露井联采区煤--水协调发展的水资源动态优化配置模式研究

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水资源以其独特的多重属性,影响和制约着大型煤产业园区的生态-经济-资源-环境协调发展。大型露井联采矿区(工业园)供水水源类型多元、生产单位多、工业类型多,用水要求变化多,用排水结构复杂,供需水量时空分布不协调,污水处理站工艺水平各异,各类监测设备、软件不通用,信息孤岛普遍存在,这些都直接影响着该区的水资源配置水平,进而影响水资源的高效利用。本文依托国家重点研发计划课题(2018YFC0406406),以中煤平朔安太堡露井联采矿区(工业园区)为研究对象,在综述国内外水资源配置现状的基础上,提出露井联采区煤水协调发展的水资源动态配置理念,分析了研究区水资源供需特征和现状,构建了煤-水协调发展的水资源配置模型,编制了模型求解核心模块程序,采用GAPSO算法求得了到研究区水资源最优配置方案,并对其进行了合理性分析。主要研究结论如下:
  (1)区域水量供需分析表明,2016-2019年研究区13处用水单位多年实际平均用水量1122.4万m3,各供水点实际年平均供水量达到1511.31万m3,区域供水量要大于区域需水量,但存在着供需结构不合理,水资源年内分布不均匀的问题。主要由于水质不能满足高要求用水户,回用范围受到限制,无法实现水资源高效利用。
  (2)优化算法改进方面,Benchmark基准函数测试比选结果表明:粒子群算法参数惯性权重因子ω采用自适应变化,开口向上抛物线的非线性减小机制;学习因子c1,c2采用学习因子随迭代次数变化的异步改变策略,并与遗传算法(GA)进行融合,得到的参数改进的混合算法在在处理复杂空间问题优化时,依然表现出高效的寻优性能,有效规避标准粒子群算法存在的收敛精度低、易陷入局部最优的问题。
  (3)水资源配置模型建立与求解。对研究区9个供水点,13处用水户建立117个变量的区域水资源分质供需配置模型,从用水,供水两个角度求解得到6个不同目标下水资源配置方案,方案结果表明:供水水源在保证用水单位水质的前提下,区域供水单位主要以安家岭终端污水处理站、井工一矿上窑区处理站、井工一矿太西区处理站、引黄水为主,约占配置方案供水总量的87.19%。
  (4)水资源动态配置方面,可通过不断调整模型中供水单位、需水单位的限值从而改变模型边界空间,在得到的配置方案中,在现状生产条件下,在以满足生产用水单位最低需水量的120%目标下,所得到的水资源配置方案最为优良,安家岭终端污水处理站、井工一矿上窑区以及引黄水承担供水任务的主要作用,3个水源供水总量为1072.88万m3/a,约占全区需水总量的73.18%,再生水的利用量占到配置总量的75.81%,对地下水的生产需水量为0。
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