湟水河谷多水源空間均衡配置研究

王 煜，劉柏君，賀麗媛，李福生，趙 焱

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450003）

0 背 景

多水源空間均衡配置是近年來(lái)水資源管理領(lǐng)域中的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問(wèn)題，是一個(gè)綜合了運(yùn)籌學(xué)、戰(zhàn)略管理、信息技術(shù)以及各種專門(mén)知識(shí)的交叉學(xué)科，是針對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用決策與生態(tài)調(diào)控保護(hù)的重要研究［1，2］。隨著國(guó)家調(diào)水工程的規(guī)劃與實(shí)施，如何均衡配置流域外調(diào)水、當(dāng)?shù)氐乇硭偷叵滤?、非常?guī)水，已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。例如，Wang等［3］研究了氣候變化與人類活動(dòng)影響下的城市供水問(wèn)題，提出了基于兩階段隨機(jī)規(guī)劃的多水源供水配置，并將其利用到烏魯木齊地區(qū)，并對(duì)配置結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。Davijania 等［4］分別采取粒子群算法和遺傳算法，對(duì)伊朗干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)用水水資源配置方案進(jìn)行了優(yōu)化，在考慮當(dāng)?shù)厮畠r(jià)、供水設(shè)施、供水成本及效益等因素的條件下，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化。王偲等［5］在充分考慮地表水、地下水、外調(diào)水、雨水等不同水源開(kāi)發(fā)利用潛力的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于“三條紅線”控制指標(biāo)的多水源聯(lián)合調(diào)控模型。張靜等［6］綜合考慮城市供水調(diào)度系統(tǒng)中存在的不確定性與復(fù)雜性，利用隨機(jī)規(guī)劃算法，構(gòu)建了多水源聯(lián)合供水調(diào)度優(yōu)化模型，模擬出地表水源、地下水源、外來(lái)水源的多水源聯(lián)合供水過(guò)程。章燕喃［7］等在考慮南水北調(diào)入京的情況下，以充分保證供水和棄水量最小為調(diào)度目標(biāo)，研究了北京市多水源調(diào)度過(guò)程，為水廠水資源配置提供技術(shù)參考。朱彩琳等［8］基于水資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境三大子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，構(gòu)建了面向空間均衡的水資源優(yōu)化配置模型，計(jì)算得到鹽城市2020年75%保證率下的水資源配置結(jié)果。左其亭、酈建強(qiáng)等［9，10］在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)“空間均衡”的研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從理論、方法和應(yīng)用3 個(gè)方面對(duì)水資源空間均衡展開(kāi)了說(shuō)明與研究。目前，關(guān)于多水源均衡配置主要是針對(duì)城市供水、空間均衡概念和理論等方面開(kāi)展，水資源配置從水量分配逐漸發(fā)展到協(xié)調(diào)考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)各方面需求的均衡調(diào)控，隨著調(diào)水工程的建設(shè)和山水林天湖草的優(yōu)化布局，關(guān)于流域大范圍內(nèi)的多水源均衡配置研究也愈發(fā)多樣化，重點(diǎn)在于配置目標(biāo)優(yōu)化選擇和流域大系統(tǒng)多水源空間配置模型構(gòu)建。以往研究多局限于某個(gè)側(cè)面或某個(gè)環(huán)節(jié)而基于流域范圍內(nèi)供水多目標(biāo)、用水多水源的流域水資源空間均衡配置研究較少。

因此，本文以青海省湟水河谷為研究對(duì)象，通過(guò)分析湟水河谷社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)等目標(biāo)要求，構(gòu)建包含經(jīng)濟(jì)社會(huì)缺水量最小、多水源調(diào)水生態(tài)效益最大、調(diào)水經(jīng)濟(jì)效益最大的多目標(biāo)水資源配置均衡模型，綜合提出湟水河谷引黃-引大-湟水等多水源空間配置方案，以期為水資源空間均衡配置理論發(fā)展、大型引調(diào)水工程論證、流域多水源均衡配置、區(qū)域節(jié)水與生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

湟水屬黃河上游一級(jí)支流，由干流及其支流大通河組成，流經(jīng)青海、甘肅兩省，流域面積為32 863 km2，其中青海省29 060 km2。湟水干流發(fā)源于青海省海晏縣大坂山南麓，自西向東流經(jīng)青海省的海晏、湟源、湟中、西寧、大通、平安、互助、樂(lè)都、民和等縣（市）和甘肅省蘭州市紅古區(qū)、永靖縣，于永靖縣上車村入黃，干流全長(zhǎng)374 km，天然落差2 635 m，平均比降為7.05%，流域面積177 33 km2，其中青海省16 120 km2。湟水干流兩岸支溝發(fā)育，水系呈樹(shù)枝狀分布，北岸主要有哈利澗河、西納川、云谷川、北川河、沙塘川、哈拉直溝、紅崖子溝和引勝溝等，南岸主要有藥水河、南川河、小南川、崗子溝、巴州溝和隆治溝等（如圖1所示）。

引黃濟(jì)寧工程是青海省規(guī)劃的東部地區(qū)戰(zhàn)略性水資源配置工程，涉及范圍包括湟源、湟中、西寧、大通、平安、互助、樂(lè)都、民和等縣（區(qū)）湟水干流部分，總面積13 958 km2，占青海省湟水干流面積的87%，工程具有覆蓋范圍大、供水能力強(qiáng)、保障程度高、服務(wù)期長(zhǎng)遠(yuǎn)等特點(diǎn)。工程開(kāi)發(fā)目標(biāo)一是為西寧-海東城市群供水，打造西寧-海東湟水河谷城市群和產(chǎn)業(yè)帶；二是為湟水河谷山水林田湖草生態(tài)帶供水，構(gòu)建城市群兩岸綠色長(zhǎng)廊；三是實(shí)施河湖水系連通，置換被擠占生態(tài)用水，打造湟水生態(tài)河、惠民河。

2 多水源空間均衡配置模型研究

2.1 多水源空間均衡配置思路

湟水河谷屬于缺水地區(qū)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和環(huán)境等多類用水協(xié)調(diào)十分困難。流域水資源配置時(shí)空跨度大，涉及地表水、地下水、非常規(guī)水源和跨區(qū)域調(diào)水等多種水源，包括湟水河谷、大通河流域、黃河干流3個(gè)水資源復(fù)雜系統(tǒng)；生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)等多類用戶，眾多水利水電工程，涉及不同地區(qū)和不同部門(mén)等利益相關(guān)的多決策群，涉及不同的利用方案和管理方式對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等方面影響，并且涉及黃河干流、大通河的供水與生態(tài)保護(hù)等內(nèi)容，是復(fù)雜的多目標(biāo)問(wèn)題。

空間均衡是根據(jù)流域或區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境用水需求的時(shí)空特征與水源條件的時(shí)空特征，考慮河湖連通等工程措施，綜合分析技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)等方面因素，進(jìn)行多水源空間優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域或區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境在空間上的均衡供水保障［12-13］。對(duì)于嚴(yán)重缺水的湟水河谷來(lái)說(shuō)，首先在強(qiáng)化節(jié)水的前提下，研究可能的外流域調(diào)水方案（引大濟(jì)湟和引黃濟(jì)寧）以實(shí)現(xiàn)水系河網(wǎng)連通，合理確定調(diào)入水量；在確定調(diào)水總量后，需要根據(jù)各調(diào)水方案（引大濟(jì)湟和引黃濟(jì)寧）時(shí)空特征，研究各調(diào)水方案對(duì)需水的滿足程度以及調(diào)水影響，優(yōu)化確定各調(diào)水方案的調(diào)水量；綜合考慮引大濟(jì)湟和引黃濟(jì)寧的調(diào)入水量和湟水流域本地水，進(jìn)行湟水河谷多源優(yōu)化配置。由此，湟水河谷多水源空間均衡的總體思路：優(yōu)化分析需外調(diào)水總量—優(yōu)化確定調(diào)水工程調(diào)水規(guī)?！獌?yōu)化配置流域多水源，即將多水源-多流域-多需水的水資源配置問(wèn)題分解為三個(gè)層次的優(yōu)化問(wèn)題：

第一層次：以流域（區(qū)域）經(jīng)濟(jì)社會(huì)缺水量最小為目標(biāo)，挖掘水資源節(jié)約集約利用潛力，以當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水、中水等水源可利用量為約束控制，優(yōu)化確定流域（區(qū)域）需外調(diào)水量。

第二層次：以調(diào)出區(qū)影響最小為目標(biāo)，包括調(diào)水工程生態(tài)效益影響最小與調(diào)水工程影響發(fā)電減少最小，提出各調(diào)水工程的可調(diào)水量，優(yōu)化確定各調(diào)水工程的調(diào)水規(guī)模。

第三層次：以水資源配置的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)水性最大為目標(biāo)，考慮從當(dāng)?shù)厮c調(diào)入水量，優(yōu)化提出各空間分區(qū)和部門(mén)的水資源配置方案。

2.2 多水源空間均衡配置網(wǎng)絡(luò)概化

湟水河谷可利用水源包括當(dāng)?shù)厮?、大通河調(diào)水、黃河干流調(diào)水，涉及湟水河谷、大通河流域、黃河干流3個(gè)水資源系統(tǒng)，涉及到地表水、地下水、非常規(guī)水源和跨流域調(diào)水等多種水源，生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)等多類用戶。通過(guò)對(duì)湟水河谷水資源配置系統(tǒng)各要素分析［14，15］，湟水河谷多水源空間均衡配置概化系統(tǒng)如圖2所示。

2.3 湟水河谷多水源空間均衡模型構(gòu)建

2.3.1 湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型

第一層次優(yōu)化模型選擇湟水河谷經(jīng)濟(jì)社會(huì)缺水率最小作為湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型目標(biāo)函數(shù)：

式中：Obj1為第一層次目標(biāo)函數(shù)；W-Needjkt為湟水河谷j分區(qū)k部門(mén)t時(shí)段的需水量；Res-Supijkt為i水源對(duì)湟水河谷j分區(qū)k部門(mén)t時(shí)段的供水量；αjk為湟水河谷j分區(qū)k部門(mén)相對(duì)于其他用水部門(mén)優(yōu)先滿足用水的重要程度系數(shù)。工程供水能力約束、河道節(jié)點(diǎn)取水量不超過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)水量約束、水源供水量不超過(guò)取水許可指標(biāo)的約束、水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中各時(shí)段庫(kù)容在庫(kù)容限制內(nèi)的約束、水庫(kù)泄流能力約束、河道生態(tài)基流滿足約束、可供水量非負(fù)約束［16］。

第一層次優(yōu)化模型采用協(xié)同遺傳算法對(duì)本層模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到當(dāng)?shù)厮磁c外調(diào)水供水量。

2.3.2 湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型

基于湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)化結(jié)果，以調(diào)水對(duì)調(diào)出區(qū)生態(tài)（大通河流域）與發(fā)電（黃河干流梯級(jí)電站）影響效益最小為目標(biāo)，優(yōu)化確定引黃濟(jì)寧工程與引大濟(jì)湟工程的調(diào)水規(guī)模。采用為維持河道生態(tài)流量用水而放棄的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活所損失的機(jī)會(huì)成本來(lái)量化調(diào)水引起的生態(tài)效益損失。需要注意的是，湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型計(jì)算結(jié)果應(yīng)不大于湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型計(jì)算結(jié)果。

選擇調(diào)水對(duì)調(diào)出區(qū)影響最小作為湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型目標(biāo)函數(shù)：

其中，Loss1表示調(diào)水對(duì)大通河流域生態(tài)影響效益最小，即：

式中：Obj2為第二層次目標(biāo)函數(shù)；EcoRes-Coejk為大通河流域生態(tài)用水效益相對(duì)于大通河流域j分區(qū)k用水部門(mén)用水效益的相對(duì)重要系數(shù)；DSup-BEjk為大通河流域j分區(qū)k用水部門(mén)用水經(jīng)濟(jì)效益；Dout-Voljk為引大濟(jì)湟調(diào)水相對(duì)于大通河流域第j分區(qū)第k用水部門(mén)的供水損失量；DOut-J為引大濟(jì)湟調(diào)水影響大通河用水的分區(qū)總數(shù)；DOut-K為引大濟(jì)湟調(diào)水影響大通河用水各分區(qū)用水部門(mén)總數(shù)；Currenjk為j分區(qū)k部門(mén)用水效益的貨幣轉(zhuǎn)換系數(shù)。

Loss2 表示調(diào)水對(duì)黃河干流梯級(jí)電站發(fā)電效益影響最小，即：

式中：Nm，t為黃河干流梯級(jí)電站發(fā)電平均出力；Δt為計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)度；YE_T為黃河干流長(zhǎng)系列調(diào)度時(shí)段總長(zhǎng)；YE_M為黃河干流梯級(jí)水庫(kù)電站總個(gè)數(shù)；Currenn為發(fā)電量的貨幣轉(zhuǎn)換系數(shù)。

該層優(yōu)化模型約束條件包含：模型計(jì)算調(diào)水工程調(diào)水量小于等于跨流域調(diào)水優(yōu)化總量值、大通河可調(diào)水量約束、取退水與匯水節(jié)點(diǎn)的水量平衡約束、工程對(duì)某用水戶可供水量小于等于該用水戶需水量約束、工程供水量不大于工程供水能力約束、河道節(jié)點(diǎn)取水量不超過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)水量約束、水源供水量不超過(guò)取水許可指標(biāo)的約束、水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中各時(shí)段庫(kù)容在庫(kù)容限制內(nèi)的約束、水庫(kù)泄流能力約束、河道生態(tài)基流滿足約束、可供水量非負(fù)約束。

對(duì)第一層模型求解得到的外調(diào)水總量采用枚舉法得到多個(gè)引大濟(jì)湟和引黃濟(jì)寧調(diào)水量的組合方案，將各方案代入本層次模型中，采用協(xié)同遺傳算法對(duì)兩目標(biāo)函數(shù)和進(jìn)行優(yōu)化求解，計(jì)算得到各方案（Loss1+Loss2）值；找到（Loss1+Loss2）最小值對(duì)應(yīng)的調(diào)水量組合方案，即為引大濟(jì)湟與引黃濟(jì)寧最優(yōu)調(diào)水量方案。

2.3.3 湟水河谷多水源優(yōu)化配置模型

在獲得調(diào)水工程的優(yōu)化調(diào)水規(guī)模后，以引黃濟(jì)寧、引大濟(jì)湟工程調(diào)水在受水區(qū)水量分配效益的經(jīng)濟(jì)值最大為目標(biāo)，采用當(dāng)?shù)厮Y源→引大濟(jì)湟調(diào)水→引黃濟(jì)寧工程調(diào)水水資源利用優(yōu)先序，優(yōu)化提出受水區(qū)各空間分區(qū)和部門(mén)的水資源均衡配置方案。

選擇各工程調(diào)水量在受水區(qū)取得的凈效益最大作為湟水河谷水資源優(yōu)化配置模型目標(biāo)函數(shù)：

其中：

式中：Obj3為第三層次目標(biāo)函數(shù)；HS_J為湟水河谷計(jì)算分區(qū)總數(shù)；HS_K為湟水河谷用水部門(mén)總數(shù)；HS_I為湟水河谷供水水源總數(shù)；Sup-BEijk為i水源向湟水河谷j分區(qū)k用水部門(mén)供水的效益；Sup-Costijk為i水源向湟水河谷j分區(qū)k用水部門(mén)供水的費(fèi)用；Res-Supijkt為i水源對(duì)湟水河谷j分區(qū)k部門(mén)t時(shí)段的供水量；Currenjk為j分區(qū)k部門(mén)用水效益的貨幣轉(zhuǎn)換系數(shù)。

該層優(yōu)化模型約束條件包含：取退水與匯水節(jié)點(diǎn)的水量平衡約束、工程對(duì)某用水戶可供水量小于等于該用水戶需水量約束、工程供水量不大于工程供水能力約束、河道節(jié)點(diǎn)取水量不超過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)水量約束、水源供水量不超過(guò)取水許可指標(biāo)的約束、水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中各時(shí)段庫(kù)容在庫(kù)容限制內(nèi)的約束、水庫(kù)泄流能力約束、河道生態(tài)基流滿足約束、可供水量非負(fù)約束。

本層模型采用協(xié)同遺傳算法計(jì)算引黃濟(jì)寧工程不同優(yōu)化調(diào)水規(guī)模［17］，采用加權(quán)和模糊綜合評(píng)價(jià)耦合法，從經(jīng)濟(jì)性與節(jié)水性兩方面得到引黃濟(jì)寧工程最優(yōu)水量分配模式的經(jīng)濟(jì)性與節(jié)水性總評(píng)評(píng)估得分，通過(guò)得分優(yōu)劣獲得引黃濟(jì)寧工程最優(yōu)調(diào)水規(guī)模。其中，模型涉及到的水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題依據(jù)水庫(kù)供水過(guò)程均勻原則，基于大系統(tǒng)聚合分解理論，采用兩時(shí)段滑動(dòng)尋優(yōu)算法求解水庫(kù)調(diào)度模型［18］。

湟水河谷多水源空間均衡模型按照“湟水河谷規(guī)劃水平年所需外調(diào)水總量?jī)?yōu)化→引大濟(jì)湟與引黃濟(jì)寧工程合理調(diào)水規(guī)模優(yōu)化→引大濟(jì)湟與引黃濟(jì)寧工程調(diào)水量?jī)?yōu)化分配”的多目標(biāo)分層進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化求解（詳見(jiàn)圖3），即先對(duì)目標(biāo)1 進(jìn)行優(yōu)化求解，隨后，目標(biāo)2 在目標(biāo)1 求解的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行優(yōu)化求解，最后以目標(biāo)1 和目標(biāo)2 結(jié)果為約束，優(yōu)化求解目標(biāo)3，從而獲得所需的優(yōu)化結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 多水源空間均衡配置方案

3.1.1 湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型求解

優(yōu)化計(jì)算結(jié)果顯示，2030年湟水河谷總需水量17.25 億m3，2040年各需水方案下湟水河谷總需水分別為22.9、21.23、20.69、19.33 億m3。

該模型求解過(guò)程中通過(guò)對(duì)湟水河谷當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水、中水進(jìn)行配置，根據(jù)缺水量及分布，分析引大濟(jì)湟與引黃濟(jì)寧工程的調(diào)水總量。模型通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)厮吹呐渲茫芩畢^(qū)2030年缺水為7.06 億m3，通過(guò)分析需要外調(diào)水凈水量為7.06 億m3。

2040年缺水分別為12.66、11.15、10.63、9.4 億m3，通過(guò)分析需要外調(diào)水凈水量分別為12.66、11.15、10.63、9.4 億m3。

同時(shí)，根據(jù)《引大濟(jì)湟工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)》成果，引大濟(jì)湟工程2030年調(diào)水量確定為2.56 億m3（河道外凈配置水量2.18億m3），因此，通過(guò)湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型計(jì)算得到2030年引黃濟(jì)寧工程凈調(diào)水量為4.63 億m3。

3.1.2 湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型求解

湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型考慮引大濟(jì)湟調(diào)水對(duì)大通河生態(tài)效益影響最小、龍羊峽調(diào)水對(duì)黃河干流梯級(jí)發(fā)電量減少的影響最小兩個(gè)目標(biāo)。大通河生態(tài)效益計(jì)算采用機(jī)會(huì)成本法，采用為維持河道生態(tài)流量用水而放棄的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活用水所損失的機(jī)會(huì)成本，來(lái)計(jì)算引大濟(jì)湟調(diào)水所影響的生態(tài)用水效益，根據(jù)對(duì)湟水河谷工業(yè)生活效益、灌溉效益的分析，工業(yè)生活單方水效益采用13.6 元/m3，農(nóng)田單方水綜合灌溉效益為3.3 元/m3，河道生態(tài)補(bǔ)水單方水效益8.45 元/m3。黃河干流梯級(jí)發(fā)電減少量采用黃河水資源配置模型按照黃河水量調(diào)度相關(guān)要求計(jì)算。

通過(guò)枚舉法得到的湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型優(yōu)化結(jié)果顯示，2040年各需水方案下引大濟(jì)湟凈調(diào)水量分別為3.87、3.68、3.57、3.37 億m3，引黃濟(jì)寧凈調(diào)水量分別為8.79、7.47、7.06、6.03 億m3。

3.1.3 湟水河谷多水源優(yōu)化配置模型求解

湟水河谷多水源優(yōu)化配置模型通過(guò)經(jīng)濟(jì)性最大目標(biāo)的優(yōu)化得到各需水方案下引大濟(jì)湟與引黃濟(jì)寧工程調(diào)水量的優(yōu)化配置結(jié)果，進(jìn)而通過(guò)分析引黃濟(jì)寧工程的經(jīng)濟(jì)性、受水區(qū)的節(jié)水性得到引黃濟(jì)寧工程經(jīng)濟(jì)性、節(jié)水性最優(yōu)的調(diào)水規(guī)模。

引黃濟(jì)寧工程不同調(diào)水規(guī)模經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示（詳見(jiàn)表1），隨著調(diào)水規(guī)模增大，引水隧洞洞徑由5.3 m、5.5 m 逐漸增大到5.6 m、5.9 m，工程總投資由322.47 億元、332.06 億元逐漸增加到337.15 億元、348.25 億元；各方案經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率由7.97%、8.81%增加到9.06%、9.8%，當(dāng)調(diào)水規(guī)模小于7 億m3時(shí)，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率低于8%，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差；從經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果看，調(diào)水規(guī)模越大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越好。

表1 引黃濟(jì)寧調(diào)水規(guī)模經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析Tab.1 Economic index analysis of different water diversion scales

以湟水河谷需水規(guī)模合理性、工程規(guī)模經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境因素以及為今后發(fā)展適當(dāng)留有余地作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)加權(quán)和模糊綜合評(píng)價(jià)耦合法得到引黃濟(jì)寧工程調(diào)水規(guī)模為7.9 億m3，其中2030年調(diào)水規(guī)模5.11 億m3。

模型優(yōu)化配置結(jié)果顯示，2030年引大濟(jì)湟供水規(guī)模為2.56億m3，湟水河谷配置河道外供水量17.0億m3，按水源分，當(dāng)?shù)氐乇硭?.74 億m3，黑泉水庫(kù)供水2.18 億m3，引大濟(jì)湟工程凈供水2.18 億m3，引黃濟(jì)寧工程供水4.63 億m3，配置地下水1.58 億m3，其他水源0.68 億m3。按用水部門(mén)分，生活供水3.35 億m3，工業(yè)供水3.89 億m3，農(nóng)業(yè)供水8.89 億m3，生態(tài)供水0.86 億m3。

2040年，按高水高用原則，引大濟(jì)湟工程調(diào)水量按滿足湟水北岸用水需求考慮，包括農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)生活和工業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境用水，以及置換北岸支溝被擠占的生態(tài)用水。根據(jù)供需平衡分析，2040年引大濟(jì)湟毛調(diào)水量4.18 億m3，與最大可調(diào)水量4.52 億m3相比余留0.34 億m3，作為湟水北岸未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用水需求增長(zhǎng)之用。

2040年湟水河谷配置河道外供水量20.69 億m3，按水源分，當(dāng)?shù)氐乇硭?.58 億m3，黑泉水庫(kù)供水2.18 億m3，引大濟(jì)湟調(diào)水3.57 億m3，引黃濟(jì)寧供水7.06 億m3，地下水1.33 億m3，其他水源0.97 億m3。按用水部門(mén)分，生活用水4.6 億m3，工業(yè)用水5.62 億m3，農(nóng)業(yè)用水9.5 億m3，生態(tài)用水0.97 億m3。湟水河谷2030與2040年多水源空間均衡配置結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 湟水河谷2030與2040年多水源空間均衡配置結(jié)果 萬(wàn)m3Tab.2 Multiple water resources spatial equilibrium allocation plans in 2030 and 2040

3.2 湟水河谷多水源空間均衡配置方案分析

采用支付意愿法、分?jǐn)傁禂?shù)法等方法分析引黃濟(jì)寧工程調(diào)水的經(jīng)濟(jì)效益：①工業(yè)生活2030年、2040年供水效益分別為299 269、392 389 萬(wàn)元；②農(nóng)田灌溉效益為37 030 萬(wàn)元，工程調(diào)水將根本解決湟水南岸淺山干旱區(qū)灌溉水源，還為發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等農(nóng)民致富產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造先決條件；③引黃濟(jì)寧工程灌溉林地面積為4.3 萬(wàn)hm2，其中經(jīng)濟(jì)林0.67 萬(wàn)hm2，生態(tài)林3.67 萬(wàn)hm2，工程灌溉效益為12 495 元/hm2，灌溉年總增產(chǎn)效益為45 837 萬(wàn)元；④工程置換擠占的湟水南岸河道內(nèi)生態(tài)水量主要用于補(bǔ)充農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占的河道生態(tài)水量，其供水效益采用農(nóng)業(yè)單方水效益計(jì)算，約為3.55 元/m3，年生態(tài)補(bǔ)水效益為24 684 萬(wàn)元。綜上可知，本文構(gòu)建的湟水河谷多水源空間均衡模型可行，獲得的水資源優(yōu)化配置方案經(jīng)濟(jì)且合理。

4 結(jié)論和展望

針對(duì)湟水河谷具有的經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-生態(tài)-環(huán)境-水資源復(fù)合系統(tǒng)均衡發(fā)展需求，本文通過(guò)構(gòu)建湟水河谷多水源空間均衡模型，采用分層優(yōu)化求解思路，分別構(gòu)造了湟水河谷跨流域調(diào)水總量?jī)?yōu)選模型、湟水河谷多調(diào)水工程調(diào)水量?jī)?yōu)選模型與湟水河谷多水源優(yōu)化配置模型，得到了2030年和2040年湟水河谷多水源空間均衡配置方案，為湟水河谷本地水、引大濟(jì)湟調(diào)水、引黃濟(jì)寧調(diào)水等三個(gè)水源的空間配置與優(yōu)化組合以及引黃濟(jì)寧工程經(jīng)濟(jì)合理調(diào)水規(guī)模等問(wèn)題的解決提供了理論支持與模型支撐。研究成果豐富了流域水資源空間均配配置理論，也為流域生態(tài)保護(hù)、節(jié)水、保障水安全等技術(shù)進(jìn)步方面提供良好的推動(dòng)作用。

然而，考慮到調(diào)水工程規(guī)模大、調(diào)水線路長(zhǎng)、影響范圍廣，其運(yùn)行管理涉及部門(mén)多、利益關(guān)系復(fù)雜，調(diào)水工程安全運(yùn)行與優(yōu)化調(diào)度是未來(lái)需要關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。因此，未來(lái)研究可從以下方面開(kāi)展：①面向生態(tài)的湟水流域水庫(kù)群調(diào)度研究。在考慮外調(diào)水和本地水的聯(lián)合運(yùn)用下，如何通過(guò)湟水流域水庫(kù)群調(diào)度增加河川流態(tài)多樣性，增加物種生境多樣性，增加水生態(tài)系統(tǒng)多樣性值得進(jìn)行深入研究。②多主體博弈下的協(xié)調(diào)補(bǔ)償機(jī)制研究。研究可以考慮從多方博弈關(guān)系出發(fā)，分析有效的管理協(xié)調(diào)機(jī)制，從而探究更為優(yōu)化的補(bǔ)償機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)法律法規(guī)的優(yōu)化。③工程運(yùn)行動(dòng)態(tài)水價(jià)研究?？梢钥紤]利用協(xié)同學(xué)理論，研究工程良性運(yùn)行、地方承受力、水價(jià)、生態(tài)保證程度四者間的協(xié)同關(guān)系，從而找到四者間的均衡點(diǎn)，以均衡點(diǎn)為控制指標(biāo)，以期實(shí)現(xiàn)水價(jià)的動(dòng)態(tài)調(diào)控?！?/p>