新疆地质第22卷第3期2004年9月Vol.22No.3XINJIANGGEOLOGYSep.2004文章编号：1000-8845(2004)03-256-06中图分类号:P641.8文献标识码:A地下水资源系统经济管理模型研究12刘斌,封丽华(1.新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐830001;2.新疆大学资源环境学院,新疆乌鲁木齐830000)摘要:以乌鲁木齐市柴窝堡供水水源地为例,运用系统分析方法和工程技术经济学原理,从水源地地下水可持续开发利用及水资源与社会经济环境协调发展的角度,探讨水源地合理开发与优化管理问题.研究过程中,在分析研究水源地地下水形成与分布规律的基础上,建立了水源地水文地质概念模型与地下水流数学模型;利用长序列观测资料,对地下水流数学模型进行了识别与验证.模型识别与验证中,在进行降速场、梯度场两场同时拟合的情况下,又将水均衡分析结果结合起来,提高了模型的仿真性,保证了利用模型进行预测的可靠性.在此基础上,应用响应矩阵法,将最优化模型与模拟模型相耦合,从水源地开发与社会经济环境协调发展的观点出发,以供水净收益最大为目标函数,建立了水源地地下水资源系统经济管理模型.最后,利用有限元方法,对管理模型运行后产生的方案进行了模拟预测,评价了系统地下水的A级允许开采量.关键词:地下水资源;系统;经济管理;模拟模型;最优化模型乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区首府,是新疆政质、边界、结构、信息传输、功能等进行了深入分析,治、经济、文化中心,现有人口208万u,城市供水能抽象概化出该系统的水文地质概念模型如下:系统地力45×104m3/d,目前缺水8.5×104m3/d.一方面城市下水为非均质各向同性的大厚度潜水,可近似处理为供水量不足,造成居民及工矿企业用水困难;另一方平面二维非稳定流.其西部、西南部及东南部边界,由面城市地下水资源超量开采,造成地下水位逐年下降,于边界垂直于地下水等水位线,被界定为隔水边界;环境污染日益严重,水资源总量逐年减少.水资源问北部及东部边界为定流量边界;南部边界为定水头边题已成为制约乌鲁木齐市经济发展及城市居民生活界.系统通过上部平面可以得到降雨入渗、灌溉回归水平改善的重要因素.为使地下水资源的开发与社水及渠道渗漏的输入补给,以蒸发和人工开采为其输会、经济和环境协调发展,使有限的地下水资源发挥出排泄.系统渗流域面积共计151km2(图2、3)w.最大效益,需要进行较为精确的地下水资源的数量评价,找到一种最优的地下水资源开采方案.3地下水资源系统的模拟模型1地下水资源系统的控制因素3.1系统模拟模型的建立依据所建立的水文地质概念模型和地下水动力柴窝堡水源地位于乌鲁木齐市东南50km,为新学知识,可将区内地下水资源系统概化为非均质各向生代坳陷构成的相对封闭的山间盆地型地下水资源同性潜水非稳定二维流.在某个初始流场下,其数学系统.该系统在形成、演变和改造过程中,主要受自然模型可表示为:v地理、地质地貌及人类活动因素的控制,该系统由单ì¶æ¶Hö¶æ¶Hön¶Hç÷ïçT÷+çT÷-ådiQi+W=m(x,y)ÎD,t>0纯自然状态演变为一个由自然和人为活动控制的复ï¶xè¶xø¶yè¶yøi=1¶tïH(x,y,0)=H(x,y)(x,y)ÎD,t=0合系统.系统研究方法步骤见图1.ï0ï¶H¶H¶Hí===0t³0¶n¶n¶n2地下水资源系统分析ïAFFEDCï¶HïT=q(x,y,t)t³0ï¶nABC以系统论的观点,对水源地地下水资源系统的性ïH(x,y,t)=H(x,y,t)t³0îED1收稿日期:2004-05-18;修订日期:2004-06-28第一作者简介:刘斌(1962-),男,陕西米脂人,高级工程师,1983年毕业于西安地质学院水工系,从事水文地质、工程地质与环境地质的管理工作u新疆维吾尔自治区人民政府.新疆维吾尔自治区城镇体系规划(2000—2020年)综合报告,2003v刘恩隆,刘斌,高洪宣,等.乌鲁木齐市柴窝堡水源地供水水文地质勘探报告,1994w封丽华,王文科.新疆乌鲁木齐市柴窝堡水源地开采资源评价报告,1998第22卷第3期刘斌等:地下水资源系统经济管理模型研究257图1地下水资源系统研究流程图Fig.1StudyprogrammeofGroundwaterresourcessystems式中:H(x,y,t)——潜水位高程(m);δi——第i口井的δ函数;x,y——空间坐标(m);H0(x,y)——渗流区初始流场(m);2T——导水系数(m/d);H1(x,y,t)——第一类边界上的水头分布(m);k——渗