干旱、半干旱復雜礦區(qū)水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置及綜合利用.pdf

1、我國水資源匱乏,尤其是北方干旱、半干旱地區(qū)。神府東勝礦區(qū)(以下簡稱神東礦區(qū))地處陜北黃土高原和毛烏素沙漠東南邊緣接壤地帶,是我國特大型煤炭生產(chǎn)基地,開采條件優(yōu)良。隨著煤炭資源開發(fā)規(guī)模逐漸增大,礦井排水、生產(chǎn)、生活、工業(yè)用水量逐年增加,煤炭工業(yè)發(fā)展與區(qū)域水資源供需、采煤活動與生態(tài)環(huán)境保護等矛盾日漸突出,嚴重制約本地區(qū)經(jīng)濟-社會-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。為此,本研究以整理分析現(xiàn)有資料為基礎,運用現(xiàn)場水文地質信息調(diào)查、室內(nèi)外試驗以及補充勘探等技術手段,

2、通過理論分析、模擬預測等方法研究礦區(qū)水資源分布(包括地表水、地下水、礦井水狀況和礦區(qū)生活用水)農(nóng)業(yè)用水、生產(chǎn)用水、工業(yè)用水的現(xiàn)狀及其變化趨勢,從系統(tǒng)論的角度評價礦區(qū)水資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀、演化趨勢開采利用潛力等,并結合礦區(qū)開發(fā)中長期目標,規(guī)劃神東礦區(qū)未來不同水平年的水資源優(yōu)化配置方案；提出礦區(qū)未來水資源開發(fā)利用規(guī)劃模式和水資源綜合利用技術方案,為本區(qū)水資源的優(yōu)化配置、合理開發(fā)、綜合利用和科學管理提供技術支持。
　　 首次提出水文

3、地質試驗參數(shù)初選、水位擬合調(diào)整參數(shù)、隨機階層式結構評估沉積物空間變異性確定水文地質參數(shù)一套全新參數(shù)反演方法,并成功應用于大區(qū)域復雜礦井地下水系統(tǒng)數(shù)值模擬中。該參數(shù)反演方法的核心:首先根據(jù)多組抽水試驗所取得的各井孔含水層的水文地質參數(shù),作為各井孔所在參數(shù)分區(qū)含水層的代表性水文地質參數(shù),并在此基礎上使用在模擬期末實測的地下水位資料進行水文地質參數(shù)調(diào)整；最后通過水文地質參數(shù)空間變異性研究,利用階層式結構來評估沉積物空間相關性結構對滲透性的影響

4、,運用隨機統(tǒng)計方法以及最優(yōu)化理論最終確定水文地質參數(shù)。
　　 采用等維灰數(shù)遞補動態(tài)GM(1,1)方法預測區(qū)域需水量,應用包氣帶水分運移數(shù)值模型確定降雨入滲系數(shù),提高了礦區(qū)水資源供需平衡分析和水資源量評價的工作精度。
　　 構建了礦區(qū)水資源多目標規(guī)劃模型實現(xiàn)了復雜水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置。按照神東礦區(qū)規(guī)劃目標,制定了模型建立準則,構建了多目標、多水源、多用戶、不同水質規(guī)劃模型目標函數(shù)、決策變量、目標約束以及約束條件；利用MATL

5、AB優(yōu)化工具箱(OptimizationToolbox)中多目標優(yōu)化函數(shù)fgoalattain建立了本模型的優(yōu)化算法；以不同規(guī)劃水平年為基準進行了水資源優(yōu)化調(diào)配,提出了不同水源不同用戶之間水資源綜合利用調(diào)配的最優(yōu)技術方案,達到了水資源供給保證率最大、用水費用最低的目的。
　　 最后,形成以神東礦區(qū)為典型代表的大區(qū)域復雜水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置以及綜合利用的系統(tǒng)理論與方法,即:區(qū)域供需水量評價→地下水模擬與管理→采礦影響評價→大區(qū)域水資