复杂长距离调水工程水质水量安全综合评价与应急对策研究

我国调水工程运行管理过程中存在"重建轻管"的问题，导致许多调水工程运行期存在水质与水量安全隐患，且尚未制定行之有效的事故应急管理对策。本项目拟以长距离调水工程水质水量安全综合评价与应急对策为研究对象，首先通过将人类活动与水资源纳入调水工程系统范畴，构建长距离调水工程复杂系统，研究各子系统间的相互作用与转化机制；进而建立调水工程水质安全综合评价模型，并采用灰色模糊多属性综合评价方法进行求解；同时构建耦合水质因素的水量安全评价整体模型，分析影响水质与水量安全的内在机制；最终基于水质水量安全综合评价结果，从复杂系统视角出发，制定科学的应急对策。项目预期将从理论上揭示调水工程复杂系统各影响因素间的相互作用机制，阐明水质水量安全状况对应急管理对策制定的影响规律。研究成果可为调水工程应急管理对策制定提供新的思路，为工程安全运行、事故预警和应急管理等重大问题的解决奠定理论基础。

长距离调水工程作为调节水资源时空分布不均、实现水资源合理配置的重要手段，在协调区域发展中发挥着重要作用。为了更好的实现调水效益，长距离调水工程的水质水量安全管理是一个特别值得关注和研究的问题。在水质污染日趋严峻与水量供给日益短缺的复杂背景下，如何对调水工程运行期的水质水量安全进行评价，并基于此提出应急管理对策，是学术界在水资源安全领域迫切需要研究的问题，也是水资源管理部门面临的具有挑战性的问题。本项目围绕上述主题，按照研究目标和计划，从调水工程复杂系统、水质安全评价、水质水量安全耦合评价及应急管理对策制定等方面入手，主要研究工作及成果如下：（1）将调水工程系统视为一个由致灾因子、孕灾环境和承灾体组成的具有复杂特性的系统。分析了调水工程复杂系统的构成及特征，建立了调水工程复杂系统概念模型。（2）对调水工程的水质安全进行了研究。建立了河道水质模拟模型和水库水质评价模型。以引滦入津调水工程为例，基于MIKE水动力模型对果河桥河段水质状况进行了模拟，并建立了基于GA的T-S模糊神经网络模型对于桥水库水质进行了评价。（3）针对需水量预测的非线性、随机性和模糊性等特点，引入遗传算法和模糊系统理论，建立了基于GA的T-S模糊神经网络需水量预测模型。该模型将模糊系统良好的模糊知识表达能力与神经网络强大的自学习和自适应能力有机结合，具有逼近最优、收敛速度快、训练时间短等优点。实例分析表明，拟合与预测平均相对误差分别为2.1%和0.98%。将该模型与T-S模糊神经网络模型、BP神经网络模型和非线性回归模型的预测结果进行了对比，表明该模型的拟合与预测精度最高。（4）综合考虑水质水量约束，建立了复杂调水工程水质水量安全耦合评价模型，分析表明研究区缺水率高，水质水量安全状况严峻。（5）从复杂系统视角出发，建立了水质水量安全模糊综合评价模型，分析了水质水量安全的影响因素，并采用基于熵权法的综合权重法计算指标权重。（6）基于前述定量计算与定性分析，以调水工程水质水量安全事故孕育时期、形成初期、发展阶段和全生命过程为途径制定应急管理对策。研究成果为调水工程安全运行、事故预警和应急管理等提供了理论基础和决策依据。