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)濟的發(fā)展和人們認識的深入，水資源規(guī)劃的目標、任務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\編輯于星期六相應地，對規(guī)劃技術方法也提出了更高的要求，客觀上促進了系統(tǒng)科學在水資源研究領域的應用；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規(guī)劃的發(fā)展，為其提供了良好的技術支持。因此，這一節(jié)將主要介紹水資源系統(tǒng)分析的基礎理論、模型及在水資源規(guī)劃中的應用?，F(xiàn)在是6頁\一共有48頁\編輯于星期六一、水資源系統(tǒng)分析的基礎理論水資源系統(tǒng)是一個涉及多發(fā)展目標、多構(gòu)成和影響因素、多約束條件的復雜巨系統(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。現(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)濟大系統(tǒng)中資源系統(tǒng)的一個分系統(tǒng)。現(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、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)學模型數(shù)學模型的建立和求解是水資源系統(tǒng)分析中最重要的技術環(huán)節(jié)，屬于系統(tǒng)科學體系中技術科學層次的運籌學范疇，是采用數(shù)學語言來抽象描述真實的水資源系統(tǒng)，以便對系統(tǒng)的目標、結(jié)構(gòu)、功能等特征量進行定量分析?，F(xiàn)在是11頁\一共有48頁\編輯于星期六按照不同的分類標準，數(shù)學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因素可分為確定性模型和隨機模型等。最常用的還是分為模擬模型和優(yōu)化模型兩大類?，F(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)的實際情況，利用計算機模型（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，尋找實現(xiàn)目標的最優(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、多目標劃模型等。這里將對這幾種模型做簡單介紹，至于詳細的建模方法和計算方法可查閱有關“運籌學”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達到最優(yōu)。其一般形式為：目標函數(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就是目標函數(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，而屬于運籌學的另一分支，即非線性規(guī)劃?，F(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)劃模型的目標函數(shù)是單一的，只能解決簡單的單目標問題，如果實際問題過于復雜，存在多目標甚至目標間相互矛盾，則運用線性規(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)劃模型也是由目標函數(shù)和約束條件兩大部分組成，但其目標函數(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)勢在于能夠更準確地反映真實系統(tǒng)的性質(zhì)和特點。水資源系統(tǒng)是多要素、多層次的復雜巨系統(tǒng)，要素間、層次間的關系通常都不是簡單的線性關系，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用。但非線性規(guī)劃模型比線性規(guī)劃模型要復雜得多，既沒有統(tǒng)一的數(shù)學形式，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)分析中應用十分廣泛。現(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)劃那樣有一套標準的算法，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。現(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)劃目標逐漸多樣化，形成了一個涉及經(jīng)濟目標、社會目標和生態(tài)環(huán)境目標三方面、多層次、多指標的目標體系。4.多目標規(guī)劃模型現(xiàn)在是24頁\一共有48頁\編輯于星期六在技術方法上，多目標規(guī)劃模型應運而生。多目標規(guī)劃模型也由決策變量、目標函數(shù)和約束條件構(gòu)成，最大的特點是其目標函數(shù)包含兩個或兩個以上相互獨立的目標。4.多目標規(guī)劃模型現(xiàn)在是25頁\一共有48頁\編輯于星期六多目標規(guī)劃模型的一般數(shù)學形式為：目標函數(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)劃目標可能不可共存，或有的目標難以量化，甚至目標間可能存在矛盾，因此，多目標規(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能夠變得更好，除非使其他目標已達到的水平降低?，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，包括權重法、約束法、多準則（或多目標）單純形法及理論生成法、自適應尋查法、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，包括目標規(guī)劃、效用函數(shù)估價和最優(yōu)權重法、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、序貫多目標問題解法及其他各種對話式方法。現(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)濟發(fā)展現(xiàn)狀、預測未來發(fā)展趨勢的基礎上，通過建立水資源優(yōu)化配置模型而制定的。三、多目標規(guī)劃法在水資源優(yōu)化配置中的應用現(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和多個約束條件，因此可以采用多目標規(guī)劃法來建立模型。（一）劃分區(qū)域、確定水源和用水部門（二）建立目標函數(shù)（三）建立約束條件三、多目標規(guī)劃法在水資源優(yōu)化配置中的應用現(xiàn)在是30頁\一共有48頁\編輯于星期六以上目標函數(shù)和約束條件構(gòu)成了一個基本的水資源優(yōu)化配置多目標模型，求解方法有權重法、約束法、目標規(guī)劃法等多種，更詳細的介紹可參閱運籌學的相關書籍?，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)重點的不同、所屬行業(yè)的不同以及規(guī)劃目標的高低不同，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)劃是一項復雜的工作，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，依據(jù)現(xiàn)有的水資源規(guī)劃條例和經(jīng)驗，對水資源規(guī)劃的工作內(nèi)容及成果要求加以介紹?，F(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)劃的前期準備工作，也是十分重要的一項工作，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)對水資源實行統(tǒng)一規(guī)劃和管理已成為目前國際公認的科學原則；多目標的綜合規(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，具有較強的代表性。現(xiàn)在是38頁\一共有48頁\編輯于星期六一、制定規(guī)劃目標階段制定規(guī)劃目標是水資源規(guī)劃管理的兩大核心任務之一，是展開后續(xù)工作的基礎和依據(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)劃希望達到的目標之間進行比較，找出差距和需要解決的主要問題，進而分析目標的可行性，看是否需要進行修改，并為下一步制定規(guī)劃方案奠定基礎?，F(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?shù)厮Y源在滿足既定生態(tài)環(huán)境目標的前提下，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)濟系統(tǒng)的一個重要概念，對流域水資源承載力進行計算和評估是流域水資源綜合規(guī)劃中必要的基礎性工作?，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，是尋找解決問題的具體措施以實現(xiàn)目標的關鍵環(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、實現(xiàn)規(guī)劃目標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，要采用一定的技術方法進行計算和綜合評價，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（翁文斌等，2003）。①目標滿足程度②效益指標評價③合理性檢驗現(xiàn)在是44頁\一共有48頁\編