La historia del desarrollo y los problemas existentes del modelo de gestión de aguas subterráneas.
En 1959, Todd (1959) propuso claramente el concepto de gestión de aguas subterráneas en su tratado clásico "Hidrología de aguas subterráneas". Desde la década de 1960, el rápido desarrollo de modelos de simulación numérica de aguas subterráneas ha promovido en gran medida la investigación sobre la cuantificación de aguas subterráneas. La tecnología de simulación moderna puede establecer modelos de simulación de sistemas de aguas subterráneas con condiciones hidrogeológicas complejas como inestabilidad, anisotropía, heterogeneidad y flujo tridimensional de aguas subterráneas. Los modelos de simulación de aguas subterráneas se pueden utilizar para simular el estado de los sistemas de aguas subterráneas (como los niveles de aguas subterráneas, la composición química de las aguas subterráneas), identificar condiciones hidrogeológicas, evaluar los recursos de aguas subterráneas y predecir el estado de los sistemas de aguas subterráneas, y proporcionar una base para la toma de decisiones para el desarrollo y utilización.
El "enfoque alternativo" es un método relativamente simple para determinar las opciones de gestión de las aguas subterráneas. Dadas múltiples condiciones (como planes mineros), al ejecutar el modelo de simulación varias veces, se puede obtener el estado del agua subterránea en diferentes condiciones. Bajo un objetivo determinado, a través de la comparación de múltiples planes, se selecciona el que tiene mejores objetivos como plan de toma de decisiones. Este era el método más comúnmente utilizado para determinar los planes de desarrollo y utilización de aguas subterráneas antes de la década de 1970. Este método requiere mucho tiempo porque requiere ejecutar el modelo varias veces para comparar las condiciones del agua subterránea en diferentes escenarios. Esta no es una "solución óptima" en sentido estricto. No utiliza métodos de investigación operativa para considerar de manera integral los objetivos de gestión y diversas limitaciones, por lo que no se puede obtener el plan óptimo de desarrollo y utilización de aguas subterráneas en un sentido teórico.
Se puede formar un modelo de gestión de aguas subterráneas con parámetros distribuidos combinando modelos de simulación numérica que describen las condiciones de las aguas subterráneas con técnicas de optimización. Deninger (1970) estableció el primer modelo de gestión de aguas subterráneas, y Maddock (1972a) derivó la función de respuesta al impulso unitario del sistema de aguas subterráneas y propuso el método más eficaz para establecer un modelo de gestión hidráulica de aguas subterráneas a gran escala: el método de matriz de respuesta. Aguado y Remsen (1974) combinaron por primera vez un modelo numérico de aguas subterráneas con programación lineal y propusieron claramente un método integrado para establecer un modelo de gestión hidráulica de aguas subterráneas. Desde la década de 1970 hasta principios de la de 1980, los países extranjeros estudiaron principalmente modelos de gestión hidráulica de aguas subterráneas y propusieron teorías completas y métodos prácticos de modelación. Gorelick (1983) resumió los modelos de gestión de aguas subterráneas con parámetros distribuidos, especialmente los modelos de gestión hidráulica. Yeh (1991), Bredehoeht (1994) y Wagner (1995) hicieron resúmenes detallados del modelo de suministro de agua, el modelo de evaluación y asignación de políticas y el modelo de optimización de simulación en el modelo de gestión de aguas subterráneas con parámetros distribuidos.
Mi país comenzó la investigación y aplicación de modelos de gestión de aguas subterráneas a mediados y finales de la década de 1980. Esto se vio por primera vez en la tesis de maestría de Shao (1985), y el trabajo publicado se puede encontrar en "The Science". of Groundwater Resources in Shijiazhuang City" por Lin y Jiao Yu. Management" (1987), Xu Juanming et al (1988) discutieron sistemáticamente el establecimiento de parámetros distribuidos de gestión hidráulica del agua subterránea. En esta etapa, casi todas las ciudades importantes de mi país que utilizan aguas subterráneas como su principal fuente de suministro de agua han establecido modelos de gestión de aguas subterráneas para abordar diferentes cuestiones, como Shijiazhuang, Xi, Harbin, Changchun, Jinan, Baotou, etc. También se han establecido modelos regionales de gestión de aguas subterráneas en algunas zonas típicas, como la llanura de Hebei, el corredor Hexi y la cuenca Qaidam. Esta investigación promovió en gran medida el proceso de gestión científica de las aguas subterráneas en mi país. Sin embargo, debido a que los factores considerados en el modelado en ese momento eran en su mayoría factores hidráulicos, la estructura del modelo era relativamente simple y en su mayoría se reducía a resolver problemas de programación lineal, lo que limitaba en gran medida el proceso de gestión científica de las aguas subterráneas en mi país. practicidad y viabilidad del modelo.
Desde la década de 1990, con la introducción de la teoría del desarrollo sostenible, la atención de la gente a las cuestiones ambientales y el avance de los algoritmos de investigación operativa, los modelos de gestión de aguas subterráneas han logrado grandes avances tanto en el contenido de gestión como en los métodos de modelado. Los académicos nacionales y extranjeros están comprometidos a investigar modelos de gestión de aguas subterráneas más prácticos que involucren más factores sociales, económicos y ambientales, y consideran la multiobjetivo y la no linealidad como cuestiones candentes y difíciles en la estructura del modelo. Shao (2000) resumió el último desarrollo de modelos de gestión de aguas subterráneas con parámetros distribuidos, centrándose en la calidad del agua subterránea, modelos de gestión multiobjetivo y no lineal.
2. Problemas existentes
A principios de la década de 1980 en el extranjero y finales de la década de 1980 en el país fueron el clímax de la investigación sobre modelos de gestión de aguas subterráneas, pero actualmente se encuentra en una etapa estable o de reflujo. Primero, es necesario mejorar la practicidad y operatividad de los modelos de gestión de aguas subterráneas, y no se enfatizan los principios de modelado del desarrollo sostenible. Debido a las limitaciones del algoritmo, el modelo está demasiado simplificado; en segundo lugar, los administradores tienen expectativas demasiado altas para el modelo de gestión de aguas subterráneas y deben colocarlo en la posición correcta. Es sólo la base para la toma de decisiones para la gestión y planificación de los recursos hídricos y la planificación del desarrollo regional general, y no puede ser un reemplazo completo. Específicamente, existen las siguientes seis preguntas:
(1) Hay muchos estudios teóricos y ejemplos de modelos de gestión en el extranjero, pero se han establecido pocos modelos de gestión prácticos. Por ejemplo, para ejemplos hipotéticos, se pueden establecer problemas de programación matemática muy complejos, pero para problemas prácticos a gran escala, dicha programación matemática suele ser difícil de resolver. Hay muchos problemas prácticos en el modelado en mi país, pero el modelo es simple y principalmente se reduce a resolver problemas de programación lineal y de objetivo único. No puede describir con precisión el sistema de aguas subterráneas y sus problemas de gestión, lo que resulta en poca practicidad y operatividad del sistema. modelo.
(2) El modelo de gestión de las aguas subterráneas basado en el principio de desarrollo sostenible tiene en cuenta cada vez más factores y la estructura se vuelve cada vez más compleja. Sin embargo, los métodos de programación matemática actuales no pueden satisfacer completamente las necesidades de los modelos de gestión, por lo que en la mayoría de los casos los modelos de gestión deben simplificarse, lo que afecta la precisión de los resultados del modelo.
(3) Teniendo en cuenta los factores de modelización, en términos generales, la economía y la sociedad son macroscópicas, mientras que los factores relacionados con las aguas subterráneas, como el nivel del agua, la capacidad de bombeo, la composición química del agua, etc., son relativamente microscópicos. Merece mayor estudio cómo abordar la relación entre los elementos macro y micro en el modelo de gestión.
(4) El sistema de aguas subterráneas es dinámico y se debe establecer un modelo de gestión de aguas subterráneas de múltiples etapas (inestable). Para los sistemas de parámetros distribuidos, multinivel significa que las variables de decisión y las variables de estado del sistema aumentan considerablemente. En la actualidad, los métodos de programación matemática estática no pueden manejar problemas de gestión de múltiples etapas a gran escala, y la programación dinámica no puede manejar problemas de optimización de sistemas de parámetros distribuidos.
(5) Por lo general, el modelo de simulación numérica y el modelo de gestión se combinan para formar un modelo de gestión de aguas subterráneas con parámetros distribuidos. En el modelo de gestión, el estado del agua subterránea está controlado por el modelo de simulación, pero el estado del agua subterránea (como el nivel del agua subterránea) obtenido por el modelo de simulación numérica no es el nivel del agua real, sino que generalmente es el valor promedio de la unidad o cuadrícula. Cómo corregir este error en el modelo de gestión requiere más investigación.
(6) Para los modelos de gestión de la calidad del agua subterránea a gran escala, especialmente para los modelos de gestión inestables donde tanto la cantidad como la calidad del agua se utilizan como variables de decisión, debido a la complejidad del modelo, actualmente no existe una solución efectiva. método de modelado y método de solución.
Aunque todavía quedan muchos problemas por resolver en el modelo de gestión de aguas subterráneas, cabe señalar que el progreso y el uso de los modelos de gestión de aguas subterráneas han promovido en gran medida la gestión científica, el desarrollo y la utilización de las aguas subterráneas. Con la profundización de la investigación y el avance de las disciplinas relacionadas, la viabilidad y operatividad de los modelos de gestión de aguas subterráneas mejorarán y desempeñarán un papel más importante en el desarrollo y utilización racional de los recursos de aguas subterráneas e incluso en la toma de decisiones macroeconómicas.