水資源優(yōu)化配置

目錄1緒論3多目標(biāo)規(guī)劃4多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用5結(jié)語2水資源規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1緒論

我國水資源總量很大，但人均占有量卻遠(yuǎn)低于世界平均水平。近年來，隨著人口的增長及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水危機(jī)問題日益突出。北方地區(qū)缺水嚴(yán)重，地下水已嚴(yán)重超采；南方地區(qū)排水日益超標(biāo)，造成嚴(yán)重的水體污染及水體富營養(yǎng)化；西北干旱半干旱地區(qū)經(jīng)濟(jì)用水大量擠占生態(tài)環(huán)境用水。從全國范圍來看，我國水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀很不樂觀，在治理、配置、保護(hù)、節(jié)約和管理等方面亟待加強(qiáng)。為了合理開發(fā)利用水資源，充分發(fā)揮水資源的綜合效益，水資源規(guī)劃越來越受到人們的重視。隨著科學(xué)的進(jìn)步和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水資源規(guī)劃的方法也在不斷的更新變化，從線性規(guī)劃法，到動態(tài)規(guī)劃，到現(xiàn)在的多目標(biāo)規(guī)劃。2水資源規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

水資源規(guī)劃的發(fā)展歷程及發(fā)展現(xiàn)狀2.1

19世紀(jì)以前人類就已開展水資源規(guī)劃工作，到20世紀(jì)初逐步從定性走向定量。20年代，美國學(xué)者首先提出應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計理論進(jìn)行調(diào)節(jié)計算的經(jīng)驗(yàn)方法，此后蘇聯(lián)學(xué)者使其形成了較完整的水資源規(guī)劃數(shù)理統(tǒng)計方法。之后，隨著電子計算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，提出水資源數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，即以數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述水資源系統(tǒng)特征及開發(fā)利用中相互依賴和制約的關(guān)系，并求出為某一目標(biāo)（或多目標(biāo)）服務(wù)的最優(yōu)解，其內(nèi)容包括線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃與多目標(biāo)規(guī)劃等。2水資源規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

水資源規(guī)劃的發(fā)展趨勢2.2

水資源規(guī)劃是水利規(guī)劃與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體規(guī)劃的重要組成部分，是充分發(fā)揮水資源最大綜合效益的重要手段。通過水資源規(guī)劃，進(jìn)一步摸清我國水資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀，在分析水資源承載能力的基礎(chǔ)上，提出合理開發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護(hù)、綜合治理、科學(xué)管理水資源的布局與方案，作為今后水資源利用與管理的依據(jù)與準(zhǔn)則，保障社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。多目標(biāo)規(guī)劃發(fā)展進(jìn)程

19世紀(jì)90年代

多目標(biāo)最優(yōu)化思想，最早是在1896年由法國經(jīng)濟(jì)學(xué)家V.帕雷托提出來的。他從政治經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度考慮把本質(zhì)上是不可比較的許多目標(biāo)化成單個目標(biāo)的最優(yōu)化問題。20世紀(jì)40年代

1947年，J.馮·諾伊曼和O.莫根施特恩從對策論的角度提出了有多個決策者在彼此有矛盾的情況下的多目標(biāo)問題。

20世紀(jì)60年代至今1963年，L.A.扎德從控制論方面提出多指標(biāo)最優(yōu)化問題。1968

年，A.M.日夫里翁引進(jìn)了真有效解概念，并得到了有關(guān)的結(jié)果。自70年代以來，多目標(biāo)規(guī)劃的研究越來越受到人們的重視。

20世紀(jì)50年代

1951年，T.C.庫普曼斯從生產(chǎn)和分配的活動中提出多目標(biāo)最優(yōu)化問題，引入有效解的概念。同年，H.W.庫恩和A.W.塔克爾從研究數(shù)學(xué)規(guī)劃的角度提出向量極值問題。

3多目標(biāo)規(guī)劃

多目標(biāo)規(guī)劃發(fā)展歷程3.13多目標(biāo)規(guī)劃

多目標(biāo)規(guī)劃的特點(diǎn)3.2

特點(diǎn)1特點(diǎn)2特點(diǎn)3特點(diǎn)4在多目標(biāo)規(guī)劃中，目標(biāo)的度量單位多是不可公度的；各目標(biāo)之間的權(quán)益是相互競爭、相互矛盾的；其解不能使多目標(biāo)同時達(dá)到最優(yōu)，而且不是唯一的；多目標(biāo)能更全面的反映整體的綜合利益。3多目標(biāo)規(guī)劃

多目標(biāo)規(guī)劃的一般數(shù)學(xué)模型3.3數(shù)學(xué)模型

s.t.式中：

為目標(biāo)函數(shù)；

為約束集。3多目標(biāo)規(guī)劃

模型的求解3.4效用最優(yōu)化模型約束模型目標(biāo)優(yōu)化模型罰款模型粒子群算法3多目標(biāo)規(guī)劃

規(guī)劃問題的各個目標(biāo)函數(shù)可以通過一定的方式進(jìn)行求和運(yùn)算。這種方法將一系列的目標(biāo)函數(shù)與效用函數(shù)建立相關(guān)關(guān)系，各目標(biāo)之間通過效用函數(shù)協(xié)調(diào)，使多目標(biāo)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的單目標(biāo)規(guī)劃問題：

（一）效用最優(yōu)化模型ψ是與各目標(biāo)函數(shù)相關(guān)的效用函數(shù)的和函數(shù)。3多目標(biāo)規(guī)劃

在用效用函數(shù)作為規(guī)劃目標(biāo)時，需要確定一組權(quán)值來反映原問題中各目標(biāo)函數(shù)在總體目標(biāo)中的權(quán)重，即：

（一）效用最優(yōu)化模型3多目標(biāo)規(guī)劃

若規(guī)劃問題的某一目標(biāo)可以給出一個可供選擇的范圍，則該目標(biāo)就可以作為約束條件而被排除出目標(biāo)組，進(jìn)入約束條件組中。

假如，除第一個目標(biāo)外，其余目標(biāo)都可以提出一個可供選擇的范圍，則該多目標(biāo)規(guī)劃問題就可以轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃問題：

（二）約束模型3多目標(biāo)規(guī)劃

需要預(yù)先確定各個目標(biāo)的期望值，同時給每一個目標(biāo)賦予一個優(yōu)先因子和權(quán)系數(shù)，假定有K個目標(biāo)，L個優(yōu)先級（

），目標(biāo)規(guī)劃模型的數(shù)學(xué)形式為：

（三）目標(biāo)優(yōu)化模型3多目標(biāo)規(guī)劃

（三）目標(biāo)優(yōu)化模型式中：

分別表示與相應(yīng)的、與相比的目標(biāo)超過值和不足值，即正、負(fù)偏差變量；

表示第l個優(yōu)先級；

表示在同一個優(yōu)先級中，不同目標(biāo)的正、負(fù)偏差變量的權(quán)系數(shù)。

4多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用

4.1

水資源優(yōu)化配置

水資源優(yōu)化配置是水資源規(guī)劃的重要組成部分，是指在一個特定的流域或區(qū)域范圍內(nèi)，遵循高效、公平和可持續(xù)的原則，通過工程與非工程措施，考慮市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律與資源配置準(zhǔn)則，通過合理抑制需求、有效增加供水、積極保護(hù)生態(tài)環(huán)境等手段和措施，對有限的、不同形式的水資源，在區(qū)域間和各用水部門間進(jìn)行時間和空間上的科學(xué)分配。

4多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用

4.1

水資源優(yōu)化配置

水資源優(yōu)化配置的最終目的就是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保證生活、生產(chǎn)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源優(yōu)化配置的實(shí)質(zhì)是提高水資源的配置效率，一方面提高水資源的分配效率，合理解決各部門和各行業(yè)（包括生態(tài)環(huán)境用水）之間的競爭用水問題。另一方面則是提高水資源的利用效率，促使各部門或各行業(yè)內(nèi)部節(jié)約高效用水。社會效益環(huán)境效益經(jīng)濟(jì)效益本文槽針對倒某個評行政鑒區(qū)域表選取嗚社會具效益(區(qū)探域缺粱水量換最小瘦)、經(jīng)濟(jì)賤效益(供條水的緒直接趟經(jīng)濟(jì)寸效益朱最大鉛)和環(huán)堆境效欲益（生疫態(tài)環(huán)碌境需滲水量垂最小晶）作為沿整個蝕系統(tǒng)透的決傳策目僵標(biāo)來選研究筍。目標(biāo)函數(shù)4猴多目庭標(biāo)規(guī)容劃在墾水資協(xié)源優(yōu)憲化配無置中帽的應(yīng)濫用4.癥2多目竟標(biāo)規(guī)蟲劃在脆水資演源優(yōu)鋪化配江置中君的應(yīng)慈用0,3kcjkijxx4峽多目襯標(biāo)規(guī)貨劃在菜水資匯源優(yōu)董化配辨置中章的應(yīng)目用4.超2多目恭標(biāo)規(guī)鉛劃在批水資努源優(yōu)慢化配污置中摧的應(yīng)健用供水能力輸水能力非負(fù)約束供需變化約束條件總體模型4孫多目吵標(biāo)規(guī)唇劃在霞水資刑源優(yōu)?；淠z置中丘的應(yīng)史用4.熔2多目炊標(biāo)規(guī)窮劃在氣水資關(guān)源優(yōu)和化配殺置中滾的應(yīng)猴用4始多目重標(biāo)規(guī)扯劃在仁水資職源優(yōu)肥化配回置中伙的應(yīng)師用4.弱2多目妹標(biāo)規(guī)霸劃在事水資般源優(yōu)歐化配備置中鑒的應(yīng)搭用4推多目希標(biāo)規(guī)針劃在殼水資恥源優(yōu)會化配栽置中裳的應(yīng)垃用4.耳2多目悔標(biāo)規(guī)牛劃在堅水資抽源優(yōu)為化配致置中捏的應(yīng)狼用效益系數(shù)費(fèi)用系數(shù)用水次序系數(shù)、用水公平系數(shù)各水源可供水量需水量上下限模型參數(shù)的確定4標(biāo)多目群標(biāo)規(guī)境劃在戒水資望源優(yōu)核化配肢置中玩的應(yīng)康用4.勒2多目浸標(biāo)規(guī)蓮劃在村水資宜源優(yōu)陡化配償置中符的應(yīng)笛用效益系數(shù)的確定A.生活用水的效益系數(shù)一般難以定量化，為保證其得到滿足。應(yīng)賦予較大值。根據(jù)實(shí)際情況與周邊地區(qū)的情況，確定生活用水的效益系數(shù),單位為元/m3。B.生態(tài)環(huán)境用水主要是包括城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水；城鎮(zhèn)居民的生活與城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境有關(guān)，所以取環(huán)境用水的效益系數(shù)等于生活用水的效益系數(shù)，單位為元/m34壤多目四標(biāo)規(guī)管劃在軟水資葛源優(yōu)尊化配饒置中蛛的應(yīng)顆用4.留2多目蒜標(biāo)規(guī)晨劃在惕水資殖源優(yōu)喂化配向置中間的應(yīng)商用效益系數(shù)的確定C.痰第二紋產(chǎn)業(yè)華用水老的效涉益系作數(shù)采老用第圖二產(chǎn)課業(yè)總歷產(chǎn)值事分?jǐn)偱品椒偅嫅{算公抄式如風(fēng)下：式中勸：b爬指第樓二產(chǎn)按業(yè)用亞水效瞞益系例數(shù)；衰β指方第二驅(qū)產(chǎn)業(yè)貸用水混效益喚分?jǐn)偛菹禂?shù)捆，不卷同的同取水氣水源測，其矮分?jǐn)偲嫦禂?shù)苗不同增：以愛自來頂水作艘為取眉水水輕源，岸第二管產(chǎn)業(yè)翼供水蝕效益株分?jǐn)偟┫禂?shù)張取3譜.5從%；捕以自踏備井向作為寸取水光水源燃，第澤二產(chǎn)灘業(yè)供迎水效吹益分前攤系析數(shù)取荒3%默；以恥水利摔工程盼作為睡取水獵水源線，第勵二產(chǎn)芒業(yè)供華水效爐益分福攤系飯數(shù)取耳6.抹5%壁；w華指第姜二產(chǎn)帆業(yè)萬胸元產(chǎn)暢值取恐水量叮(m刮3/錯萬元羽)。4扯多目熔標(biāo)規(guī)鏈劃在枕水資鼠源優(yōu)草化配唱置中吐的應(yīng)枯用4.圣2多目巧標(biāo)規(guī)弄劃在弄水資洋源優(yōu)俯化配性置中印的應(yīng)補(bǔ)用效益系數(shù)的確定D.農(nóng)業(yè)用水效益系數(shù)按灌溉后的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益乘以水利分?jǐn)傁禂?shù)確定。求得單一作物的用水效益后，對于有多種農(nóng)作物的研究區(qū)，可以采用幾何平均法求得。4配多目另標(biāo)規(guī)勢劃在誰水資屋源優(yōu)片化配恥置中缸的應(yīng)蛾用4.擇2多目竭標(biāo)規(guī)群劃在茫水資搜源優(yōu)青化配洗置中藍(lán)的應(yīng)稅用費(fèi)用系數(shù)的確定

從水利工程取水的用戶以水資源費(fèi)、污水處理費(fèi)與輸水成本之和作為其費(fèi)用系數(shù)；從水廠取水的用戶以水價作為其費(fèi)用系數(shù)；從自備井取水的用戶以水資源費(fèi)、污水處理費(fèi)與提水成本之和作為其費(fèi)用系數(shù)；農(nóng)業(yè)用戶的費(fèi)用系數(shù)參考水費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)確定。4歐多目緩標(biāo)規(guī)湯劃在肚水資哀源優(yōu)孔化配像置中剩的應(yīng)敢用4.排2多目雨標(biāo)規(guī)蒙劃在賠水資巴源優(yōu)觸化配其置中喘的應(yīng)效用供水次序系數(shù)的確定供水跨次序取系數(shù)謎反映垃k子等區(qū)i峽，c姻水源聞相對辨于其建他水蹲源供朵水的眼優(yōu)先針程度，與水軌源供弄水次丘序有仆關(guān)?？梢员貐⒖脊は率綌偞_定趕：表示用水戶得到供水的次序的最大值表示k子區(qū)j用水戶得到供水的次序4胡多目歷標(biāo)規(guī)奴劃在稈水資默源優(yōu)阿化配買置中敬的應(yīng)序用4.鳥2多目披標(biāo)規(guī)熊劃在米水資蘆源優(yōu)俘化配廣置中躲的應(yīng)測用用戶公平系數(shù)的確定用戶公平系數(shù)

表示k子區(qū)j用戶相對于其他用戶先得到供水的保證程度，與

相似，與用戶優(yōu)先得到供水的次序有關(guān)。例如奇：擬定謊各用逃戶得遷到供歌水的貼次序仙先后婦為:片1—艘生活腫用水倡；2蠢—環(huán)聽境用照水；3—月二產(chǎn)使及三斧產(chǎn)用館水；霸4—席農(nóng)業(yè)惜用水脆。參竿照上撿式，那計算喇得到踩各用臺戶的槽公平柏系數(shù)：4笨多目產(chǎn)標(biāo)規(guī)綢劃在位水資撥源優(yōu)錯化配闊置中當(dāng)?shù)膽?yīng)釀用4.璃2多目始標(biāo)規(guī)校劃在叢水資羅源優(yōu)喪化配猴置中伏的應(yīng)鵲用用戶公平系數(shù)的確定4茄多目丙標(biāo)規(guī)京劃在窩水資頃源優(yōu)炎化配薯置中冊的應(yīng)毫用4.謊2多目前標(biāo)規(guī)練劃在胳水資爆源優(yōu)貝化配池置中丹的應(yīng)蒸用各水源可供水量

可供水量是指在不同規(guī)劃水平年和不同設(shè)計保證率條件下，考慮用戶需水要求，通過一定的工程設(shè)施提供的用戶可以使用的水量。區(qū)域內(nèi)水源供給各類用戶的最大水量，不得超過水源的可供水量

。4馳多目點(diǎn)標(biāo)規(guī)糟劃在賄水資救源優(yōu)帥化配獄置中程的應(yīng)悶用4.做2多目迅標(biāo)規(guī)意劃在管水資腳源優(yōu)挑化配益置中笨的應(yīng)佛用需水量上、下限

用戶需水量主要包括生活用水、生態(tài)環(huán)境用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水四大類，可采用定額法等方法進(jìn)行預(yù)測。a、生活需水量上下限根據(jù)區(qū)域生活取用水習(xí)慣以及牲畜用水，可取其上、下限為等值。4刺多目接標(biāo)規(guī)敬劃在皂水資袖源優(yōu)家化配銅置中憂的應(yīng)冊用4.稻2多目誘標(biāo)規(guī)抬劃在千水資質(zhì)源優(yōu)恐化配均置中情的應(yīng)務(wù)用需水量上、下限

b、生態(tài)環(huán)境需水量上下限

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境破壞也越來越嚴(yán)重了，近些年產(chǎn)生的生態(tài)問題引發(fā)了人們的思考，所以生態(tài)環(huán)境用水上、下限均取為環(huán)境需水量。4隔多目梨標(biāo)規(guī)星劃在袍水資季源優(yōu)概化配躬置中趙的應(yīng)盼用4.待2多目沒標(biāo)規(guī)臂劃在胡水資億源優(yōu)宰化配飯置中欣的應(yīng)擾用需水量上、下限c、研工業(yè)戒需水紋量上劃下限考慮酸工業(yè)損用水伙特征政，上齊、下衰限分怎別按活下式督取值窮：式中：

分別為一般工業(yè)用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水的上下限，

為一般工業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的需水量。4意多目應(yīng)標(biāo)規(guī)蘇劃在浙水資斤源優(yōu)塊化配稼置中自的應(yīng)幕用4.亡2多目戰(zhàn)標(biāo)規(guī)刪劃在減水資漲源優(yōu)腎化配稻置中燦的應(yīng)拿用需水量上、下限d、農(nóng)業(yè)拒需水嚇上下猾限式中：

分別為k子區(qū)農(nóng)業(yè)用水量的上下限；

分別為k子區(qū)的有效灌溉面積和保證灌溉面積；

為k子區(qū)綜合灌溉定額。5帽結(jié)語水資稼源優(yōu)妖化配當(dāng)置涉晝及社辭會經(jīng)污濟(jì)、重人口乘、資揮源和垮生態(tài)禍環(huán)境果等諸罪多方運(yùn)面，棟隨著團(tuán)經(jīng)濟(jì)恐的發(fā)以展，凝水資假源開旅發(fā)利齡用也機(jī)從局嶺部地雖區(qū)、炒單一屆目標(biāo)蒙逐漸幼轉(zhuǎn)向租水資蝕源的盒綜合您利用胳，在旅這種鉤情況朗下，愁多目谷標(biāo)規(guī)凝劃在氧水資材源優(yōu)穗化配秀置中孤得到曲廣泛炸應(yīng)用歉，并蓮發(fā)揮炸著巨劑大的珠作用瓜。水資籃源規(guī)放劃是迎確保瀉水資及源可燙持續(xù)慮利用跨、經(jīng)乞濟(jì)社椅會可列持續(xù)通發(fā)展猜的重突要保語障，舒是充頓分發(fā)加揮水剝資源宮最大狡綜合莊效益覺的重出要手牽段，轉(zhuǎn)通過口水資仍源規(guī)且劃，冰采取熔優(yōu)化般用水尊結(jié)構(gòu)濟(jì)、促旺進(jìn)節(jié)瓣約用還水、雷加快巖工程醉建設(shè)帶、加痛強(qiáng)水綠資源納保護(hù)加和政盛策保界障等騎措施譯來對境水資義源進(jìn)舟行優(yōu)捧化配販置，使衣得水資珠源的迫供需堪矛盾得以雖緩解。參考混文獻(xiàn)[1退]水舊利部攪水利縫水電蒜規(guī)劃趁設(shè)計狂總院巡壽.全章國水筐資源遇綜合暑規(guī)劃籠技術(shù)檔大綱問[R綠],是北京滔:水鴨利部計水利嗎水電疫規(guī)劃民設(shè)計利總院抓,2彼00鳴2[2與]何丟俊仕蔥,粟油曉玲偏.水回資源打規(guī)劃濃及管赤理[吩M]柳.北晉京:革中國帖農(nóng)業(yè)憤出版浪社,滲20眼06謹(jǐn).[3祥]王過順久想,張翠欣莉摟,倪追長鍵鏟.水策資源旋優(yōu)化鼻配置糖原理草及方賽法[漸M]摘.北就京:浩中國業(yè)水利盤水電鞋出版鍵社,違20悠07滋.[4不]余秀興奎王.滔昆明傅市水患資源銜優(yōu)化愈配置賽[D奇].管昆明乞理工腹大學(xué)避,2岡01絹2.[5尾]王意戰(zhàn)平余,田田軍倉眉.姓基于炕粒子統(tǒng)群算終法的神區(qū)域碰水資惜源優(yōu)襪化配罪置研太究[慶J]狀.墓中國旱農(nóng)村鐮水利妨水電稼,2演01夾3,晶01獵:7冷-1后0.[6端]郭浸慧芳耗,馬澇海波蠟,董販增川秘等.季改仔進(jìn)的絹多目茶標(biāo)粒殘