水資源規(guī)劃及利用

水資源規(guī)劃及利用演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有48頁\編輯于星期六優(yōu)選水資源規(guī)劃及利用現(xiàn)在是2頁\一共有48頁\編輯于星期六第五節(jié)水資源規(guī)劃的技術(shù)方法第六節(jié)水資源規(guī)劃工作的流程及要求第七節(jié)流域水資源綜合利用規(guī)劃及專項(xiàng)規(guī)劃本講主要內(nèi)容：第九章水資源評價及規(guī)劃概述現(xiàn)在是3頁\一共有48頁\編輯于星期六第五節(jié)水資源規(guī)劃的技術(shù)方法現(xiàn)在是4頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源本質(zhì)上具有多種功能和多種用途。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們認(rèn)識的深入，水資源規(guī)劃的目標(biāo)、任務(wù)逐漸由單一性向多樣化和系統(tǒng)性轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在是5頁\一共有48頁\編輯于星期六相應(yīng)地，對規(guī)劃技術(shù)方法也提出了更高的要求，客觀上促進(jìn)了系統(tǒng)科學(xué)在水資源研究領(lǐng)域的應(yīng)用；而水資源系統(tǒng)分析的發(fā)展和完善，又反過來推動了水資源多目標(biāo)規(guī)劃的發(fā)展，為其提供了良好的技術(shù)支持。因此，這一節(jié)將主要介紹水資源系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)理論、模型及在水資源規(guī)劃中的應(yīng)用。現(xiàn)在是6頁\一共有48頁\編輯于星期六一、水資源系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)理論水資源系統(tǒng)是一個涉及多發(fā)展目標(biāo)、多構(gòu)成和影響因素、多約束條件的復(fù)雜巨系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，水資源系統(tǒng)是由多種要素、多層次子系統(tǒng)構(gòu)成的。組成水資源系統(tǒng)的子系統(tǒng)既有自然系統(tǒng)又有人工系統(tǒng)，因此水資源系統(tǒng)同時具有自然和社會的雙重屬性?，F(xiàn)在是7頁\一共有48頁\編輯于星期六一、水資源系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)理論流域或區(qū)域水資源系統(tǒng)通常都包含了許多更小的流域（或區(qū)域）水資源子系統(tǒng)，在更大的范圍內(nèi)又是國民經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng)中資源系統(tǒng)的一個分系統(tǒng)?，F(xiàn)在是8頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源是這個系統(tǒng)中最主要的組成要素，水資源內(nèi)部可以分為地表水、地下水、大氣水等不同形式，存在水量與水質(zhì)兩大問題。水資源系統(tǒng)的功能也呈現(xiàn)出多樣性，可以概括為興利和除害兩大功能.現(xiàn)在是9頁\一共有48頁\編輯于星期六興利功能包括供水、灌溉、發(fā)電、旅游、航運(yùn)、養(yǎng)殖等多種形式；除害功能也包括防洪、除澇、改良鹽堿地、改善環(huán)境、保護(hù)生態(tài)等多種形式。水資源規(guī)劃管理正是通過調(diào)整、改變水資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)整體功能得以優(yōu)化。現(xiàn)在是10頁\一共有48頁\編輯于星期六二、水資源系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的建立和求解是水資源系統(tǒng)分析中最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，屬于系統(tǒng)科學(xué)體系中技術(shù)科學(xué)層次的運(yùn)籌學(xué)范疇，是采用數(shù)學(xué)語言來抽象描述真實(shí)的水資源系統(tǒng)，以便對系統(tǒng)的目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、功能等特征量進(jìn)行定量分析。現(xiàn)在是11頁\一共有48頁\編輯于星期六按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)學(xué)模型可以分為多種類型。如按所用的方法可分為模擬模型和最優(yōu)化模型；按時間因素是否作為變量考慮可分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型；按未來水文情況是已知或作為未知隨機(jī)因素可分為確定性模型和隨機(jī)模型等。最常用的還是分為模擬模型和優(yōu)化模型兩大類。現(xiàn)在是12頁\一共有48頁\編輯于星期六模擬模型就是模仿系統(tǒng)的真實(shí)情況而建立的模型。在水資源系統(tǒng)分析研究中可以仿造水資源系統(tǒng)的實(shí)際情況，利用計(jì)算機(jī)模型（或稱模擬程序）模仿水資源系統(tǒng)的各種活動，如水文循環(huán)過程、洪水過程、水資源分配、利用途徑等，為決策提供依據(jù)。最優(yōu)化模型常用于對于給定規(guī)劃目標(biāo)，尋找實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最優(yōu)途徑的水資源規(guī)劃管理。在水資源規(guī)劃管理中，最優(yōu)化模型可以幫助人們定量選擇或確定水資源系統(tǒng)開發(fā)方案、管理策略。（一）模擬模型和最優(yōu)化模型現(xiàn)在是13頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源規(guī)劃中常用的最優(yōu)化模型有線性規(guī)劃模型、非線性規(guī)劃模型、動態(tài)規(guī)劃模型、多目標(biāo)劃模型等。這里將對這幾種模型做簡單介紹，至于詳細(xì)的建模方法和計(jì)算方法可查閱有關(guān)“運(yùn)籌學(xué)”書籍。（二）常用最優(yōu)化模型簡介現(xiàn)在是14頁\一共有48頁\編輯于星期六1.線性規(guī)劃模型線性規(guī)劃模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩大部分，作用是在滿足給定的約束條件下使決策目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。其一般形式為：目標(biāo)函數(shù)：max（min）Z=約束條件：

≥0;現(xiàn)在是15頁\一共有48頁\編輯于星期六線性規(guī)劃模型最重要的特點(diǎn)就是目標(biāo)函數(shù)和約束條件的方程必須是線性的，如果其中任何一個方程不是線性的，則該模型就不是線性規(guī)劃模型，而屬于運(yùn)籌學(xué)的另一分支，即非線性規(guī)劃。現(xiàn)在是16頁\一共有48頁\編輯于星期六線性規(guī)劃的理論已十分成熟，具有統(tǒng)一且簡單的求解方法，即單純形法，使線性規(guī)劃模型易于推廣和使用。但線性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)是單一的，只能解決簡單的單目標(biāo)問題，如果實(shí)際問題過于復(fù)雜，存在多目標(biāo)甚至目標(biāo)間相互矛盾，則運(yùn)用線性規(guī)劃模型存在一定的局限?，F(xiàn)在是17頁\一共有48頁\編輯于星期六非線性規(guī)劃模型也是由目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩大部分組成，但其目標(biāo)函數(shù)和（或）約束條件的方程中含有非線性函數(shù)。2.非線性規(guī)劃模型現(xiàn)在是18頁\一共有48頁\編輯于星期六與線性規(guī)劃相比，非線性規(guī)劃模型的優(yōu)勢在于能夠更準(zhǔn)確地反映真實(shí)系統(tǒng)的性質(zhì)和特點(diǎn)。水資源系統(tǒng)是多要素、多層次的復(fù)雜巨系統(tǒng)，要素間、層次間的關(guān)系通常都不是簡單的線性關(guān)系，而是非線性的，甚至模糊的、不確定的。因此，非線性規(guī)劃模型在水資源系統(tǒng)分析中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但非線性規(guī)劃模型比線性規(guī)劃模型要復(fù)雜得多，既沒有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)形式，也沒有通用的求解方法。現(xiàn)在是19頁\一共有48頁\編輯于星期六動態(tài)規(guī)劃模型是解決多階段決策過程最優(yōu)化問題的一種方法。其基本思路是將一個復(fù)雜的系統(tǒng)分析問題分解為一個多階段的決策過程，并按一定順序或時序從第一階段開始，逐次求出每階段的最優(yōu)決策，經(jīng)歷各階段而求得整個系統(tǒng)的最優(yōu)策略。3.動態(tài)規(guī)劃模型現(xiàn)在是20頁\一共有48頁\編輯于星期六動態(tài)規(guī)劃模型的基本原理是R.Bellman于20世紀(jì)50年代提出的最優(yōu)化原理。作為整個過程的最優(yōu)策略具有這樣的性質(zhì)：不管該最優(yōu)策略上某狀態(tài)以前的狀態(tài)和決策如何，對該狀態(tài)而言，余下的諸決策必定構(gòu)成最優(yōu)子策略。即最優(yōu)策略的任一后部子策略都是最優(yōu)的。3.動態(tài)規(guī)劃模型現(xiàn)在是21頁\一共有48頁\編輯于星期六動態(tài)規(guī)劃模型對目標(biāo)函數(shù)和約束條件的函數(shù)形式限制較寬，并且能夠通過分級處理使一個多變量復(fù)雜的高維問題化為求解多個單變量問題或較簡單的低維問題，因而在水資源系統(tǒng)分析中應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)在是22頁\一共有48頁\編輯于星期六但動態(tài)規(guī)劃模型也存在一定的局限性，它只是解決問題的一種方法，不像線性規(guī)劃那樣有一套標(biāo)準(zhǔn)的算法，對于不同的問題，需要建立不同的遞推方程和算法，在使用中帶來了很多不便?，F(xiàn)在是23頁\一共有48頁\編輯于星期六隨著水資源規(guī)劃尤其是流域綜合規(guī)劃內(nèi)容的不斷豐富，規(guī)劃目標(biāo)逐漸多樣化，形成了一個涉及經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、社會目標(biāo)和生態(tài)環(huán)境目標(biāo)三方面、多層次、多指標(biāo)的目標(biāo)體系。4.多目標(biāo)規(guī)劃模型現(xiàn)在是24頁\一共有48頁\編輯于星期六在技術(shù)方法上，多目標(biāo)規(guī)劃模型應(yīng)運(yùn)而生。多目標(biāo)規(guī)劃模型也由決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成，最大的特點(diǎn)是其目標(biāo)函數(shù)包含兩個或兩個以上相互獨(dú)立的目標(biāo)。4.多目標(biāo)規(guī)劃模型現(xiàn)在是25頁\一共有48頁\編輯于星期六多目標(biāo)規(guī)劃模型的一般數(shù)學(xué)形式為：目標(biāo)函數(shù)：maxZ（X）＝[Z1（X），Z2（X），…，Zp（X）]約束條件：

gi（X）≤Gi

i＝1，2，…，m

Xj

≥0j＝1，2，…，n現(xiàn)在是26頁\一共有48頁\編輯于星期六在水資源規(guī)劃中，不同的規(guī)劃目標(biāo)可能不可共存，或有的目標(biāo)難以量化，甚至目標(biāo)間可能存在矛盾，因此，多目標(biāo)規(guī)劃模型不能得到傳統(tǒng)模型中的明確的最優(yōu)解，而只能求得若干“非劣解”，組成非劣解集。所謂非劣解是指沒有一個目標(biāo)能夠變得更好，除非使其他目標(biāo)已達(dá)到的水平降低?，F(xiàn)在是27頁\一共有48頁\編輯于星期六多目標(biāo)規(guī)劃模型的求解方法可以歸納為三大類：第一類是TC曲線（轉(zhuǎn)換曲線）生成技術(shù)，包括權(quán)重法、約束法、多準(zhǔn)則（或多目標(biāo)）單純形法及理論生成法、自適應(yīng)尋查法、協(xié)調(diào)規(guī)劃法；第二類是依賴于事先排定優(yōu)先順序的方法，包括目標(biāo)規(guī)劃、效用函數(shù)估價和最優(yōu)權(quán)重法、消轉(zhuǎn)法、替換價值交換法；第三類是優(yōu)先性逐步排定的方法，有分步法、序貫多目標(biāo)問題解法及其他各種對話式方法?，F(xiàn)在是28頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源優(yōu)化配置方案，是在分析規(guī)劃流域（或區(qū)域）水資源條件、了解經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀、預(yù)測未來發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，通過建立水資源優(yōu)化配置模型而制定的。三、多目標(biāo)規(guī)劃法在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用現(xiàn)在是29頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源優(yōu)化配置具有多種目標(biāo)和多個約束條件，因此可以采用多目標(biāo)規(guī)劃法來建立模型。（一）劃分區(qū)域、確定水源和用水部門（二）建立目標(biāo)函數(shù)（三）建立約束條件三、多目標(biāo)規(guī)劃法在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用現(xiàn)在是30頁\一共有48頁\編輯于星期六以上目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成了一個基本的水資源優(yōu)化配置多目標(biāo)模型，求解方法有權(quán)重法、約束法、目標(biāo)規(guī)劃法等多種，更詳細(xì)的介紹可參閱運(yùn)籌學(xué)的相關(guān)書籍?，F(xiàn)在是31頁\一共有48頁\編輯于星期六第六節(jié)水資源規(guī)劃工作的流程及要求現(xiàn)在是32頁\一共有48頁\編輯于星期六一、水資源規(guī)劃工作流程與主要內(nèi)容水資源規(guī)劃的步驟，也因研究區(qū)域的不同、水資源功能側(cè)重點(diǎn)的不同、所屬行業(yè)的不同以及規(guī)劃目標(biāo)的高低不同，有所差異。但基本程序類似，概括如下:現(xiàn)在是33頁\一共有48頁\編輯于星期六現(xiàn)在是34頁\一共有48頁\編輯于星期六二、規(guī)劃成果要求水資源規(guī)劃是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，涉及面比較廣。特別是，面向可持續(xù)發(fā)展的水資源規(guī)劃要密切聯(lián)系社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境問題等內(nèi)容，需要把它們結(jié)合在一起來研究。一方面，增加了研究工作的難度；另一方面，增加了研究工作的內(nèi)容，并對水資源規(guī)劃成果提出了更高的要求。本節(jié)以可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)，依據(jù)現(xiàn)有的水資源規(guī)劃條例和經(jīng)驗(yàn)，對水資源規(guī)劃的工作內(nèi)容及成果要求加以介紹。現(xiàn)在是35頁\一共有48頁\編輯于星期六（一）區(qū)劃工作區(qū)域劃分，又常稱為“區(qū)劃工作”，是水資源規(guī)劃的前期準(zhǔn)備工作，也是十分重要的一項(xiàng)工作，同時也是水資源規(guī)劃的成果之一。區(qū)劃工作的目的，是將繁雜的規(guī)劃問題化整為零，逐塊研究，避免由于規(guī)劃區(qū)過大而掩蓋水資源分布不均、利用程度差異的矛盾，影響規(guī)劃成果。（二）水資源評價（三）水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析（四）水資源供需分析（五）水資源優(yōu)化配置研究（六）水資源規(guī)劃實(shí)施對策現(xiàn)在是36頁\一共有48頁\編輯于星期六第七節(jié)流域水資源綜合利用規(guī)劃及專項(xiàng)規(guī)劃

現(xiàn)在是37頁\一共有48頁\編輯于星期六流域是水資源自然形成的基本單元，在流域范圍內(nèi)對水資源實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理已成為目前國際公認(rèn)的科學(xué)原則；多目標(biāo)的綜合規(guī)劃幾乎涉及水資源開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護(hù)等各個方面，能夠比較全面、系統(tǒng)地反映水資源規(guī)劃管理所面對的問題和所包含的內(nèi)容，具有較強(qiáng)的代表性?，F(xiàn)在是38頁\一共有48頁\編輯于星期六一、制定規(guī)劃目標(biāo)階段制定規(guī)劃目標(biāo)是水資源規(guī)劃管理的兩大核心任務(wù)之一，是展開后續(xù)工作的基礎(chǔ)和依據(jù)。這一階段還包括搜集整理資料和水資源區(qū)劃等前期工作。（一）搜集整理資料（二）水資源區(qū)劃（三）制定規(guī)劃目標(biāo)現(xiàn)在是39頁\一共有48頁\編輯于星期六二、分析差距、找出問題階段本階段的主要任務(wù)和內(nèi)容是評價規(guī)劃流域的水資源條件、水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，預(yù)測流域未來的水資源供需狀況，對無規(guī)劃狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)展變化的趨勢與規(guī)劃希望達(dá)到的目標(biāo)之間進(jìn)行比較，找出差距和需要解決的主要問題，進(jìn)而分析目標(biāo)的可行性，看是否需要進(jìn)行修改，并為下一步制定規(guī)劃方案奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)在是40頁\一共有48頁\編輯于星期六1．水資源評價2．水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析3．水資源供求預(yù)測和評價4．水資源承載力研究現(xiàn)在是41頁\一共有48頁\編輯于星期六水資源承載力是指在一定區(qū)域或流域范圍內(nèi)，在一定的發(fā)展模式和生產(chǎn)條件下，當(dāng)?shù)厮Y源在滿足既定生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的前提下，能夠持續(xù)供養(yǎng)的具有一定生活質(zhì)量的人口數(shù)量，或能夠支持的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模。水資源承載力的主體是水資源，客體是人口數(shù)量和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，同時維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)是基本前提。因此，水資源承載力是聯(lián)系水資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的一個重要概念，對流域水資源承載力進(jìn)行計(jì)算和評估是流域水資源綜合規(guī)劃中必要的基礎(chǔ)性工作?，F(xiàn)在是42頁\一共有48頁\編輯于星期六三、制定和選擇規(guī)劃方案階段制定和選擇規(guī)劃方案是水資源規(guī)劃的又一核心任務(wù)，是尋找解決問題的具體措施以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體包括方案制定、方案綜合評價和最終方案選擇等工作。1．方案制定規(guī)劃方案就是在既定條件下能夠解決問題、實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)的一系列措施的組合。在流域水資源規(guī)劃中常常需要制定多個可能的規(guī)劃方案，但規(guī)劃方案并不是越多越好，方案數(shù)量取決于規(guī)劃性質(zhì)、要求和掌握的資料等因素?，F(xiàn)在是43頁\一共有48頁\編輯于星期六2．方案綜合評價對已制定的不同方案，要采用一定的技術(shù)方法進(jìn)行計(jì)算和綜合評價，全面衡量各方案的利弊，為選擇最終方案提供參考。評價內(nèi)容主要包括以下各項(xiàng)（翁文斌等，2003）。①目標(biāo)滿足程度②效益指標(biāo)評價③合理性檢驗(yàn)現(xiàn)在是44頁\一共有48頁\編