1、水资源优化配置,提 纲,大规模水资源系统 水资源优化配置模型 现代水资源科学方法 结语,冷的尘埃云,50亿年前星云压缩 形成太阳,45亿年前地球形成， 地球内部开始固结和分化,物质按比重分离， 形成圈层结构,地幔的含水矿物脱气， 水汽穿过薄热地壳 形成最初的地球大气,地壳表面冷却，水汽开始凝结 形成瓢泼大雨，持续数百万年， 形成最初海洋，,水循环与水资源,地球上有多少水？ 13.86108 km3（根据联合国教科文组织最新发表数字）；若平铺地面将形成2700 m 的水层。,极地冰盖、 常年雪、 地下冰 10000年 世界大洋 2500年 高山冰川 1600年 地下水（深部） 1400年 湖泊
2、17年 沼泽 5年 土壤水 1年 河水 16日 大气水 8日 生物水 几小时,水在自然界是以循环运动的方式存在的，在时间和空间上的分布是极不均匀的。,2400年/次,地球上的水,陆地上的水,淡水,可更新的,可被利用的,有潜在用途的,可用质量,人类社会用水,生态环境用水,人类为了自身生存与发展的目的，开发利用水资源的规模已越来越大，目标亦越来越多。,河流,用水系统,耗水取 排水 重复利用 水,水系统,水资源系统,水 源 系 统,用 水 系 统,配水系统,排水系统,地下水,再生水,工业,生态,农业,生活,地表水,水资源系统 是自然生态环境系统与社会经济发展系统的综合体。,主要问题1：我国人均水资源
3、量少，且水资源与生产力布局、与耕地资源分布不相协调。如何从时空尺度对水资源进行调配，达到既满足发展需要，又不造成生态环境问题？黄淮海地区工业总产值约占全国的1/3，而水资源仅占7.7%。南方地区耕地亩均水资源量为3271 m3，而北方地区只有421 m3，前者是后者的7.8倍。,目前年缺水总量为： 300400亿m3,主要问题2：我国水资源利用率低，节水已成为保障经济社会可持续发展的一项长期而紧迫的历史任务。 现有灌溉水利用系数偏低，为0.4左右，而发达国家为0.70.8。1997年全国工业用水重复利用率为45%，而发达国家达80%左右。,水在经济活动中如何才能高效利用？水与经济发展互动关系的
4、量化？,水是如何被污染的？污染物在陆域和水域迁移、转化的全过程演变与控制？,主要问题3：我国河流天然水质总体状况较好，但由于生活与工农业生产中废污水排放，河流受到严重污染。2000年废污水总排放量已达620亿t，经过集中处理达标的只占24，其余排入江河或用于农田灌溉。 在全国约10万km的评价河长中，IV类以上的污染 河长占47。全国湖泊约有75以上水域的水质受到严重污染。,基本任务：一是弄清水循环演变规律二是实现水资源合理开发利用,综合效益最大化 社会和谐 经济发展 生态稳定 配置层次 可持续发展层次 社会经济发展层次 开发利用层次,社会公平 经济效益,人与自然和谐,需求侧调控 供给侧调控,
5、水资源优化配置,高效性原则,提高用水 效率,减少水污染,遵循市场规律,水资源配置原则,公平性原则,不同地区,近期和远期,用水目标,用水人群,水资源配置原则,适应,可持续性原则,水资源配置原则,配置手段 工程手段 科技手段 行政手段 经济手段,水资源优化配置,配置目标,水资源优化配置,配置原则,配置手段,提高配置效率,产业结构调整的可能性？ 生态功能定位的合理性？ 水资源供给系统进行发展与建设的可能性？,水资源优化配置,通过水资源合理配置，提高水资源系统的承载能力,目标函数 约束条件 系统概化 模型求解,基于经济效益最大的水资源配置,水资源优化配置 配置模式,基于宏观经济的水资源配置,以国民经济
6、发展情况 预测需水量，然后通 过水利工程调控，尽 量满足其要求 ?,宏观经济系统和水资 源系统之间具有一系 列内在的、相互依存 和相互制约的关系!,水资源优化配置 配置模式,宏观经济的发展速度，将影响需水量的增长 速度 经济结构的变化和城市化进程，将影响到城市工业用水与灌溉用水的比例 经济发展过程中所排放的各类污染物，有可能污染水体并造成有效水资源量的减少 经济积累中用于扩大供水能力和加大污水处理回用比例的投资额的大小，既影响其它经济部门的投资比例，也直接关系到水资源开发利用和保护管理的格局,基于宏观经济的水资源配置,宏观经济部门分类一览表,第象限由部门间流量xij组成，反映部门之间的生产技术
7、关系 行方向反映第i产品部门生产的货物或服务提供给第j产品部门使用的价值量 列方向反映第j产品部门在生产过程中消耗第i产品部门生产的货物或服务的价值量 第象限由最终产品流量组成，反映最终产品的使用去向 第象限由国民收入（增加值）组成，反映了各产品部门增加值的构成,水资源优化配置 投入产出表,纵列方向，第j产品部门中间投入合计第j产品部门增加值合计第j产品部门总投入 横行方向，第i产品部门中间使用合计第i产品部门最终使用合计第i产品部门总产出 总量上，总投入总产出 第i产品部门总投入第i产品部门总产出 中间投入合计中间使用合计,投入产出表平衡关系,直接消耗系数总产出总投入,投入产出表平衡关系,目
8、标函数约束条件,第t年结构调整后实际需水量 产业结构系数 不调整结构情况下的需水量 至第t年的产业结构调整后的积累节水量,需水调控,静态水资源优化配置模型,仅考虑了某一时段内各经济部门投入产出关系,动态水资源优化配置模型,研究扩大再生产过程中年度间的积累与消费的关系,水资源优化配置 生态配置模型,社会目标,多目标决策模型,经济目标,环境目标,水资源系统科学方法,Water resources engineering,水资源系统科学方法,现代水资源系统一般具有下列特征：,（1） 规模大（涉及的时间、空间范围大） （2） 功能多（影响巨大） （3） 结构复杂（ 动态性 、 非线性、 随机性、混合性
9、）现代水系统的决策问题对决策人提了更高的要求。,水资源系统工程,(1)问题剖析 就是要弄清问题的提出者、决策者和他们的目的，弄清水资源情况、人力、物力、财力、时间等因素的限制，以及进行资料的广泛收集。 (2)目标的选定 就是要选择系统开发的目标。 (3)数学模型的建立 就是要对系统本质的东西进行概括和抽象。 (4)数学模型的运算 如果是优化模型，则要利用优化方法来求解。如果是模拟模型，则要用模拟方法来分析，最终给出近似最优的一个或几个方案。 (5)成果的分析评价 决策者根据自己的经验和意愿，对系统分析的成果进行认真的分析和评价，从总体上权衡利弊得失，进行决策。 (6)计划实施 按照决策进行有序
10、的具体实施。,决策一般是面对未来的，对未来信息预测的准确程度往往是不定的，如何把握决策风险的估量。,确定型决策问题 - 可以准确地预测未来将要发生何种状态情形下的决策 。 风险型决策问题 -不知道未来一定出现哪一种状态，只知道各种状态出现的概率。 非确定型决策问题 - 不知道未来一定出现哪一种状态，也不知道各种状态出现的概率。,状态 就是系统所处的情形。,对大多数中小规模的确定型单目标决策问题，已有成熟的求接方法。,- 300 BC，Enclid - 17、18世纪，变分法 - 1950年前后，LP, NLP, DP, 图论 - 1960年前后，多目标决策 - 1970年前后，大系统优化整数规
11、划的求解是一个没有很好解决的问题。,1947 1960 1970,1951,决策往往有多个目标，且目标之间往往存在竞争，决策目标如何权衡。,纯量最优化理论 最优解 求最优解的方法,向量最优化理论 非劣解求非劣解的方法,Y,X,非劣解,X,决 策 空 间,效用是对各种方案的后果在价值上的量化，多属性效用理论研究的是效用函数的存在性与可分解性。属性是目标的数学度量。,目 标 空 间,非 劣 前 沿,效用曲线,U (x) =u ( f (x) ),f,f,解集,聚集,水资源分布 水需求分布,空间上的分析,-区域与子区域,聚集,解集,时间上的分析,多阶段决策 水库调度,-长期与短期,大系统理论：大系统优化问题被分解成几个子问题，要使子问题的解逼近整体问题的解，就必须对子问题的求解进行协调。为此就有了大系统的递阶结构（谱系结构、多层结构、多重结构）。,协 调 级,子 问 题,子 问 题,子 问 题,子 问 题,协 调 级,协 调 级,当子系统的信息不能全部传递到中央协调层，就实现不了集中控制的模式，相应产生了另外一种控制模式-分散控制。分散控制是次优的。,子系统,子系统,控制器,控制器,上级与下级目标不一致时，就产生了主从决策。,上 级,子问题2,子问题1,相 同 目 标,不 同 目 标,谢 谢 ！,
