水资源优化配置对于解决区域水资源短缺、适应气候变化、促进可持续发展至关重要。本研究以疏勒河流域为研究对象，考虑了三种气候情景（SSP1-2.6，SSP2-4.5，SSP5-8.5），即共享社会经济路径（SSP）和代表性集中路径（RCP）的组合。建立了一个包括供需预测、多目标优化、优化配水方案决策与分析的水资源优化配置模型。该模型旨在分析疏勒河流域3个规划年（2025、2030、2035）的水资源优化配置，在不同气候情景下，分别考虑了50%和75%的保证率。研究表明：1.规划年需水量呈上升趋势。例如，在SSP1-2.6情景下，2025年、2030年和2035年该流域的需水量预计分别达到1.920×109m3、2.037×109m3和2.103×109m3。2.规划年保证率为50%（75%）的供水量总量分别为1.939（1.483）×109m、1.957（1.502）×109m3和1.974（1.519）×109m3。3.在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5三种情景下，满足各规划年生活和生态需水量。工业用水略有短缺，缺水率在0至13.41%之间。农业用水部门的缺水率最高，为1.93%-44.77%。4.对各水资源优化配置方案的供水结构进行了优化。其经济效益主要取决于产业和生态两个方面。这些研究结果为区域水资源优化配置以应对气候变化提供有价值的启示。
1.研究区域
疏勒河流域位于中国西北干旱地区，是内陆河流域之一，介于92°11′~99°00′E和38°00′~42°48′N。流域年平均降水量47~63mm，年蒸发量2897~3042mm，蒸发强度大。
2.数据收集
种植面积、人口、经济、水资源等资料：从《甘肃省发展年鉴》、《甘肃省水资源公报》、国民经济和社会发展统计公报等中提取2000-2020年间的各资料。
全球气候模式数据：CMIP6中的5种GCM（表2），涵盖三种情景（表3）。1984年1月至2014年12月的每日气象观测数据来自中国气象数据网（https://data.cma.cn/).1984-2014年和2015-2035年五种模式三种情景下的每日气象数据收集自CMIP6网络（https://esgf-node.llnl.gov/projects/cmip6/）。
3.研究方法
水资源最优配置模型：包括水资源供需预测、多目标优化、决策分析三个部分。图2是说明水资源最佳分配的流程图。
Delta方法：GCMs的输出数据在使用前应校正偏差，以减少模式输出数据中的偏差。公式如下：
需水预测:
农业需水量的计算方法是用灌溉需水量乘以种植面积，并考虑有效降水量。公式如下：
生活用水需求用定额方法估算：计算公式如下：
供水预测：疏勒河流域的供水水源包括地表水、地下水和其他水源，最后一个水源是污水再生利用。研究区地表水和地下水可用性的预测是通过将可用率乘以不同情景下的地表水和地下水资源量来确定的。其他水源的预计可用水量是通过使用多年平均增长率确定的，该增长率是根据研究区域2012年至2022年的甘肃省水资源公报数据计算的。
4.水资源优化配置模型：
目标函数：
经济效益：最大化区域供水对GDP的贡献值。社会效益：最大限度地减少区域社会缺水总量，提高社会效益。生态效益：最大限度地减少生态环境缺水量，提高区域生态效益。
约束条件：以总需水量限制、供水限制和变量非负为约束条件。
模型求解方法：采用NSGA-III算法求解。求解过程如图3所示。
1.需水预测
气候模式模拟结果的评价：使用泰勒图评估了五个气候模式的模拟能力，结果见图4。分析表明，INM-CM5-0模式对最高气温的模拟效果最好。
作物需水量：图5显示了研究区各种作物在整个生长期的灌溉需水量。我们的研究结果表明，不同情景和规划年份的水需求存在显著差异。在分析的八种作物中，棉花、葡萄和辣椒表现出较高的灌溉用水需求，而亚麻需要的水量最少。这种差异可以归因于棉花，葡萄和辣椒的生长期较长，Kc值较高，而亚麻成熟更快，Kc值较低。此外，ETo和Pe在流域的综合影响，导致不同的情景下，在同一规划年内的每种作物的灌溉用水需求不同。
作物种植面积：使用2000年至2020年的数据进行趋势分析，以预测未来的作物种植面积，如图6所示。到2025年、2030年和2035年，区域种植面积分别为111.86平方公里、124.10平方公里和137.03平方公里。
需水量预测结果：算出SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种情景下的总需水量。结果如图7所示。不同部门的用水需求差异很大。农业用水占总需水量的近70%，而居民、工业和生态部门的总需水量仅占总需水量的三分之一。
供水量预测结果：根据2000~2022年的资料，计算了规划年P=50%和P=75%时地表水和地下水的水资源量。规划年地表水和地下水的预计供水量按水资源量乘以年平均利用率确定。利用2013年至2022年甘肃省水资源公报的数据，使用平均年增长率预测其他来源的可用供水量。预测结果见表7。
水资源优化配置结果：
最优配水方案：采用NSGA-III算法来制定各种情况下的最佳水量分配方案。确定了在三种情况下每个扇区的最佳供水量（图8和9-图10）。分析表明，当P=50%时，疏勒河流域的可供水量与总需水量之间的差距较小。虽然家庭、生态和工业部门有足够的水供应来满足需求，但农业部门面临着水短缺。
供水结构分析：每个水源的供水比例计算为每个水源的供水量与总供水量之间的比率。具体发现如图11所示。2022年，其他水源占总供水量的0.66%，地下水水源贡献了20.35%。
经济效益：各用水部门在最优配水方案中的经济效益可通过供水量乘以相应的效益系数计算得出（如图12）。结果表明，疏勒河流域的经济效益主要是由生态和产业驱动的。生活用水和农业用水部门累计效益贡献率不足10%。生态和工业供水效益较高，经济效益分别为282.96元/m3和421.05元/m3。第二，这两个部门都面临最低限度的缺水问题。家庭部门的供水效益与工业部门的供水效益相当，家庭部门的缺水情况相对较少。然而，由于家庭用水需求远低于工业用水需求，因此家庭用水分配有限。
各规划年的需水量在不同情景下存在差异。此外，流域规划期内供水能力不断提高。在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，保证率为50%时，生活、工业和生态用水均能得到萨蒂斯，而农业用水可能出现短缺。尽管如此，农业生产力仍然可以保持。
然而，当保证率增加到75%时，将需要额外的水资源管理战略，以确保满足农业耕作的最低水需求。最后，为了减轻地下水对供水的压力，必须加强污水处理基础设施，实施创新工艺，增加污水的再利用。值得注意的是，平衡工业和农业生产的规模，将更多的水资源分配给工业部门，同时确保生态用水，可能有助于提高总体经济效率。
