FD法在城市水资源优化配置研究中的应用

卢丽荣

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

随着经济社会的发展，城市需水量不断增加，为使有限的水资源得到可持续利用，对城市水源进行优化配置势在必行。“FD法”是强制打分法的简称，包括0-4评分法、0-1评分法2种方法，是采用一定的评分规则，通过强制对比打分来评价对象的功能重要性，通常用于功能评价、方案比选中。本次将“FD法”应用于城市水资源优化配置方案研究中，首先分别拟定不同的供水方案i和需水方案j，进行排列组合，形成i×j组水源配置方案；其次对各水源配置方案进行供需平衡分析，估算各组合方案所需投资；然后对各水源配置方案的工程实施可行性、缺水率、投资采用“0-4评分法”分别赋分。缺水率按递减序列排序，缺水率最高方案赋分为0，缺水率次高方案赋分为1，依次递增，并列排序赋分相同。投资按递减序列排序，投资最高方案赋分为0，投资次高方案赋分为1，依次递增，并列排序赋分相同。将水源配置方案缺水率赋分值与投资赋分值加权平均，分值高者方案较优。

以下利用“0-4评分法”，以张家口城市为例进行水源优化配置方案研究。

1 基本情况

张家口市位于河北省西北部，市区包括主城区（含桥东区、桥西区、高新区）、宣化区、下花园区，现状建成区总面积76.79 km2。随着经济的发展及政策的调整，城市发展空间要扩展，沿清水河、洋河两岸呈带状展布。城区现状供水以地下水为主，区域内无大中型地表水源控制工程。2007年规划区实际总用水量2.99亿m3，其中利用地下水2.40亿m3，占80.3%。由于常年连续且大量集中开采地下水，地下水资源超采严重，造成部分区域地下水位持续下降。随着经济快速发展，水资源供需矛盾更加突出，为了保证水资源的可持续利用和社会经济的稳定协调发展，对张家口市城市水资源进行优化配置已迫在眉睫。

2 城市现状格局供需状况

2.1 现状可供水量分析

在维持现有供水工程状况、考虑为上游发展留有空间并充分利用区域地表水、地下水及再生水源条件下，分析现状水平年50%保证率可供水量为3.29亿m3，75%保证率可供水量为3.15亿m3，95%保证率可供水量为2.83亿m3；2030水平年50%保证率可供水量为3.39亿m3，75%保证率可供水量为3.25亿m3，95%保证率可供水量为2.93亿m3。

2.2 需水量预测

在维持现有规划经济发展速度及生产格局情况下，根据当地相关部门提供的基础资料进行一次需水分析，现状水平年50%保证率需水量为3.75亿m3，75%保证率需水量为 3.91亿 m3；2030水平年50%保证率需水量为4.75亿m3，75%保证率需水量为4.88亿m3。

2.3 一次供需平衡分析

根据前述可供水量及需水量分析预测，进行一次供需平衡分析，详见表1。

在维持现状格局情况下，供水缺口较大，须开源节流并举。

3 水资源配置优化研究

为充分揭示区域水资源在多种不确定因素下的开发利用状况，以模型组合为基础，利用“FD法”对各水源配置方案进行优化筛选，对水源配置规划方案进行模拟分析研究，可为水资源开发决策提供技术支持。

表1 一次供需平衡分析 亿m3

3.1 水资源配置模型

3.1.1 供水方案

规划区的可供水量受区域水资源总量与供水工程能力双重因素影响。考虑规划工程实施的难度及不确定性，拟定4个供水方案。

（1）供水方案1：供水方案采用一次分析成果，维持现状供水工程。

（2）供水方案2：考虑区域内的最大可开发潜力。规划2020年以前建设完成云州水库引水、友谊水库引水工程、乌拉哈达水库、主城区和宣化区污水处理厂扩建；2020—2030年规划建设完成土夭沟水库、南洋河水库。

（3）供水方案3：2020年以前建设完成云州水库引水工程，不再规划其他供水工程。

（4）供水方案4：在供水方案2基础之上进行调整，由2020水平年建设1座乌拉哈达大库调整为再建设1座中库（东支），2030水平年只规划建设南洋河水库，土夭沟水库暂不建设。

3.1.2 需水方案

规划区的需水量受节水改造进程、产业政策调整等多因素影响，本次分析拟定4个需水方案。

（1）需水方案1：采用一次需水分析成果。

（2）需水方案2：压缩用水需求，在考虑区域内的最大可开发潜力情况下，尽量使规划工程实施后达到供需平衡状态。农业加强节水改造，减少需水量；同时调整规划区产业结构。

（3）需水方案3：在方案2基础之上进行调整，工业限额取水。

（4）需水方案4：需水在方案1基础之上进行调整，工业限额取水。

3.1.3 模拟配置方案组合分析

需水方案与供水方案相互组合，形成16个水源配置方案。水源配置模型组合方案详见表2。

在模拟方案组合基础之上，对各配置方案进行供需平衡分析，估算配置方案所需投资，分析成果详见表3。

表2 水源配置模型方案

表3 各水源配置方案缺水率与投资统计成果

3.2 规划配置方案优选

根据模型原理及模拟配置方案组合分析，对各配置方案缺水率、投资、实施可行性分别赋分。缺水率以2030水平年75%情况下数值作为判别对象，投资以2030水平年总投资作为判别对象。

缺水率赋分标准：缺水率≥0，赋分值为4；-5%≤缺水率＜0，赋分值为3；-15%≤缺水率＜-5%，赋分值为2；-25%≤缺水率＜-15%，赋分值为1；缺水率＜-25%，赋分值为0。

投资赋分标准：投资≤5亿元，赋分值为4；5亿＜投资≤20亿，赋分值为3；20亿＜投资≤35亿，赋分值为2；35亿＜投资≤50亿，赋分值为1；投资＞50亿，赋分值为0。

工程实施可行性赋分标准：供、需水方案均无制约因素，赋分值为4；有1项轻微制约因素，克服能够实施，赋分值为3；有2项轻微制约因素，克服能够实施，赋分值为2；有难以克服的制约因素1项，赋分值为1；有难以克服的制约因素2项以上，赋分值为0。

工程实施的可行性是制约供水能力的绝定性因素，缺水率在配置方案中是永久性限制发展的制约因素，而投资可能是暂时性限制因素。所以，在综合评分中，工程实施的可行性占50%权重，缺水率占40%权重，投资占10%权重。各方案综合评分详见表4。

表4 水源配置方案综合评分

上述各配置方案综合得分的平均值为2.04，初步筛选大于平均值的配置方案F11、F12、F22、F33、F42、F43、F44（方案序号1、2、6、11、12、14、15、16）7个方案相对较优。

3.3 规划配置方案优化推荐

F11、F12（方案序号1、2）规划配置方案能够维持供水工程现状，但满足用水需求以超采地下水为代价。

F22（方案序号6）规划配置方案基本能够达到供需平衡，需水方案实际操作可行性强，但F22供水方案中规划工程全部实施会对官厅水库年入库水量影响较大，审批会有一定难度，同时乌拉哈达大库涉及军事设施搬迁亦是难题。

F33（方案序号11）规划配置方案在需水方案采取工业限额供水的情况下，仍以超采地下水为代价来满足区域需水要求，并且工业限额取水，实际操作有难度。

F43、F44（方案序号15、16）规划配置方案基本达到供需平衡，供水方案可行，但工业实行限额供水，实际操作有难度。

F42（方案序号14）规划配置方案中规划工程避开了F22供水方案涉及的困难，在增加当地水利用率的基础上，减小了对官厅水库年入库水量的影响，避免了大范围的军事设施搬迁。需水方案实际操作可行性强，规划配置方案基本能够达到供需平衡。

通过上述分析比较、优化研究，水源配置推荐方案F42（方案序号14），即推荐需水方案2、供水方案4。

4 结语

“FD法”应用于城市水资源优化配置方案研究中，其优点是可以综合考虑多种不确定因素下的开发利用状况，以模型组合为基础，进行多方案的优化筛选，结合操作可行性推荐最优配置方案；缺点是工作量大，需要以大量深入调查、前期规划工程研究工作为基础。

通过研究表明，张家口城区必须“开源节流”并举。“节流”需向科技密集且耗水量低型产业方向发展，对市区内生产工艺落后耗水量大的企业，要限期整改进行节水改造，对无法进行节水改造的生产企业要明令停产取缔；严格控制新项目审批程序，禁止高耗水工业在市区落户。同时，“开源”既要考虑工程的可行性及实施效果，又要兼顾上下游的用水状况，实现水资源的可持续、高效利用和协调发展。