域水資源供需矛盾的有效途徑之一。

水資源優(yōu)化配置具有復(fù)雜性和多目標(biāo)性，運用傳統(tǒng)的非線性[1]、線性規(guī)劃[2]、動態(tài)規(guī)劃[3]、模糊評價[4]等方法求解，其收斂性和計算效率等方面不是很理想，尤其在求解高維數(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)果往往與實際情況存在差異[5]。因此，許多學(xué)者嘗試采用智能優(yōu)化算法來求解，如粒子群算法（PSO）[6-7]、遺傳算法（GA）[8-9]、蟻群算法（ACO）[10]、鯨魚算法（WOA）[11-12]等。其中，人工魚群算法（AFSA）[5,13-15]是近幾年新興的智能算法，對初值、目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)要求不高[16]，并具有簡單性、并行性、全域性、快速性等優(yōu)點，已逐漸應(yīng)用于流域水資源優(yōu)化配置研究，但研究區(qū)以市級以上的居多[14,17]，在縣域尺度的較少。鑒于縣域是開展省市水資源管理的基本單元，本研究以北方典型缺水縣域——河間市為研究區(qū)，選用人工魚群算法對區(qū)域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行水資源優(yōu)化配置，旨在為縣域的水資源精細(xì)化、科學(xué)化管理提供參考。

1 現(xiàn)狀年水資源開發(fā)利用分析

河間市位于河北省中部偏南（圖1），東經(jīng)115°55′～116°37′，北緯38°19′～38°39′，屬暖溫帶東亞季風(fēng)氣候，隸屬滄州市，共19 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域多年平均降水量524 mm，降水年際變幅大且年內(nèi)分配不均，多集中在6—9 月份。河間市多年人均水資源量180 m3，較全國人均水資源量2 300 m3（世界平均水平的1/4）而言，屬于水資源短缺突出的縣域。此外，區(qū)域水資源空間分布不均，現(xiàn)狀年（本文指 2018 年）故仙鄉(xiāng)人均水資源量303 m3，景和鎮(zhèn)人均水資源量227 m3，而河間市區(qū)人均水資源量僅為49 m3，水資源供需嚴(yán)重不平衡。河間市現(xiàn)狀各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人均水資源量分布詳見圖 1。

圖1 河間市現(xiàn)狀人均水資源量Fig. 1 Per capita water resources of study area

依據(jù)河間市水資源公報及實際調(diào)查，區(qū)域現(xiàn)狀年供水總量14 158 萬m3，供水水源為當(dāng)?shù)氐乇硭?、外調(diào)水、地下水（淺層、深層及微咸水）和再生水（表1）?？梢?，現(xiàn)狀年河間市供水主要依靠地下水，并且占比近72%是深層地下水，達(dá)4 693 萬m3，供水結(jié)構(gòu)極不合理，不利于河北省地下水超采綜合治理的實施，急需優(yōu)化調(diào)整?，F(xiàn)狀年，農(nóng)業(yè)不僅是河間市用水大戶而且是地下水用水大戶，農(nóng)業(yè)供水結(jié)構(gòu)極不合理。

此外，現(xiàn)狀年區(qū)域用水總量雖超過了當(dāng)年的控制紅線13 248.8 萬m3，但區(qū)域人均水資源量僅為163 m3，遠(yuǎn)低于全國人均水平，且分布不均（圖1）。因此，在未來的水資源配置中，在總量控制紅線下，節(jié)水應(yīng)重點考慮農(nóng)業(yè)、地表地下水源置換主要用于工業(yè)，并兼顧區(qū)域的均衡性。

表1 河間市現(xiàn)狀用水情況Tab. 1 Quantity of different water uses單位：104 m3

2 規(guī)劃年供需水預(yù)測

以現(xiàn)狀2018 年為基準(zhǔn)年，采用用水定額法對規(guī)劃水平年2025 年的供需水量進(jìn)行預(yù)測。各行業(yè)用水定額參考河北省《用水定額》（DB13/T1161—2016），并考慮經(jīng)濟和社會發(fā)展，城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活定額分別為130 和75 L/（人·d），農(nóng)業(yè)綜合定額為6 m3/ha，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)展規(guī)劃對2025 年平水年（P=50%）生活、工業(yè)、生態(tài)及農(nóng)業(yè)四類用戶進(jìn)行需水量預(yù)測。其中，生活根據(jù)人均日用水定額及《河間市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十三五”發(fā)展綱要》中人口自然增長率6‰進(jìn)行計算；隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)不斷增加，但考慮到工業(yè)節(jié)水措施，工業(yè)需水量依據(jù)現(xiàn)狀年工業(yè)用水量計算；農(nóng)業(yè)按照節(jié)水灌溉定額、河間市水權(quán)方案及《河間市地下水超采綜合治理地下水高效節(jié)水灌溉項目計劃》等農(nóng)田水利工程規(guī)劃核定的有效灌溉面積，并在此基礎(chǔ)上考慮調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，以種植需水量小的作物為主，以此來計算農(nóng)業(yè)需水量。各用水定額充分體現(xiàn)了用水效率的紅線約束作用，需水預(yù)測的計算與《河北省推進(jìn)全社會節(jié)水工作十項措施》的措施要求相符合。河間市平水年需水量的預(yù)測結(jié)果見表2。

表2 河間市2025 年平水年供需水量預(yù)測Tab. 2 Predicted quantity of water demand and supply for different users in 2025單位：104 m3

鑒于河間市水資源本底條件的匱乏性，對需水量采用區(qū)間化量值表述，以上述預(yù)測需水量作為區(qū)間的上限值，參考有關(guān)文獻(xiàn)[11]，以該值的80%作為預(yù)測需水量的下限值，以進(jìn)一步提高水資源的利用效率。計算可知，在節(jié)水條件下區(qū)域需水總量為 [10 783.11, 13 478.89] 萬m3，盡管當(dāng)前收集到的資料只有2020 年用水總量紅線控制指標(biāo)值，其用水總量指標(biāo)為14 292 萬m3，但節(jié)水模式下，河間市2025 年需水上限比2020 年總量控制紅線還要小，因此規(guī)劃年需水總量已在總量紅線控制范圍內(nèi)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)比較而言，河間市區(qū)的需水量最大，為[1 250.25, 1 562.81] 萬m3，果子洼鄉(xiāng)需水量最小，為[157.33, 196.66] 萬m3。對比表1 和表2 可知，規(guī)劃水平年的需水量與現(xiàn)狀年用水量相比減少了3 375.33 萬m3，減少率為24%，這進(jìn)一步說明了用水效率紅線的約束作用。

從供水結(jié)構(gòu)來看，在現(xiàn)狀年地表水、外調(diào)水、地下水及再生水4 種供水水源構(gòu)成基礎(chǔ)上，重點考慮南水北調(diào)東線二期規(guī)劃、深層地下水的壓采、鼓勵使用再生水等政策及區(qū)域水利工程改擴建的一系列規(guī)劃；在供水量上重點考慮了區(qū)域用水總量紅線的約束，其中，再生水可供水量根據(jù)區(qū)域污水處理廠的改擴建規(guī)劃的日處理能力核算；外調(diào)水可供水量根據(jù)南水北調(diào)工程及其配套工程規(guī)模、引黃水的供水能力來核算；地表水可供水量根據(jù)《滄州市第三次水資源評價》的可利用量及實際水利工程設(shè)計能力來核算。根據(jù)《河北省地下水管理條例》要求，農(nóng)業(yè)灌溉不允許開采深層地下水，因此各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)供水均以地表水和淺層地下水為主。考慮到現(xiàn)狀年淺層地下水的開發(fā)利用程度較高，將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)淺層地下水供水量控制在現(xiàn)狀年供水量以內(nèi)。深層地下水作為人飲備用水源，不可開采，在規(guī)劃年不納入?yún)^(qū)域水資源配置中。河間市平水年供水量的預(yù)測結(jié)果見表2，規(guī)劃年的可供水總量為10 727.88 萬m3，與現(xiàn)狀年用水總量相比明顯下降，體現(xiàn)了“以水而定”的指導(dǎo)思想。北石槽鄉(xiāng)、故仙鄉(xiāng)、景和鎮(zhèn)、黎民居鄉(xiāng)、龍華店鄉(xiāng)、詩經(jīng)村鄉(xiāng)、時村鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)均出現(xiàn)了不同程度的缺水，按照需水量下限河間市總?cè)彼?5.19 萬m3，其中，龍華店鄉(xiāng)缺水最為嚴(yán)重，缺水率53.4%。這也反映出考慮節(jié)水后，規(guī)劃水平年河間市水資源空間供需的不平衡依舊存在，需要開展區(qū)域內(nèi)的優(yōu)化配置，進(jìn)一步提高用水效益。

3 河間市水資源優(yōu)化配置

3.1 優(yōu)化配置模型的構(gòu)建

依據(jù)河間市的水資源情勢及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，以區(qū)域缺水量最小表示社會效益最優(yōu)，以區(qū)域凈效益最大表示經(jīng)濟效益最優(yōu)。

社會效益最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)：

根據(jù)區(qū)域規(guī)劃年供需水預(yù)測（表2）及發(fā)展規(guī)劃，并考慮用水總量控制和效率紅線，除了變量非負(fù)約束外，綜合確定模型的主要約束條件如下。

（1）水資源承載力約束。計算式為：

（2）需水量約束。計算式為：

（3）用水總量控制。計算式為：

式中： W為用水總量控制指標(biāo)（萬m3）。

（4）輸水能力約束。計算式為：

3.2 人工魚群算法

李曉磊[13]于2002 年在國內(nèi)首先提出人工魚群算法（AFSA），2013 年解建倉團(tuán)隊將該算法應(yīng)用于浐灞河流域的水資源配置中[15]。該算法以人工魚模擬真實魚在水域中進(jìn)行覓食、聚群和追尾3 種基本行為，根據(jù)魚游向水域中營養(yǎng)物質(zhì)最多的這一生物特點來尋優(yōu)[18-19]。在本文中，每條人工魚的數(shù)據(jù)代表某鄉(xiāng)鎮(zhèn)各行業(yè)分配到的水量，營養(yǎng)物質(zhì)最多即表示社會效益和經(jīng)濟效益最優(yōu)。

借助人工魚群算法的3 種基本行為來求解水資源優(yōu)化配置問題，具體思路如下：先確定優(yōu)化問題的決策變量，在此為各水源分配給各用戶的水量；然后初始化人工魚群，確定人工魚個數(shù)N 及可視域、三維移動步長、最大試探次數(shù)和擁擠度因子[20]參數(shù)，即步驟1；生成多條魚后，魚群中每個個體的位置代表一組決策變量，通過目標(biāo)函數(shù)確定每條魚所處空間位置的優(yōu)劣，將效益最優(yōu)值賦給公告板，該值即為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)各行業(yè)的分配水量，即步驟2；選用行為評價函數(shù)對人工魚的行為進(jìn)行評價，并判斷該數(shù)據(jù)是否比公告板數(shù)據(jù)更優(yōu)，若更優(yōu)，則將更優(yōu)數(shù)據(jù)更新到公告板，得到優(yōu)化后的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)各行業(yè)水量；否則公告板數(shù)據(jù)保持不變，即步驟3；判斷迭代次數(shù)，若達(dá)到最大迭代次數(shù)或滿意的誤差范圍內(nèi)，則終止試驗，即步驟4；若沒有，則執(zhí)行步驟2；如此，利用不同的行為策略不斷更新當(dāng)前個體的空間位置，反復(fù)迭代直到獲得最優(yōu)人工魚的空間位置，最終公告板上的水量即為優(yōu)化配置的最優(yōu)解。

3.3 模型求解與結(jié)果分析

3.3.1 相關(guān)系數(shù)或參數(shù)的設(shè)置 在模型求解前首先要確定用水費用、用水效益、供水次序系數(shù)和用戶優(yōu)先供水系數(shù)。用水費用參考水費征收標(biāo)準(zhǔn)，無資料地區(qū)依據(jù)附近的同類水源工程取值[21]。隨著社會的發(fā)展，規(guī)劃年的用水費用應(yīng)比現(xiàn)狀年高，因此將現(xiàn)狀年水費向上取整作為規(guī)劃年河間市的用水費用。用水效益從生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)4 個方面綜合核算，考慮各行業(yè)效益在短短幾年內(nèi)變化不大，因此將現(xiàn)狀年效益作為規(guī)劃年的效益來計算。為保證生活用水得到滿足，其用水效益選取較大值；工業(yè)用水效益取值為工業(yè)萬元增加值用水量的倒數(shù)，但鑒于區(qū)域水資源缺乏本底條件，考慮優(yōu)先保證居民生活用水，工業(yè)用水綜合效益不應(yīng)超過生活用水的綜合效益；農(nóng)業(yè)用水效益為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)收益乘水利分?jǐn)傁禂?shù)；生態(tài)環(huán)境與居民生活息息相關(guān)，因此，生態(tài)用水效益與生活用水效益取值相同。河間市生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水費用分別為4、5、1、3 元/m3，相應(yīng)的用水效益分別為400、350、20、400 元/m3。

供水次序系數(shù)反映幾大類水源的供水優(yōu)先程度，根據(jù)河間市“合理開采地下水，優(yōu)先利用地表水和再生水”的原則[22]，確定河間市水源供水次序先后為：外調(diào)水、地表水、再生水、地下水，各水源系數(shù)之比為0.4∶0.3∶0.2∶0.1。用戶優(yōu)先供水次序系數(shù)反映某行業(yè)相對于其他行業(yè)先得到供給的重要程度，根據(jù)“先生活，后生產(chǎn)”原則，并充分考慮生態(tài)用水與居民生活息息相關(guān)這一特點及和經(jīng)濟發(fā)展之間的平衡，確定本次供水次序先后為生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)用水，各用戶的系數(shù)之比為0.4∶0.3∶0.2∶0.1。本文采用權(quán)重法計算目標(biāo)函數(shù)值，考慮用戶缺水量小比經(jīng)濟效益大更重要些，因此經(jīng)濟效益與社會效益權(quán)重選取為0.4∶0.6。

根據(jù)前人對相關(guān)領(lǐng)域的研究和經(jīng)驗[11-16]，對人工魚群初始參數(shù)設(shè)置為：人工魚個數(shù)50，可視域0.5 m，移動步長20 m3，擁擠度因子0.618，最大試探次數(shù)20。

3.3.2 結(jié)果分析 根據(jù)3.3.1 節(jié)確定的相關(guān)系數(shù)和參數(shù)初值，在供需預(yù)測的基礎(chǔ)上，采用人工魚群算法對模型進(jìn)行求解，計算河間市規(guī)劃水平年2025 年平水年的水資源優(yōu)化配置結(jié)果。特別指出，鑒于河間水資源本底條件不好，又要高效節(jié)水，所以選用需水量下限值來計算缺水量，詳見表3。結(jié)果顯示：在不開采深層地下水的情況下，2025 年平水年河間市可供水量為10 727.88 萬m3，總需水量為10 783.07 萬m3，當(dāng)總供水量一定時，整個河間市僅果子洼鄉(xiāng)有余水可調(diào)配給其他缺水鄉(xiāng)鎮(zhèn)，加之各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利工程情況不同，使得區(qū)域總體缺水量574.73 萬m3，整體缺水率5.4%。其中，北石槽鄉(xiāng)、故仙鄉(xiāng)、景和鎮(zhèn)、黎民居鄉(xiāng)等8 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（表3）處于缺水狀態(tài)，特別是龍華店鄉(xiāng)，缺水率高達(dá)50.8%；從行業(yè)用水的滿足程度來看，缺水主要集中在農(nóng)業(yè)上，原因是現(xiàn)狀年農(nóng)灌水仍有3 637 萬m3深層地下水的使用量，而規(guī)劃年實施地下水壓采政策，特別是深層地下水禁采政策，使得農(nóng)業(yè)水資源的缺口增加。這一結(jié)果進(jìn)一步凸顯了河間市地表水資源的異常短缺及農(nóng)業(yè)發(fā)展和地下水生態(tài)保護(hù)之間的矛盾。

表3 河間市2025 年平水年水資源優(yōu)化配置結(jié)果Tab. 3 Optimal allocation of water resources in 2025 (P=50%)

考慮生活用水在整個優(yōu)化配置過程中的絕對優(yōu)先，因此，河間市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活用水的滿足程度都能得到保證。在水資源優(yōu)化配置中為避免工業(yè)用水過度擠占生態(tài)用水的情況發(fā)生，除了故仙鄉(xiāng)、龍華店鄉(xiāng)、時村鄉(xiāng)由于可供水量較小且經(jīng)濟社會發(fā)展速度較快無法滿足外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)用水基本可以得到滿足。并且，優(yōu)化后各行業(yè)的用水都在定額范圍內(nèi)且低于現(xiàn)狀年用水量，因此在用水效率方面相比粗放式的現(xiàn)狀有所提高。人工魚群算法根據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化各行業(yè)分配水量，優(yōu)化后的生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水結(jié)構(gòu)為24∶7∶67∶2，與現(xiàn)狀年用水結(jié)構(gòu)17∶9∶71∶3 相比，農(nóng)業(yè)用水量占比下降，工業(yè)用水量占比增加。這一變化可間接反映河間整體用水效益的提高，同時也體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)這一用水大戶節(jié)水后緩解各行業(yè)用水矛盾的作用。綜合可知，本配置結(jié)果與河間市水務(wù)局[23]提出的解決地區(qū)供用水矛盾[24]對策相匹配，缺水主要集中在農(nóng)業(yè)上，與前人在其他地區(qū)研究[5,12,14]的最優(yōu)方案相類似，側(cè)面也反映出文中水資源優(yōu)化配置方案的相對合理性。

人工魚群算法優(yōu)化配置后可以得到效益最高的分行業(yè)用水結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，河間市生活用水主要由外調(diào)水組成，其中，供給生活的外調(diào)水占比最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是故仙鄉(xiāng)，為16.54%；僅河間市區(qū)因人口眾多，外調(diào)水不能完全滿足生活用水，由少量淺層地下水進(jìn)行補充，外調(diào)水和地下水的比例為280∶1。由于龍華店鄉(xiāng)缺水量較多，其工業(yè)用水由外調(diào)水、再生水和淺層地下水組成，各自占比為14.31%、12.69%、73.00%，供給工業(yè)的再生水量占比為99.16%；其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)供水水源較為單一，為再生水，且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)用水量占總的再生水供水量比例各有不同，最少的為臥佛堂鎮(zhèn)，僅16.57%。整個河間市的生態(tài)供水水源均為再生水，其中，北石槽鄉(xiāng)生態(tài)再生水供水量占比最高（49.77%)，龍華店鄉(xiāng)因缺水嚴(yán)重，用于生態(tài)的再生水占比最小(0.84%)。以上用水結(jié)構(gòu)與區(qū)域工業(yè)和生態(tài)用水優(yōu)先使用再生水的政策相符合。

盡管分配給農(nóng)業(yè)的水量并不能完全滿足農(nóng)業(yè)用水需求，但其用水水源構(gòu)成（圖2）與現(xiàn)狀年相比更具多樣性，除了最缺水的龍華店鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)用水由外調(diào)水和地表水供給，人口最多的河間市區(qū)農(nóng)業(yè)用水由地表水、再生水和淺層地下水供給外，其他地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水由外調(diào)水、地表水、淺層地下水及再生水四種水源構(gòu)成。這一結(jié)果也體現(xiàn)了優(yōu)化配置后，農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)更加合理。

圖2 農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)Fig. 2 Water structure in agricultural use

從水源供水結(jié)構(gòu)來分析，區(qū)域地表水、外調(diào)水、地下水、再生水供水結(jié)構(gòu)為5∶71∶10∶14，與現(xiàn)狀年供水結(jié)構(gòu)43∶5∶46∶6 相比，地下水用量占比明顯減小，供水結(jié)構(gòu)利于區(qū)域未來的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。外調(diào)水（圖3 左列）主要供給生活和農(nóng)業(yè)，只有龍華店鄉(xiāng)的外調(diào)水還用于其他行業(yè)，龍華店鄉(xiāng)外調(diào)水供給生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)的占比分別為17.15%、19.21%和63.64%。再生水（圖3 右列）供給工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)3 個行業(yè)，其中的龍華店鄉(xiāng)工業(yè)用再生水占比最高，達(dá)99.16%；西九吉鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)用再生水占比最高達(dá)66.28%；盡管河間市區(qū)農(nóng)業(yè)用再生水的比例中等，為56.15%，但由于河間市區(qū)人口較多，外調(diào)水全部用于生活，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水無外調(diào)水，使得河間市區(qū)農(nóng)業(yè)用水水源構(gòu)成中，再生水的占比遠(yuǎn)高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，達(dá)79.91%（圖2）。由于水資源稟賦條件差，整個河間市地表水全部供給農(nóng)業(yè)，淺層地下水主要供給農(nóng)業(yè)。龍華店鄉(xiāng)由于缺水，淺層地下水全部供給工業(yè)，沒有用于農(nóng)業(yè)。

上述水資源配置結(jié)果為未來河間市水資源精細(xì)化管理提供了技術(shù)支撐，為河間市執(zhí)行“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”提供了決策參考。為河間市農(nóng)業(yè)開展旱作、休耕、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整以及高效節(jié)水灌溉等一系列政策提供了實施依據(jù)，也為科學(xué)優(yōu)化配置具有不同外調(diào)水等多源復(fù)雜水資源系統(tǒng)提供了解決思路。

圖3 不同水源供水結(jié)構(gòu)（左列為外調(diào)水，右列為再生水）Fig. 3 The structure of different water sources

4 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，水資源供需矛盾的持續(xù)升級，水資源優(yōu)化配置逐漸由單一目標(biāo)向多目標(biāo)發(fā)展?；诖?，本研究以社會效益和經(jīng)濟效益相對最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，建立了基于人工魚群算法的多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置模型，在華北平原典型缺水縣河間市開展了應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，將供水區(qū)概化為19 個子區(qū)，立足河北省地下水超采基本情勢及其政策執(zhí)行的實際情況，優(yōu)化了區(qū)域供水格局，預(yù)測了2025 年河間市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供需水量，并開展了供需一次平衡分析，計算得到河間市北石槽鄉(xiāng)、故仙鄉(xiāng)、景和鎮(zhèn)等共8 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在缺水，其中的龍華店鄉(xiāng)缺水最為嚴(yán)峻，缺水率達(dá)50.8%。

（2）選用快速跟蹤變化和跳出局部極值的人工魚群算法對配置模型求解，充分考慮了多水源聯(lián)合調(diào)度的供水端與用水戶之間的水量配合與協(xié)調(diào)，并采用權(quán)重的方法計算得到經(jīng)濟效益和社會效益相對最優(yōu)的水資源配置結(jié)果。優(yōu)化研究表明，2025 年大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活、工業(yè)和生態(tài)基本不缺水，農(nóng)業(yè)缺水較嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)總?cè)彼繛?65 萬m3。

（3）與現(xiàn)狀年2018 年相比，優(yōu)化后的河間市生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水結(jié)構(gòu)為24∶7∶67∶2，農(nóng)業(yè)用水占比降低，反映了河間整體用水效益的提高；優(yōu)化后地表水、外調(diào)水、地下水、再生水供水結(jié)構(gòu)為5∶71∶10∶14，地下水占比大幅降低，更利于區(qū)域未來的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。

基于目前研究成果與基礎(chǔ)，今后在能夠搜集到污水?dāng)?shù)據(jù)的前提下，進(jìn)一步考慮環(huán)境效益，完善水資源優(yōu)化配置模型的目標(biāo)函數(shù)；采用AFSA 在不同區(qū)域推廣應(yīng)用，并采用其他求解方法進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步驗證該方法的適用性。