钦州市水资源多目标优化配置研究.pdf

分类号TV212.2 密级.UDC _专业学位硕士学位论文钦州市水资源多目标优化配置研究专业学位名称 工程硕士（水利工程领域）_ _ 钦州市水资源多目标优化配置研究 摘要最严格水源管理制度的出台，标志着我国水资源管理由传统“开源”方法转变为适度“开源”，大力“节流”的水资源可持续发展新态势。“三 条红线”约束应作为区域水资源管理考核的重点内容应与水资源优化配置 建立紧密联系。在详细分析了“三条红线”约束内容的同时重点考虑区域 社会经济与环境综合效益，构建基于“三条红线”约束的水资源多目标模 型。根据钦州市水资源开发利用现状，分别采用定额法、趋势外延法、重 复利用率提高法及行业万元产值用水量法对生活、第二产业、第三产业、环境及农业部门在P=75%来水频率下进行规划水平年需水预测，分别得出 规划年2020年与2030年钦州市各部门需水总量为16.84亿n?及22.67亿 m3o同时综合考虑了钦州市现有水利工程的开发现状，并从工程来水情况、供水能力和需水要求三个方面分析钦州市可供水量，构建了城市可供水量 分析框架体系，重点分析中、小型蓄水工程与引、提水工程的可供水量简 化计算方法并通过规划年水利工程建设信息预测得到钦州市2020、2030年 可供水量分别为13.52亿m3及18.55亿m3。面对钦州市规划年异常激烈的 水资源供需矛盾，利用规划年供需水量预测成果对钦州市进行水资源三次 供需平衡分析，掌握规划年钦州市水资源供需态势，为接下来的水资源优 化配置方案的制定奠定基础。根据钦州市规划年的可能社会发展情况制定6个水资源配置情形。采 用多目标优化算法NSGA-II分别对2020、2030年共12组方案进行求解可 知，钦州市实行最严格水资源管理制度可以获得综合最优效益。按方案3 发展模式的钦州市可获得最优的社会经济与环境效益。其中，2020年的缺 水量为29064.9万m3,GDP产出为1505.1亿元,COD排放总量为37892.2 吨；而2030年的缺水量为35886.4万n?,GDP产出为4194.1亿元，COD 排放总量为40947.3吨。最后针对2020年的缺水情况，分别提出充分利用“污水回用”、“雨洪水资源”与农业节水相结合的缓解钦州市缺水措施；而对2030年仅采用各部门的节水措施缓解钦州市缺水问题。关键词：最严格水资源管理制度 三条红线 钦州市 多目标 水资源优化配置NSGA-II算法IIStudy on Multi-objective Optimization of Water Resources allocation in QinzhouABSTRACTThe most st ringent wat er source management syst em carried out which marks a new t rend of sust ainab le development of wat er resources in China from t he t radit ional aopen sourcew approach t o t he moderat e“open sourcen and vigorously t hrot t le”.The“t hree red lines”const raint quant it at ive indicat ors should b e closely linked t o t he opt imal allocat ion of wat er resources as one of t he import ant means of mit igat ing t he cont radict ion b et ween regional wat er supply and demand.This paper first ly analyzes t hent hree red lines const raint cont ent in det ail,and est ab lishes a mult i-ob ject ive wat er resource model b ased on t hent hree red linesHconst raint s which considering t he regional social economy and environment al b enefit s.According t o t he st at us quo of wat er resources development and ut ilizat ion in Qinzhou,t he fixed-rat e met hod,t rend-ext ension met hod,repeat ed ut ilizat ion rat e improvement met hod and t he indust ry*s wat er consumpt ion met hod for 10,000 RMB of out put value are used for municipal,secondary indust ry,t ert iary indust ry,environment and agricult ural sect or at P=75%wat er frequency.The conclusion is 16.84(108m3)and 22.67(108m3)respect ively in planning years 2020 and 2O3O.The planned annual demand wat er forecast is made at P=75%wat er frequency.At t he same t ime,referring t o t he cont ent s of t heuNat ional Wat er Resources Comprehensive Planning Out line,t he long series of adjust ment met hods and simplified met hods are used t o calculat e and analyze t he wat er supply capacit y of t he wat er st orage,wat er diversion and wat er lift ing project s in Qinzhou Cit y at P=75%wat er frequency of t he incoming wat er frequency.The planning annual wat er conservancy project const ruct ion ininformat ion in t he 13t h Five-Year Plan Report of Qinzhou Wat er Conservancy Development Reformnpredict s t he wat er availab ilit y of Qinzhou Cit y in t he planning years of 2020 and 2030 which t he out come are 13.52(108m3)and 18.55(108m3)respect ively.According t o t he est imat ed annual supply and demand wat er forecast result s,t he b alance of supply and demand of wat er resources in Qinzhou was analyzed.Mast er t he supply and demand sit uat ion of wat er resources in Qinzhou during t he planning year.According t o t he possib le social development sit uat ion of Qinzhou planning year,six wat er resources allocat ion plans are formulat ed.Using t he mult i-ob ject ive opt imizat ion algorit hm NSGA-II t o solve t he 12 set s of plans in 2020 and 2030 respect ively,it can b e seen t hat t he most st ringent wat er resources management syst em in Qinzhou can ob t ain comprehensive opt imal b enefit s.According t o t he development model of t he scheme 3,Qinzhou Cit y can ob t ain t he b est social and economic b enefit s which t he wat er deficit are 29064.9(106m3),t he GDP value are 1505.1(108RMB)and t he emission of COD are 37892.2 t on in 2020;t he wat er deficit are 35886.4(106m3),t he GDP value are 4194.1(108RMB)and t he emission of COD are 40947.3 t on in 2O3O.Finally,in view of t he wat er short age in 2020,t his paper proposes t o make full use 0fHsewage reuse,rain and flood resourcesnand agricult ural wat er saving t o alleviat e t he wat er short age measures in Qinzhou;fb r 2030,only t he wat er saving measures of various depart ment s are adopt ed.Alleviat e t he short age of wat er in Qinzhou.KEY WORDS:The most st ringent wat er resources management syst em;Three red lines;Qinzhou;Mult i-ob ject ive opt imizat ion;NSGA-II algorit hmIV目录摘要.IABSTRACT.Ill第一章绪论.11.1 研究背景.11.2 研究意义.31.3 国内外研究现状.31.3.1 水资源优化配置模型研究进展.31.3.2 最严格水资源管理制度背景下的水资源优化配置研究进展.51.4 主要研究能容和技术路线.61.4.1 研究内容.61.4.2 研究技术路线.81.5 本章小结.8第二章 水资源多目标优化配置模型研究.92.1 最严格水资源管理制度内容.92.2 基于最严格水资源管理制度的水资源优化配置方法.102.3 水资源多目标优化配置模型构建.112.3.1 水资源多目标优化配置通用模型.112.3.2 目标函数.122.3.3 约束条件.122.4 水资源多目标优化配置模型求解方法.142.4.1 多目标规划转化为单目标问题求解方法.142.4.2 多目标算法直接求解多目标规划.142.4.3 NSGA-II 算法概述.152.5 本章小结.18第三章 研究区域概况.193.1 自然地理概况.193.1.1 地理位置.193.1.2 地形地貌.193.1.3 气候条件.203.1.4 河流水系.203.2 社会经济概况.213.2.1 经济概况.21322社会概况.223.3 水资源开发利用状况.233.3.1 水资源开发程度分析.233.3.2 用水分析.233.4 本章小结.24第四章钦州市供需水量预测与分析.254.1 考虑“用水效率红线”的钦州市需水量预测方法.254.1.1 生活需水预测方法.254.1.2 第二产业需水预测方法.254.1.3 第三产业需水预测方法.264.1.4 生态环境需水预测方法.274.1.5 农业需水预测方法.274.2 钦州市社会经济指标分析.284.3 钦州市各部门用水定额预测.294.3.1 生活需水定额分析.294.3.2 工业需水定额分析.304.3.3 建筑业及第三产业需水定额分析.304.3.4 农业需水定额分析.314.4 钦州市各部门需水量预测成果.324.5 钦州市可供水量预测.334.5.1 可供水量预测方法.344.5.2 钦州市现状年可供水量计算.36453规划水平年可供水量预测值计算.394.5.4 钦州市规划水平年可供水量预测成果汇总.404.6 本章小结.41第五章钦州市水资源三次供需平衡分析.425.1 供需平衡分析方法.425.2 水资源三次供需平衡原理.425.3 水资源三次供需平衡分析结果.435.3.1 一次供需平衡分析.435.3.2 二次供需平衡分析.445.3.3 三次供需平衡分析.455.4 本章小结.46第六章水资源优化配置模型求解.476.1 水资源优化配置方案集拟定.476.2 模型决策变量.4863模 型参数.496.3.1 用水部门权重系数.496.3.2 供水次序系数.516.3.3 用水部门产值系数.516.3.4 污水排放系数.516.3.5 各部门COD排放浓度.526.4 模型求解结果.536.5 方案评价.566.6 解决缺水问题的对策.786.7 本章小结.80第七章结论与展望.817.1 结论.817.2 展望.82参考文献.83攻读硕士学位期间发表论文情况.88致谢.89广西大学工程顾士学阮跄文钦姗市水资嫄身目标优化配亶研究第一章绪论1.1研究背景水是生命的源泉，是生产的关键，也是生态的基础。改革开放以来，我国经济社会 的跨越式发展造成了水资源供需的突出矛盾。水资源短缺，水污染严重，水生态恶化等 突出问题已经成为制约我国经济优质快速发展的重大瓶颈。虽然中国拥有占全世界 50%数量的大坝、占全世界21%的灌溉面积以及全世界最大的调水工程-南水北调工程。但是，这些水利基础设施为中国的粮食安全及经济的发展发挥巨大效益的同时也导致了 淡水生物多样性的破坏、水土流失以及库区人口安置等问题。着重通过大量水利工 程建设以增加可供水量“开源方法”为主导的传统水资源管理制度已不能适应经济高速 发展下的中国社会。如何高效利用集中的水利基础设施，以分散的水利基础设施建设、高效的技术、人力资本为补充，努力提高各部门用水效益及用水效率的问题有待于解决。随着工业化、城镇化与农业现代化的深入发展，加之全球气候变化导致的极端天气 出现，我国水资源矛盾将会变得更加尖锐，水资源形势将面临严峻的考验。为解决我国复杂的水资源问题，实现水资源的高效利用与有效保护，在充分参考国 内外先进的水资源管理经验条件下,2011年中央1号文件和中央水利工作会议明确要求 实行最严格水资源管理制度，从坚持以人为本、人水和谐、统筹兼顾、改革创新以及因 地制宜五个方面原则为出发点，确立水资源开发利用控制，用水效率控制和水功能区限 制纳污“三条红线”，从制度上推动我国经济社会与水环境承载能力的相互关联与相互 促进。2008年，国务院正式批准实施广西北部湾经济区发展规划，标志着北部湾经济 区的开发上升为国家战略，北部湾经济区迎来了千载难逢的历史性机遇。钦州市作为我 国北部湾经济特区中最重要的工业城市之一，在我国第六大保税港钦州港以及中马产业 园建立的大背景下，一系列的高新技术产业和战略性新兴产业相机落户钦州，可靠的水 质、水量保障越来越成为钦州市经济发展的重要要素。虽然钦州市水资源可利用量为 35.7亿，水量较为丰富，但由于流域上游缺乏调节水库，下游地势低洼平坦，受潮 水影响较大，实际水资源可利用量并不多。钦州市社会经济的快速发展，在城镇生活、工业及农业需水量的急剧增加的同时，污染物排放总量也显著增加，根据2003至2013年钦州市水资源公报整理出钦州市用水 总量及污染物排放总量如图1-1和1-2所示。1广西大学工程顾土学伍论文钦州市水资源多目标优化配置:研究10-1 1 1 1 1 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014年份 m3)-dq=H去，三二 图1T钦州市历年用水总量Fig.1-1 Tot al wat er use in Qinzhou over t he years12000-11000-10000-900()-8000-/7000-6000-./5000/4000 i|r ,I i 95%后=1 i=l/=1 DMunicipal(2-9)(4)用水总量控制红线约束：本地水源、外流域调水水源向生活、第二产业、服务业、生态、农业用户的供水量不超过各子区用水总量控制红线水量。K J 1 K J LXZZM+ZZZKwz黑A=1 j-/=!k=j=1=1(2-10)式中：为女子区的用水总量控制红线约束指标值。(5)限制纳污红线约束：生活、第二产业、服务业、农业用水户向河道内排放的污染物C0D总量不超过限制纳污控制量KJ 1 L L LE x.j+codk=j-/=1=1(2-11)式中：Zcod为纳污红线约束条件下钦州市的COD限制排放量。(7)变量非负约束13广西大学工程破士学版给文 钦州市水资獐多目标优化配置新究2.4水资源多目标优化配置模型求解方法2.4.1 多目标规划转化为单目标问题求解方法早期多目标求解方法多采用加权求和法、目标规划法网、最大最小法网等决策方 法将多目标规划中各目标赋以目标权重并将无量纲化处理后的各目标线性相加转化为 单目标问题。求解步骤如下式所示：(1)根据研究区域实际情况，结合决策多方面判断，确定各目标权重明。确定权 重的常用方法有层次分析法等。(2)由于经济、社会、环境部门的目标函数的单位是不同的，不能应用权重系数 简单地对它们将它们简单相加得到一个单目标函数。故每个目标函数都应做无量纲化处 理。线性归一法为常用于无量纲化处理的方法，其公式如下所示：其中，叫、分别为Z%目标的最小值和最大值；2r为经过无量纲化处理的目标函数。(3)根据权重值将各无量纲化处理过的目标函数线性相加，从而将多目标规划转 化为单目标问题。采用公式对转化过程进行表述MaximizeZ(x)=2/川 Wk Zk(x)(2-13)S.T：xeFd其中，4(6为第左个目标；0为目标数量；工为决策变量。(4)采用智能算法对模型求解2.4.2 多目标算法直接求解多目标规划由于单目标优化算法一次运行只能产生一个解，当需要找到多个解决方案时，该方 法必须应用多次，从而每次模拟运行时找到不同的解决方案。但单目标算法对于问题的 搜索容易遭受凹凸性、连续性的限制。另外，对目标函数进行无量纲化处理过程中，目 标的最小值不易确定，而最大值的确定除了结合部门的规划报告外还需对每个目标分别 进行最优化计算，导致了计算量的急剧增加西。故从上个世纪90年代中期开始，多目 标进化算法被广泛应用在工程优化领域中。多目标算法的优点在于可以在一次模拟运行 中找到多个paret o非支配解集。并根据目标的实际情况，在非支配解集中选取最符合 14广西大学工程硕士学阮论文钦州市水樊源多目标比T匕配亶研究决策者偏好的一组解作为最优解。Cheung P B与2003年首次将多目标优化算法应用在 水资源优化配置研究耐。2.4.3 NSGA-II算法概述NSGA-I算法是由Kalyanmoy Deb等人此于2000年提出的具有Paret o最优解解集 且在遗传步骤选择中选择算子之前根据个体之间的支配与非只配关系进行了分层的多 目标优化算法。该算法通过对NSGA算法中的较为复杂的非支配排序、保留精英个体的 方法以及种群多样性维护机制进行改进的同时，避免了小生镜参数选择问题则，使其成 为被广泛应用于多目标规划求解问题。NSGA-II算法的优化步骤如下所示：(1)初始化种群pop并对所产生的种群进行非支配排序。而非支配排序的操作是 对种群中的所有非支配个体赋以相同的选择概率。首先在种群中找出所有非支配个体并 赋予排序值1,然后去掉这些非支配个体并在种群的剩余个体中再次发现非支配个体并 赋予排序值2。按此处理方法对种群中所有个体均采取排序操作。(2)采用二元锦标赛方法对父代个体进行筛选。所选择的父代个体被用于复制和 产生子代个体。在该方法中，两个随机选择出来的个体需进行适应度比较，拥有更好适 应度的个体被选为父代个体。选择操作主要基于排名顺序，但如果个体的排名相同，则 需要对两个个体进行拥挤距离比较。最终，排名低且拥挤度高的个体被选择。拥挤距离 的原理如式(2-12)和图2-2所示。M须=(2-14)m=l式中，西为种群中的个体；，(工J为个体不适应度值；为目标函数数量；玉/与否+1个体距离的平均值为个体七的排挤距离，如图2-2所示；15广西大学工程硕土学位论文钦州市水资既多目标优化配置所究f!图2-2拥挤距离原理图Fig.2-2 Crowding dist ance schemat ics为使个体毛的量纲统一，拥挤距离也可以表达为式（2-13）的形式:XiM=2m=fm(七+1)-Zw(巧1)人xYmin(2-15)式中，力max表示个体玉的适应度函数最大值；，min表示个体巧的适应度函数最 小值。（3）对种群中的个体执行模拟二进制（SBX）交叉以及多项式变异操作。其中模拟二进制交叉原理如式(2-14)、(2-15)及(2-16)所示：即=0.5*(1+%+(1%)天,2 芯 2=0.5*(1-%)%+(1+%)Xi2(2%)衣 ui 0为交叉分布指数；弓】、石,2分别为子代个体1和子 代个体2；&、巧,2分别为父代个体1，父代个体2。勺为从（0,1）区间产生的随机 数。多项式变异原理如式（2-17）及（2-18）所示。X=巧+3（见一，.）（2-19）16广西大学工程硕士学伍跄文钦州市水资源受目标优化配置研究其中，6=/1(2%)7-1,w;0.5(2-20)式中，同为经过多项式变异操作后的子代个体；毛为父代个体；、4分别为决 策变量的上限与下限。(4)将步骤(1)产生的种群与分别经过步骤(2)与(3)产生的子代种群合并产 生新的种群：中间种群(Int ermediat epop)o值得注意的是，中间种群的数量应为初始 化种群数量的二倍。(5)对中间种群执行非支配排序，同时计算非支配个体的拥挤距离。而每个非支 配前沿中的非支配个体均按升序进行填充，直到产生新的种群%pop。其中新种群中的 个体均为排挤距离最小的非支配个体。由此完成NSGA-II算法的一次完整的迭代过程。(6)重复步骤(1)(5)完成算法的多次迭代，最终找出满足优化条件的模型最 优解。NSGA-II算法的基本流程图如2-3所小：图2-3 NSGA-II算法的基本流程图 Fig.2-3 Basic flowchart of t he NSGA-H algorit hm17广西大学工程顼上学代论文钦州市水资界那目标优化配置研究2.5本章小结本章主要阐述了“三条红线”约束下的水资源优化配置基本理论，确立了“三条红 线”与水资源优化配置的关系，分析了水资源“三条红线”对水资源配置的约束作用，构建了考虑社会效益、经济效益、环境效益三个目标的“三条红线”约束下的水资源优 化配置模型，并将“三条红线”的约束指标增加到配置模型的约束条件之中。采用 NSGA-II算法对构建的钦州市水资源优化配置模型进行求解并对求解方法所涉及的遗 传算法、Paret o最优解、NSGA-H算法、控制精英策略遗传算法等理论进行了系统性的 概述。18广西大学工程硕士学伍论文钦:州市水货嫄多目标优T匕配置所究第三章研究区域概况3.1 自然地理概况3.1.1 地理位置钦州市是北部湾地区最重要的工业城市，地处北纬21 35,22 28与东经100 llz1090 9之间。北接南宁市，西临防城港市，东与北海市、玉林市接壤，全市总 面积为10843km2。钦州市下辖“三区两县”。其中“三区”分别为钦南区、钦北区及钦 港区。灵山县和浦北县为钦州市的“两县由钦南区和钦北区组成的钦州市主城区距离自治区首府南宁市约95km,距北海市 约80km,防城港市45km。钦州市在中国一东盟“一轴两翼区域合作与北部湾经济区 建设中占有得天独厚的区位优势，扼广西南出海通道之交通联系的咽喉，起着东西联系、南北贯通的作用，为广西北部湾沿海的交通枢纽。钦州市地理位置图如图3-1所示。图37钦州市地理位置图Fig.3-I locat ion in Qinzhou3.1.2 地形地貌钦州市北枕山地，南濒海洋，地势北高南低。境内山地主要分布在东北部和西北部,东北部有矗立着六万大山和罗阳山，地势雄伟，山峰林立；西北部以十万大山为主体；北部和西部属中丘陵地区，除少数山地及高丘陵外，一般海拔在250m左右；中部属低 19广西大学工程颍士学任论文铳州市水资源多国稀优匕配亶研究丘台地、盆地和河谷冲积平原区，以低丘和河谷平原为主，土地稍平坦；东部属低丘陵 区；南部属低丘海岗地、平原区，有钦州市最大的冲积平原一钦江三角洲。钦州市主城 区坐落于钦州市的南部，所处地貌单元为：低丘和河谷平原，地表高程约为310m。3.1.3 气候条件钦州市位于北回归线以南，在亚洲东南部季风区内，季风环流明显。由于南邻北部 湾，海洋性气候亦明显。钦州市属亚热带季风型海洋气候。根据月平均气温高于22c为 夏季划分季节的方法，钦州市夏季长达6个月之多，即从每年4月21日10月20日止。全年平均气温为22。最热的7月份，平均气温为1315C,其中极端最高气温为37.3；1月份虽是全年气温最低的月份，虽然曾有极端最低温为0的记录，但平均气温仍在 10C以上。钦州市多年平均降雨量为2026.3mm,其中最大年均降雨量出现在1995年(2828.7mm),最小年均降雨量为1053.1mm,出现在1989年。年均降雨量以中部和西 部最多。不利气象因素，主要为干旱、旱涝和台风。寒潮的入侵，其中钦州市在3月上 旬至4月中旬出现春旱的概率较大。9-10月之间出现秋旱的概率较大。3.1.4 河流水系钦州市主要河流水量充足，落差大，水力资源丰富。但全市河流皆为中小河流，且 均独流入海，不成水系口叫钦江作为钦州市的“母亲河”发源于灵山县白牛岭，集雨面积2337km匕干流长 202km,多年年流量63.69m3/s,流经灵山县的平山、佛子、灵城、那隆、陆屋，钦北区 的青塘、平吉，钦南区的久隆、沙埠、尖山镇，入茅尾海。钦州市其他重要的河流分别为大风江、茅岭江、南流江以及向北汇入西江的太平江 和武思江。其中南流江发源于北流县的大容山，集雨面积4643km2,干流长272Km,多 年年流量166m3/s,流经北流县、玉林市、博白县、浦北县及合浦县等，出口附近分三 支汇入北部湾。大风江发源于灵山县伯劳镇万利水库的高架田，集雨面积1972kHi2,干流长185km。多年平均流量18.7m3/s。流经灵山县伯劳，钦南区的那澎、沙埠镇的平银河东场镇，与 钦南区犀牛脚镇的沙角村流入钦州湾。茅岭江发源于钦州市钦北区的田家岭，集雨面积为2959km乙干流长H2.4km。多年 年平均流量49.3m3/s0流经钦北区的板城、新棠、长滩、小董、那蒙、大寺，钦南区的 20广曲大学工程破上学伍论文钦州市水资源多目徐优匕配置所究黄屋屯、康熙岭等乡镇，以及防城港市防城区茅岭江镇流域钦州湾。钦州市河流水系概 况如图2-2所示。图3-2钦州市河流概况图 Fig.3-2 The river syst em in Qinzhou 3.2社会经济概况3.2.1经济概况根据2015年钦州市国民经济和社会发展统计公报【53可知，2015年钦州市全市生产 总值（GDP）944.42亿元，较2014年增长8.4%。其中，第一产业增加值205.18亿元，增长4.1%；第二产业增加值381.75亿元，增长8.5%；第三产业增加值357.49亿元，增 长11.2%。三次产业对经济增长的贡献率分别为9.4%、51.9%和38.7%,其中工业对经 济增长的贡献率为28.6%。三次产业增加值的结构由2014年22.7：39.6：37.7调整为 2015年的21.7：40.4：37.9,第一产业比重下降1.0个百分点,第二产业比重提高0.8 个百分点，第三产业比重提高0.2个百分点。钦州市历年GDP总量及各产业增加值统计 数据如图3-2所示。21广西大学工程硕上学任免文钦州市水货嘛多目标优1匕配宜研究口 0S一塞三()I 1 I,I I I I I I I2(X)7 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016年份 CDP总早.（亿元）农业产业增加值（亿元）.产业增加值（亿儿）第:产业墙加值（亿心图3-3 钦州市各产业增加值统计数据Fig.3-3 St at ist ics on t he added value of various indust ries in Qinzhou100-Qi 总星；（万人）城镇人口（万人）农村人1人）50-._ _.*1 I,I 1 I I*I I*1*I*I2(K)7 2008 2009 2010 201 I 2012 2013 2014 2015 2016年份图3-4钦州市人口统计数据Fig.3-4 Populat ion St at ist ics in Qinzhou由图3-2可知，钦州市GDP总量呈高速增长趋势，第一产业（农业）增加值占GDP 比重呈现逐年下降趋势，第二产业及第三产业属于单方水GDP产出较高的产业，二者 增加值占比呈逐年上升趋势。3.2.2社会概况2015年钦州市户籍人口 402万人，常住人口 318.06万人。非农业人口 47.49万人,占总人口比重11.81%,城镇化水平较低。按2015年人口统计数据计算，平均人口密度 为291.93人/kn?。钦州市历年农业与非农业人口及常住人口统计数据如图3-3所示。由图3-3可知，钦州市人口总量呈现快速增长趋势，但城镇人口增长速度不足，钦22广西大学工程硕士学1 比论文钛州市水资嫄科目拂忧T匕配置所究州市城镇化率并不高。故钦州市未来生活及第三产业用水仍有较大增长潜力。3.3水资源开发利用状况331水资源开发程度分析由于钦州市水资源时空分布极不均匀，加之独流入海河流处于丘陵地带，且源短流 急等原因，开发利用条件较差。2015年，钦州市的水资源开发利用率为22.51%,在流 经钦州的各水资源分区中，南流江、钦江的开发利用率较高，其中南流江为28.63%,钦江为30.09%,大风江和茅岭江的开发利用率分别为6.90%和10.62%。总的来说，钦 州市水资源开发利用还由一定潜力。钦州市仅有一座大型水库一灵东水库，该水库位于灵山县境内，钦江上游，总库容 为16900万nf,控制流域面积145km2。其他9座中型水库分别为思明水库、荷木水库、大马鞍水库、田寮水库、金窝水库、长江水库、京唐水库、吉隆水库和石梯水库。总库 容为18883万m3 o钦州市已建成的小型水库和塘坝数量分别为382座和2072座。其中 小型水库的总库容为39518.38万n?,塘坝的总灌溉面积为U8729.00m3。钦州市另有 大型引水工程19座,总过闸流量为51474m3/s；中型引水工程13座,总过闸流量为5609m 3/s；小型引水工程153座，总过闸流量为5609m3/s。用于钦州市供水的提水工程一共 有9处，总装机流量为7.0932m3/s5i】。3.3.2用水分析根据钦州市2015年水资源公报阳】可知，2015年钦州市用水总量为15.04亿n?,其 中农业部门用水量为10.78亿n?,占全市用水总量的71.68%。生活、第二产业、第三 产业及环境部门用水量分别为1.69亿n?、1.90亿m3、0.63亿n?及0.04亿n?。分别 占全市用水总量的11.24%、12.63%、4.19%和0.27%。各用水部门历年用水统计数据如 图3-4所示。23广西大学工程硕士学伍论文钛州市水资源多目标优化配置研究-EK三W三14(100012(X)0()-1()(M)(X)-.X(X)(M)-6(X)(X)-牛.活用水区（m）-第二产业用水:（万m）一第：产业用水吊：（力nib 生态用水吊：（万m）农业用水用（万m）4(X)0()-2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014年份图3-5各用水部门历年用水统计数据Fig.3-5 Annual wat er use st at ist ics fb r each wat er use sect or由图3-4可知，钦州市农业用水一直处于较大比例。随着东部产业向钦州市的转移,从2010年开始，钦州市第二产业用水出现剧增，但由于工业节水工艺的发展和器具的 逐渐普及，从2011年后，钦州市的二产用水又出现了逐步减少趋势。第三产业用水自 2010年始呈现逐渐增长的趋势，这也是钦州市大力发展第三产业政策的体现。而生态环 境用水占总用水比例一直处于极低水平。3.4本章小结本章简要介绍了钦州市地理位置、地形地貌、气候特征、河流水系和社会经济概况,通过对水资源开发程度及各部门用水量趋势的分析明确了钦州市水资源开发利用状况。24广西大学工程须土学低论文钦州市水资源多目标优化配置研究第四章钦州市供需水量预测与分析4.1 考虑“用水效率红线”的钦州市需水预测方法需水预测应以钦州市不同水平年的社会经济发展指标为依据，着重分析城镇及农村 生活、第二产业、第三产业、环境生态及农业用水部门的需水要求。钦州市未来水平年 的需水量预测除需满足当地实际情况外，还要满足“用水效率红线”约束指标要求。对 于第二产业及农业用水部门的需水量预测必须遵循“用水效率红线”中的万元工业增加 值用水量及农业灌溉水有效利用系数这两项指标。本研究根据钦州市实际情况，分别采 用全国水资源综合规划技术细则附中推荐的定额法、趋势外延分析法“、重复利用 率提高法,及行业万元产值用水量法对各用水部门进行需水预测分析。4.1.1 生活需水预测方法由于钦州市城市化水平较低，生活需水预测需同时考虑城镇及农村生活用水需求。在一定范围内，未来水平年生活需水增长具有一定规律，故可采用趋势外延方法预测需 水量。该方法仅考虑城镇农村的用水人口及需水定额，可削弱其他不确定性因素对需水 预测的影响。趋势外延方法的计算原理如式（4-1）所示：%活=玄匕,（1+邑）*（4-1）0=1式中，吗活为某一规划水平年钦州市生活用水部门的需水量，万苏；4为用水区域，其中4=2分别代表城镇和农村；5为区域。的现状年人口数量，万人；&为区域q的人口增长率（）;为区域。某一水平年的需水定额，m3/a;为预测年 数。4.1.2 第二产业需水预测方法第二产业需水预测分析包含对工业及建筑业的需水预测计算。其中钦州市的工业部 门的需水预测又可分为一般工业与火电需水两大部分进行。由于提高水的重复利用率是 一般工业部门缓解供水不足的有效措施，故一般工业需水预测采用重复利用率提高法进 行计算。火电需水与火电站的发电装机容量有关，故采用装机容量用水量法对钦州市火 电需水进行预测。建筑业需水与建筑业产值水平息息相关，故应根据建筑业万元产