摘要: 随着经济的发展和城市的扩张，格尔木市对水资源的需求量日益增加，合理开发配置水资源，维持当地生态环境平衡，对格尔木市的可持续发展有着重要的意义。在2006 年格尔木市水资源开发利用情况的基础上，结合格尔木市的发展规划，预测了2010 年格尔木市的水资源供求关系。以生态效益和社会效益最优化、经济效益最大化为目标，提出了2010 年格尔木市水资源优化配置方案。利用目标规划法建立了优化配置模型，使用GLPS 软件对模型进行了编程求解。结果表明: 该配水方案实现了各项预期目标，满足了2010 年格尔木市各部门的用水需求。最后，对格尔木市水资源发开利用提出了几点建议。

关键词: 优化配置; 目标规划法; 水资源; 格尔木市; GLPS 软件

中图分类号: P641. 8 文献标识码: A 文章编号: 1007-2284(2011) 02-0046- 04

Optimal Allocation of Water Resources in Golmud City

LI Ying-zhi1 , TONG Yuan-qing1 , ZHANG Sen-qi1 , LIU Zhen-ying2 , GUO Yan-wei1

Abstract: With the development o f cities, Golmud City demands more and mo re water resources. The allocatio n of water resources and protection of environment is very important to Golmud City. This paper predicts the water supply and demand of Golmud City in 2010, which is based on the development of water resources situation of Golmud City in 2006 and the development planning of Golmud City. The objective is to maximize economic and social benefits. The authors have presented the optimal allocation program of water resources of Golmud City in 2010, established an optimal allocation model of water with goal programming, solved the programming model by GLPS software. The results show that the program has not only achieved the goals set, but also met the water needs of various depart ments of Golmud City in 2010. Finally , some suggestions are made for the development of water resources of Golmud City in this paper.

Key words: optimal allocation; goal programming ; water resources; Golmud City; GLPS software

0 引言

格尔木市地处青藏高原东北部，辖区由柴达木盆地中南部和唐古拉山地区2 块互不相连的区域组成，总面积11. 89 万km2 。从1980 年建市至今，格尔木市迅速崛起为一个以盐化、石化为支柱产业的新兴工业城市。格尔木市市区位于格尔木河冲积平原上，城市总体规划面积52 km2 。据资料，现市区建成面积32 km2 ，全市人口27 万，其中城市人口占90%以上[1] 。

由于城市人口迅猛增长和工业高速发展，对当地水资源的需求量越来越大，水资源供需矛盾与水环境问题日益严重。合理开发利用水资源，支持国民经济的发展，保护当地脆弱的生态环境，对格尔木市的可持续发展有着重要的意义。本文针对格尔木河流域范围内格尔木市市区进行水资源优化配置研究。

1 格尔木市水资源概况

格尔木市位于柴达木盆地南缘的中部地区，南依昆仑山,北临达布逊湖，平均海拔2 780 m，处于干旱荒漠区和半干旱荒漠区之间。该区气候高寒干旱，少雨多风，日照时间长，昼夜温差悬殊，属于典型的高原内陆盆地干旱气候。据格尔木与察尔汗气象站资料，格尔木市多年平均气温4. 77℃，多年平均蒸发量2 626. 9 mm，多年平均降水量43. 4 mm。

格尔木市水资源比较丰富，主要来自于格尔木河。格尔木河发源于昆仑山北坡，上游的雪水河与昆仑河2 大支流在昆仑桥附近汇集以后，由南至北流经格尔木市，最终注入达布逊湖(见图1) 。格尔木河流域现有地表水资源7. 99 亿m3 ，地下水资源6. 442 亿m3，其中地表水资源与地下水资源重复量5. 99亿m3 ，水资源总量为8. 442 亿m3 。

图1 格尔木河干流示意图

Fig. 1 The Golmud river main diagram

根据国际标准，在不影响生态环境的前提下，流域水资源利用率一般不超过40%，我国多采用60% ~ 70%，但考虑到格尔木流域内生态环境比较脆弱，应控制水资源利用率不超过45%[2] 。据统计，2006 年格尔木市总用水量2. 975 亿m3 ，水资源利用率为35. 24%。格尔木市的水资源开发利用尚有一定得潜力。

2 格尔木市水资源供求分析

2. 1 格尔木市水资源供给分析

考虑到格尔木市污水处理厂于2007 年5 月正式投入运营，为格尔木市增加了可供利用的水资源。在2010 年格尔木市的可供水资源有地下水资源、地表水资源、回用水资源。

2. 1. 1 地下水开采量

格尔木市处于昆仑山前冲洪积平原上，山前巨厚的第四系含水层蕴含了丰富地下水资源，总量为6. 442 亿m3。据统计,2006 年格尔木市地下水开采量为0. 287 亿m3 ，只占地下水总资源量的4. 45%，总体开采程度较低。

目前，格尔木市地下水设计最大供水能力28. 41 万m3 / d,水源地有市自来水公司二期水源地、盐湖西水源地、盐湖集团水源地、格尔木炼油厂生活水源地、铁路水源地、大水沟、尕拉滩供水水源地、驻格部队及零星分布的水源地。在现有水源地不增加的情况，格尔木市地下水最大开采量为1. 037 亿m3 ，占地下水总资源量的16. 1%，尚有进一步增采的空间。

2. 1. 2 地表水可利用量

格尔木市地表水资源主要来自于格尔木河。格尔木河流域地表水资源总量为7. 99 亿m3 ，其中格尔木河多年平均径流量为7. 82 亿m3 ，山前沟谷洪流量为0. 17 亿m3 。现阶段，格尔木市地表水资源的开发利用主要是通过渠道直接从格尔木河引水用于盐湖工业、农田灌溉、林地灌溉及城市环境用水。

考虑到格尔木河流域生态环境的脆弱性，参照国际标准,格尔木河水资源开发利用率不得超过40%，即3. 128 亿m3 ，否则会影响河流的生态环境。据统计，2006 年格尔木地表水资源的利用量为2. 69 亿m3 ，占格尔木多年平均径流量的33. 66%,尚有一定的开发潜力。

2. 1. 3 回用水资源量

格尔木市污水处理厂现已建成投产，其污水处理能力达5万m3 / d。污水经过二级处理后，可用于农田灌溉和生态环境用水。2010 年格尔木市污水回用资源量为0. 18 亿m3 。

2. 2 格尔木市水资源需求分析

2010 年格尔木市需水量包括生活需水量、工业需水量、农业需水量和城市环境需水量。随着经济的发展，格尔木市的需水量也将不断的变化。

2. 2. 1 生活需水量

格尔木市生活需水量包括城镇生活需水量和农村生活需数量。据资料，2006 年格尔木市区常驻人口16. 2 万人，其生活用水1 031. 39 万m3 ; 农村人口3. 9 万人，其生活用水量约为70 万m3 。在第5 次人口普查的人口平均增长率上，2010 年格尔木市人口达到35. 08 万人，其中城市人口占90%以上。在人均用水量维持2006 年水平不变的情况下，2010 年格尔木市生活需水量为0. 23 亿m3 ，其中城镇生活需水量为0. 223 亿m3 ,农村生活需水量为0. 007 亿m3 。

2. 2. 2 工业需水量

格尔木市工业需水量包括一般工业用水和盐湖工业用水。通过对格尔木市所属大中型企业用水量和在建项目预计用水量的调查，确定格尔木市的主要工业企业生产能力、用水量现状指标，来预测格尔木工业需水量。据统计，2006 年格尔木市工业用水量为0. 849 亿m3 ，其中一般工业用水为0. 249 亿m3 ,盐湖工业用水0. 6 亿m3 。预计到2010 年青海盐湖集团二期工程建成投产，格尔木市工业需水量将达到1. 802 亿m3 ，其中一般工业用水为0. 402 亿m3 ，盐湖工业用水1. 4 亿m3 。

2. 2. 3 农业需水量

格尔木市农业需水量包括灌溉需水量、畜牧需水量。据统计，2006 年格尔木市灌溉定额为4. 065 m3 / hm2 ，灌溉水利用系数仅为0. 1，灌溉用水量为2. 058 亿m3 ; 畜牧用水量为0. 003亿m3 。

按照格尔木河流域水利综合规划，近期至2010 年格尔木灌区总面积0. 435 万hm2 保持不变，灌溉定额为1. 4 万m3 /hm2 ，灌溉水利用系数达到0. 5，农业需水量为0. 591 亿m3 。根据格尔木市限制大畜数量与限制存栏数状况，预计2010 年格尔木市畜牧需水量为0. 006 亿m3 。

2. 2. 4 城市环境需水量

格尔木市城市环境用水主要用于城区林地、植物园的灌溉用水。其由城市绿化渠年输水，渠道设计流量0. 2~ 0. 3 m3 / s,输水时间4- 10 月。按最大输水量计，2010 年格尔木市的城市环境用水量为0. 062 亿m3 。

3 格尔木市水资源优化配置模型

3. 1 优化目的

根据格尔木市生态环境现状和水资源开发利用程度，以维持当地生态环境现状不退化为原则，在合理开发利用地表水和地下水资源来满足格尔木市发展和人民生活水平提高对水资源的需求的基础上，通过水资源优化配置，合理利用现有水资源，保护当地生态环境，实现社会效益最优化和经济效益最大化的目标。

3. 2 优化方案

根据格尔木水资源开发利用规划及现状，制定2010 年格尔木市水资源优化方案，以保证方案的合理性和可行性。

(1) 可持续性的发展盐湖工业，维持盐湖必要面积，必须保证格尔木河下游不断流和入达布逊湖水量，应充分利用地下水资源，以地表水资源作补充。

(2) 加大地下水资源开发力度，在不影响生态环境的前提下，激发各地下水水源地的开采潜力。把2010 年的格尔木市地下水最大开采量设置为2010 年格尔木市地下水开采量，即1. 037 亿m3 。

(3) 在不影响生态环境的基础上，合理开发利用水资源。2010 年格尔木河流域资源开发利用率不超过为45%，即3. 799亿m3 ，则2010 格尔木市地表水利用量不超过为2. 762 亿m3 。(4) 假定2010 年格尔木市农业灌溉用水全面实现了额定灌溉标准，则2010 年格尔木市农业用需量为0. 597 亿m3 。

(5) 生活用水全部由地下水提供，回用水全部用于城市环境用水。

(6) 工业用水、农业用水、城市环境用水再由剩余的可供水资源进行优化配置来进行调节。

(7) 加上盐湖的状况。

3. 3 变量设置

2010 年格尔木用水类型分为: 生活用水、工业用水、农业用水、城市环境用水。具体变量设置见表1。

表1 2010 年格尔木市可供水量优化模型变量设置

Tab. 1 The variable optimization model for water of Golmud city in 2010

3. 4 约束条件

3. 4. 1 资源约束

地下水资源约束:

Q1 = X 11 + X 21 + X 31 + X 41 + d1⁺ - d1^-

式中: Q1 为地下水可供资源量; d1⁺表示所用地下水资源量不足时与地下水可供资源量的差值; d1^-表示所用地下水资源超过时与地下水资源量的差值。d1^-、d1⁺都不小于0; d1⁺×d1^-=0，以下情况的类似。

地表水资源约束:

Q2 = X 12 + X 22 + X 32 + X 42 + d2⁺ - d2^-

回用水资源约束:

Q3 = X 13 + X 23 + X 33 + X 43 + d3⁺ - d3^-

3. 4. 2 目标约束

生活用水量:

Q4 = X 11 + X 12 + X 13 + d4⁺ - d4^-

工业用水量:

Q5 = X 21 + X 22 + X 23 + d5⁺ - d5^-

城市环境用水量:

Q6 = X 31 + X 32 + X 33 + d6⁺ - d6^-

农业用水量:

Q7 = X 41 + X 42 + X 43 + d7⁺ - d7^-

投资费用:

M = m1 (X 11 + X 21 + X 31 + X 41) + m2 (X 12 + X 22 +X32 + X 42) + m3 (X 13 + X 23 + X 33 + X 43) + d8⁺ - d8^-

式中: M 表示开发水资源总投资费用; m1 、m2 、m3 表示开发每立方米地下水、地表水、回用水的投资费用。

根据优化方案，在各约束条件中，X 11 = 0. 23 亿m3 ，X 33 =0. 062 亿m3 ，X 43 = 0. 118 亿m3 ，X 12、X 13、X23、X 31、X 32 均为0。

3. 5 目标型态与优先级别根据目标规划法，在表示目标的过与不足的补助变量d-和d+ 的系数中，用- 1、0、1 的值适当决定一个来表示各种型态。本次模型的目标函数与目标型态对应方式见表2。

表2 目标型态与目标函数对照

Tab. 2 The table of target types and objective function

鉴于模型的约束条件，本模型的目标型态与优先级可以如下确定:

(1) 资源限制是最根本的，可供水量是有限的，把总用水量不能超过总供水量设置为第1 级目标，目标函数为I类型，即P1 = d1⁺ + d2⁺ + d3⁺  。

(2) 人民的生活用水必须保证，所以生活用水为第2 级目标，目标函数为I类型，即P2 = d4^-。

(3) 工业是促进国民经济增长的根本保障，故定为第3 级目标，目标函数为I类型，即P3 = d5^-。

(4) 由于城市环境用水量相比农业用水很小，而且环境关系到人民的生活质量，所以城市环境用水量设计为第4 级目标，目标函数为I类型，即P4 = d6^-。

(5) 随着农业节水技术的发展，农业节水将有广阔的前景,所以把农业用水量设计为第5 级目标，目标函数为I类型，即P5 = d7^-。

(6) 把开发利用水资源的投资费用设计为第6 级目标，要使水资源开发利用成本最低，目标函数为I类型，即P6 = d 8⁺。

综合上述分析，模型的目标函数为:

Z = P 1 + P2 + P3 + P4 + P 5 + P6

4 优化配置结果

利用GLPS 软件对格尔木市水资源优化配置模型进行编程求解。优化结果见表3。

5 结果分析

通过上述的分析表明，在实现优化方案的前提下，通过水资源合理配置，在保护当地生态环境，实现社会效益最优化及达到经济效益最大化的基础上，2010 年格尔木市水资源不但能够满足各部门的用水需求，而且还有剩余水资源量1. 288 亿m3 (见表4) 。

表3 2010 年格尔木市水资源优化结果

Tab. 3 The table of optimization results of water resources of Golmud City in 2010 亿m3

表4 2010 年格尔木市水资源优化配置成果

Tab. 4 The result table of optimal allocation of water resources of Golmud City in 2010 亿m3 

 注: 可供水资源总量= 可供天然水资源量+ 回用水资源量= 3. 979 亿m3; 优化水资总源量= 地下水+ 地表水+ 回用水= 2. 691 亿m3 ; 剩余水资源量= 可供水资源总量- 优化水资总源量= 1. 288 亿m3。

从表4 中可以推出:

2006 年农业用水量- 2010 年农业需水量> 剩余水资源量

由上式可知，格尔木市水资源合理发开利用的关键是农业用水问题。如果不能尽快实现格尔木河流域水利综合规划中的灌溉定额和灌溉水利用系数，格尔木市农业用水方式还是以大水漫灌为主不转变，则2010 年格尔木市将面临水资源短缺的状况。

随着社会经济的发展，盐湖工业的扩大，人口的急剧增加,城市范围的扩张，格尔木市将会面临更加严峻的水资源供需压力。本文针对格尔木市水资源开发利用现状，提出一些合理开发利用当地水资源的建议，使有限的水资源最大限度地满足人民生活、工农业生产、生态环境建设和城市发展的需要。

(1) 加大农业投入，大力发展农业节水，实施科学种田。2006 年格尔木的农业用水量占总用水量的66. 82%左右，具有很大的节水前景。

(2) 保护地表水资源，开发地下水资源。格尔木市拥有丰富的地下水资源，而总体开发利用程度较低。合理开发利用地下水资源，在丰水年或者汛期，进行地下水回灌，增加地下水的储备量，能减少格尔木市地表水资源利用量，保护格尔木河流域生态环境，维持盐湖水域面积。

(3) 继续大力发展污水回用措施，增加污水的回用率，增加格尔木市水资源可利用量。大力发展节水型工业，提高工业用水的回用率，降低万元产值耗水量。

(4) 加强群众的节水教育，使人们在日常生活中节约用水,减少水资源在生活中浪费现象。

参考文献:

[1] 马生林，刘景华. 聚宝盆?中崛起的新兴工业城市[M] . 北京: 社会科学文献出版社，2009: 1- 36.

[2] 王永贵，郭宏业. 柴达木盆地地下水资源及其环境问题调查评价[M] . 北京: 地质出版社，2008-11.

[3] 杜彩霞，魏裕博，刘江，等. 陕西宝鸡地区可供水资源目标规划模型[J] . 陕西教育学院学报，2005，21(2) : 53- 55.

[4] 李建，王辉，谭立渭，等. 格尔木河流域水资源开发利用规划预测分析[J] . 高原地震，2006，18(4) : 52- 61.

[5] 孙雪涛. 对格尔木水问题的思考[J] . 中国工程科学，2002，4(3) :32- 35.

[6] 王文科，韩锦萍，赵彦琦，等. 银川平原水资源优化配置研究[J] .资源科学，2004，26 (2) : 36- 46.

[7] 刘志明，王桂玲，杨振京，等. 格尔木市至诺木洪地区水资源开发利用及其环境效应分析[J] . 地理学与国土研究，2001，8(3) : 68 -72.

[8] 李健，王辉，黄勇，等. 柴达木盆地格尔木河流域生态需水量初步估算探讨[J] . 水文地质工程地质，2008，(1) : 71- 75.

[9] 翟国静，苏永军，畅金元，等. 区域水资源承载力计算模型[J] . 中国农村水利水电，2009，(5) : 38- 41.

[10] 代琼，何新林，韩志全，等. 玛纳斯河灌区库群系统水资源优化调度研究[J] . 中国农村水利水电，2009，(6) : 49- 53.

[11] 张冰，张卫兵. 基于模糊优选模型的水资源配置方案评价[J] .中国农村水利水电，2009，(6) : 29- 31.

作者简介: 李颖智(1982-) ，男，工程师，硕士，主要从事水文地质、环境地质方面研究。