水資源規(guī)劃課件

區(qū)域水資源供需分析區(qū)域可供水量計(jì)算區(qū)域水資源供需分析方法區(qū)域水資源供需平衡4.3區(qū)域可供水量計(jì)算系統(tǒng)概化基於模擬的可供水量計(jì)算基於優(yōu)化的可供水量計(jì)算單一工程的可供水量：蓄水工程引水工程提水工程4.3.1系統(tǒng)概化區(qū)域可供水量：在一個(gè)較大區(qū)域區(qū)，往往包含多種多樣的水利工程，包含許多具體的用水戶。區(qū)域可供水量的計(jì)算，就是在各種用水戶需水要求下，對區(qū)域內(nèi)部所有水利工程的可供水量進(jìn)行計(jì)算。水源劃分：當(dāng)?shù)氐乇硭侵竻^(qū)域內(nèi)的河流、湖泊等，按照流域水系進(jìn)行劃分。當(dāng)?shù)氐叵滤侵竻^(qū)域內(nèi)的地下含水層等，按含水層所屬的地質(zhì)單元?jiǎng)澐?。再生水等按照不同的收集、處理與供給系統(tǒng)劃分?？退侵噶魅?yún)^(qū)域內(nèi)的河流、含水層跨界補(bǔ)給等。調(diào)水是指從研究區(qū)域外通過工程措施調(diào)入本區(qū)域的水量，按照不同的調(diào)水系統(tǒng)劃分。地表水地下水再生水客水調(diào)水用戶概化：一個(gè)區(qū)域內(nèi)部，具體用水戶的數(shù)量是非常大的，為了便於計(jì)算，可把地域相近的用水戶進(jìn)行歸類合併。也即把研究區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，每一分區(qū)作為一個(gè)供水對象。分區(qū)的大小應(yīng)根據(jù)需要，因地制宜來定，不宜過大，也不宜過小。如果研究區(qū)域很大，可以逐級劃區(qū)，即把要研究的整個(gè)區(qū)域劃為若干個(gè)一級區(qū)，每一個(gè)一級區(qū)又可劃為若干二級區(qū)，依次類推，最後一級區(qū)稱為計(jì)算單元。分區(qū)的主要方法有：①按行政區(qū)劃分區(qū)。有利於資料的搜集和統(tǒng)計(jì)。②按自然地理單元分區(qū)。如按流域、水系結(jié)構(gòu)劃分，有利於算清水賬。③按流域水資源分區(qū)與區(qū)域行政分區(qū)相結(jié)合的方法進(jìn)行劃分?？紤]區(qū)域不同自然特點(diǎn)和自然分區(qū)（流域、水系、水文地質(zhì)單元等）及行政區(qū)劃的界限，並盡可能地保持自然分區(qū)的完整性，對區(qū)域進(jìn)行水資源分區(qū)。④按社會(huì)經(jīng)濟(jì)單元?jiǎng)澐?。如按特定?jīng)濟(jì)圈、開發(fā)區(qū)等，有利於突出分析的重點(diǎn)。用戶分類：一個(gè)分區(qū)內(nèi)部的用水戶也有各種類型，其用水性質(zhì)也不盡相同。根據(jù)用水性質(zhì)的不同，劃分成幾類。如城市生活農(nóng)村生活工業(yè)和建築業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)河道外生態(tài)環(huán)境河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境工程安排：依據(jù)需水情況和自然條件等，進(jìn)行每一個(gè)水源的開發(fā)利用佈局和工程安排。供水工程主要類型有：蓄水工程、引水工程、地表提水工程、地下提水工程、輸水工程、水處理工程等。在需水調(diào)控方面，相應(yīng)有節(jié)水工程等佈局。地表水地下水再生水系統(tǒng)網(wǎng)路圖：水源與分區(qū)分類型用戶之間，通過各種供水工程相聯(lián)系。按照供水工程、概化用戶在流域水系上和自然地理上的拓?fù)潢P(guān)係，把水源與用戶連接起來，形成系統(tǒng)網(wǎng)路圖。系統(tǒng)網(wǎng)路圖是對真實(shí)系統(tǒng)的抽象概化，由概化元素構(gòu)成。概化元素包括計(jì)算單元、水利工程、分匯水節(jié)點(diǎn)、以及各種輸水通道等。概化用戶計(jì)算單元是劃分的最小一級計(jì)算分區(qū)，是各類資料收集整理的基本單元，也是水資源利用的主體對象；在網(wǎng)路圖上用長方形框表示，屬於“面”元素。水利工程是網(wǎng)路圖上標(biāo)明的水庫及引提水工程等。分匯水節(jié)點(diǎn)包括天然節(jié)點(diǎn)和人為設(shè)置的節(jié)點(diǎn)兩類，前者是重要河流的交匯點(diǎn)或分水點(diǎn)，後者主要是對水量水質(zhì)有特殊要求或希望掌握的控制斷面，在網(wǎng)路圖上屬於“點(diǎn)”元素。輸水通道是對不同類別輸水途徑的概化，包括河流水系，水利工程到計(jì)算單元的供水傳遞關(guān)係，計(jì)算單元退水的傳遞關(guān)係、水利工程之間或計(jì)算單元之間的聯(lián)繫等，在網(wǎng)路圖上屬於“線”元素。以概化後的點(diǎn)、線、面元素為基礎(chǔ)，構(gòu)築天然和人工用水循環(huán)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)模擬逐時(shí)段多水源向多用戶的供水量、耗水量、損失量、排水量及蓄變數(shù)過程，實(shí)現(xiàn)真實(shí)水資源系統(tǒng)的仿真模擬。當(dāng)?shù)氐乇硭汉恿?、湖泊。?dāng)?shù)氐叵滤旱叵潞畬印Ｕ{(diào)水：從研究區(qū)域外通過工程措施調(diào)入本區(qū)域的水量。4.3.2基於模擬的可供水量計(jì)算區(qū)域中的各項(xiàng)供水工程組成一個(gè)體系，共同為用戶供水，彼此既相互聯(lián)繫，又相互影響。基於模擬的可供水量計(jì)算方法，是以概化的系統(tǒng)網(wǎng)路圖為基礎(chǔ)，以事先擬定的各種調(diào)配規(guī)則為依據(jù)，按一定次序，對各水源、各計(jì)算單元進(jìn)行各水利工程調(diào)節(jié)計(jì)算的方法。統(tǒng)籌兼顧各分區(qū)各種類型的用水需求、合理安排各種水源各類工程的供水策略，有利於系統(tǒng)內(nèi)的供需平衡。地表水地下水區(qū)域水資源一般性的調(diào)配規(guī)則主要有：（1）計(jì)算程式可供水量計(jì)算程式為：先支流後幹流，自上游到下游，逐計(jì)算單元計(jì)算。每一計(jì)算單元的計(jì)算遵循水量平衡的原則。（2）供水次序－對計(jì)算單元，誰先供？先用自流水，後用蓄水和提水；先用地表水，後用地下水；先用本流域的水（包括過境水），後用外流域調(diào)水；水質(zhì)優(yōu)的水用於生活等用戶，其他水用於水質(zhì)要求較低的農(nóng)業(yè)或部分工業(yè)用戶。（3）用水次序－對供來的水，誰先用？先儘量滿足生活需水，再依此是河道內(nèi)最小生態(tài)需水、工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需水、農(nóng)業(yè)需水、河道外生態(tài)需水等。地下水計(jì)算單元內(nèi)部分配，包括對當(dāng)?shù)氐乇硭暗叵滤人吹姆峙洌哼@類水源原則上只對所在計(jì)算單元內(nèi)部各類用戶進(jìn)行供水，不跨單元利用。一個(gè)水源對多個(gè)單元間聯(lián)合分配，包括大型水庫、外流域調(diào)水、處理後污水等水源或水量的分配與傳遞：這類水源可為多個(gè)計(jì)算單元所使用，其水量的傳遞和利用關(guān)係由系統(tǒng)網(wǎng)路圖傳輸線路確定。如一條河流上有上下兩個(gè)計(jì)算單元，可以應(yīng)用“分散餘缺”方式進(jìn)行計(jì)算等。後者也是系統(tǒng)模擬的重點(diǎn)和難點(diǎn)。（4）各類水源之間、計(jì)算單元之間相互關(guān)係4.3.3基於優(yōu)化的可供水量計(jì)算問題分析：根據(jù)分區(qū)原則把區(qū)域劃分為J個(gè)分區(qū)，根據(jù)用水性質(zhì)把用水部門分為K個(gè)用水類型，根據(jù)水源特點(diǎn)把區(qū)域水源劃分成I個(gè)供水水源點(diǎn)。不同季節(jié)各種水源的水資源量會(huì)有所變化，各用水部門（特別是農(nóng)業(yè)用水）對水的需求會(huì)有所增減，為此，把計(jì)算域按一定時(shí)間尺度劃分成T個(gè)時(shí)段。由此可見，對特定年份，對整個(gè)區(qū)域而言是一個(gè)擁有I*J*K*T個(gè)決策變數(shù)的水資源系統(tǒng)優(yōu)化問題。根據(jù)可供水量的涵義，供水系統(tǒng)優(yōu)化是解決水資源的短缺問題。為了更好地滿足生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)等的需求，確定模型的目標(biāo)為區(qū)域供水系統(tǒng)相對總?cè)彼孔钚　ＤＰ托问綖椋簽閰^(qū)域在第j分區(qū)第k用水部門第t時(shí)段的需水量；為區(qū)域第i供水水源給第j分區(qū)第k用水部門第時(shí)段的供水量；為第j分區(qū)第k用水部門相對其他用水部門優(yōu)先得到供給水資源的重要程度係數(shù)。

（1）可供水量約束（2）需水量約束（3）供水能力約束（4）工程運(yùn)行可行域約束（5）變數(shù)非負(fù)約束

決策變數(shù)可分為三類：反映需水結(jié)構(gòu)調(diào)控方案的變數(shù)。如各區(qū)域各部門的發(fā)展規(guī)模，節(jié)約用水方案，生態(tài)需水調(diào)控方案等。隱含在模型的需水變數(shù)中起作用；反映供水結(jié)構(gòu)調(diào)控方案的變數(shù)。如水利工程的佈局、規(guī)模及建設(shè)次序等。隱含在模型中的水利工程運(yùn)行約束域中起作用；反映運(yùn)行管理策略方案的變數(shù)。如水量宏觀調(diào)配、工程運(yùn)行策略的變數(shù)。以不同水源向不同用戶的供水量反映。4.4區(qū)域水資源供需分析方法水準(zhǔn)年系列法典型年法4.4.1水準(zhǔn)年區(qū)域水資源供需分析：掌握未來一段時(shí)期區(qū)域需水能夠滿足的程度。通常我們並不針對未來每一年去分析，而是選擇幾個(gè)代表年去分析，通過對代表年的分析，基本掌握區(qū)域水資源供給與需求的態(tài)勢。選擇出的代表年，要能夠反映區(qū)域發(fā)展不同階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)達(dá)到的水準(zhǔn)、相應(yīng)的需水水準(zhǔn)和水資源開發(fā)利用水準(zhǔn)，所以通常稱其為水準(zhǔn)年。現(xiàn)狀年需水量一般來說，需要研究三個(gè)階段的供需情況，即現(xiàn)狀情況、近期情況、遠(yuǎn)期情況，也即三個(gè)水準(zhǔn)年的供需情況?，F(xiàn)狀水準(zhǔn)年又稱基準(zhǔn)年，是指現(xiàn)狀供需情況，以已過去的某一年為代表來分析。近期水準(zhǔn)年為從基準(zhǔn)年以後的5-10年。遠(yuǎn)期水準(zhǔn)年一般為從基準(zhǔn)年以後的15-20年。供水的目的是為了促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，從而供需分析的水準(zhǔn)年應(yīng)盡可能與區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的水準(zhǔn)年相一致。2008202020304.4.2系列法對於給定的水準(zhǔn)年：（1）預(yù)測區(qū)域內(nèi)各分區(qū)各部門的需水量。（2）綜合考慮區(qū)域內(nèi)水資源條件、需水要求、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)水準(zhǔn)等因素，作出水準(zhǔn)年水利工程建設(shè)的初步安排。（3）根據(jù)預(yù)測的需水量和相應(yīng)的水利工程安排情況，按照可供水量計(jì)算方法，作水資源長系列的逐年分析計(jì)算，以掌握未來不同來水條件下區(qū)域水資源供需狀態(tài)?，F(xiàn)狀年需水量分析農(nóng)業(yè)需水量系列一般來說，區(qū)域內(nèi)各概化用戶要求的供水保證率是不同的。生活、工業(yè)用戶的保證率高，農(nóng)業(yè)用戶的保證率可低一些等。在計(jì)算中要予以考慮。通過對長系列調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，可得到不同來水頻率下的各分區(qū)各部門的餘缺水量。水準(zhǔn)年2030遠(yuǎn)期2008現(xiàn)狀2020近期195019511952....2005長系列供需分析計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析工程安排遠(yuǎn)期工程現(xiàn)狀工程近期工程4.4.3典型年法按歷史長系列逐年進(jìn)行分析計(jì)算，往往分析計(jì)算工作量大，而且在系列資料缺乏時(shí)，這種分析計(jì)算還難以進(jìn)行。水準(zhǔn)年2030遠(yuǎn)期2008現(xiàn)狀2020近期平水年枯水年特枯年典型年供需分析計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析工程安排遠(yuǎn)期工程現(xiàn)狀工程近期工程典型年選擇：用典型年來分析區(qū)域水資源的供需情況，必須要求所選典型年具有比較好的代表性。典型年頻率：平水年頻率50％枯水年頻率75％特枯水年頻率90％或95％在進(jìn)行區(qū)域水資源供需分析時(shí)：北方乾旱缺水地區(qū)一般要分析50％和75％兩種情況；南方濕潤富水地區(qū)一般要分析50％

、75％和（或）95％三種情況。典型年年總水量：一般地，選擇典型年所依據(jù)的系列有以下幾種：全年天然徑流系列全年降雨量系列主要農(nóng)作物灌溉期的天然徑流系列主要農(nóng)作物灌溉期的降雨量系列等等（區(qū)域典型年，反映區(qū)域整體情況）典型年時(shí)空分配：①用實(shí)際典型年份時(shí)空分配為模式。這種方法直觀，易被人們所接受，但地區(qū)內(nèi)降雨、徑流的時(shí)空分配受所選擇實(shí)際典型年所支配，有一定的偶然性。②組合頻率法，這種方法從區(qū)域內(nèi)各分區(qū)地理?xiàng)l件和實(shí)際供需情況出發(fā)，使主要控制分區(qū)來水與整個(gè)區(qū)域同頻率，其餘分區(qū)來水與整個(gè)區(qū)域相應(yīng)。AB4.5.區(qū)域水資源供需平衡一次供需分析二次供需分析三次供需分析4.5.1一次供需分析水資源一次供需分析，就是在區(qū)域現(xiàn)狀供水能力與外延式增長的用水需求間所進(jìn)行的供需分析。在水資源需求方面，考慮不同水準(zhǔn)年人口的自然增長、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不因水的因素而變化、人民生活水準(zhǔn)外延式提高，預(yù)測不同水準(zhǔn)年各分區(qū)各部門需水量。在水資源供給方面，在不考慮新增供水投資來增加供水量的前提下，考慮生態(tài)環(huán)境要求進(jìn)行區(qū)域可供水量調(diào)節(jié)計(jì)算。地表水現(xiàn)狀年需水量現(xiàn)狀年供水量水資源一次供需分析本身不是目的，而是希望通過一次供需分析來瞭解和明晰現(xiàn)狀供水能力與外延式用水需求條件下的水資源供需缺口。水資源一次供需分析的缺口為水資源的開源、節(jié)流和污水處理回用安排提供了基礎(chǔ)?，F(xiàn)狀年需水量如對當(dāng)?shù)厮Y源進(jìn)一步挖潛，包括地表水和地下水的進(jìn)一步開發(fā)、污水處理回用等提高區(qū)域供水能力；通過提高水價(jià)、節(jié)水措施、量化管理等抑制用水需求增長；使缺口的上下包線同時(shí)向內(nèi)收縮，以解決或緩解水資源供需矛盾。水資源一次供需分析主要回答三個(gè)問題：一是確定在無新的供水工程投資條件下，未來不同階段的供水能力和可供水量；二是確定在無直接節(jié)水工程投資條件下，未來不同階段的水資源需求自然增長量；三是確定現(xiàn)狀開發(fā)狀態(tài)下，未來不同階段的水資源供需缺口，為確定節(jié)水、治汙和挖潛等措施提供依據(jù)?，F(xiàn)狀年需水量4.5.2二次供需分析水資源二次供需分析，主要是在一次供需分析的基礎(chǔ)上：在水資源需求方面通過節(jié)流等各項(xiàng)措施控制用水需求的增長態(tài)勢，預(yù)測不同水準(zhǔn)年需水量；在水資源供給方面通過當(dāng)?shù)厮Y源開源等措施充分挖掘供水潛力，給出不同水準(zhǔn)年供水工程的安排；通過調(diào)節(jié)計(jì)算，分析不同水準(zhǔn)年供需態(tài)勢。地表水地下水節(jié)水開源在二次供需分析時(shí)，要進(jìn)行供給與需求兩個(gè)方面調(diào)控的多種方案分析計(jì)算，從中選擇最好的方案。通過供給與需求兩方面的調(diào)控，如果二次供需分析不存在缺口，則實(shí)現(xiàn)了區(qū)域水資源的供需平衡。如果還存在缺口，在抑制需求和增加供給共同作用下，一次供需分析的缺口將有較大幅度的下降。二次分析的供需缺口，實(shí)質(zhì)上是在充分發(fā)揮當(dāng)?shù)厮Y源承載力條件下仍不能滿足用水需求的缺口。在有外調(diào)水條件的地區(qū)，可以考慮實(shí)施外調(diào)水予以解決。地表水地下水節(jié)水開源缺水量越小越好總費(fèi)用越小越好4.5.3三次供需分析水資源三次供需分析，是在二次供需分析的基礎(chǔ)上：進(jìn)一步考慮跨流域調(diào)水解決當(dāng)?shù)厝彼畣栴}，將當(dāng)?shù)厮c外調(diào)水作為一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行調(diào)配。將二次分析的供需缺口作為需水項(xiàng)，以不同調(diào)水規(guī)模的方案作為新增供水項(xiàng)參加水資源供需平衡。通過不同方案的對比和分析，為確定調(diào)水工程規(guī)模提供依據(jù)。地表水地下水節(jié)水開源調(diào)水工程一次供需分析是初步瞭解供需情況，並不要求供需平衡和提出實(shí)現(xiàn)平衡的方案計(jì)畫。若一次供需分析有缺口，則在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次供需分析，即考慮進(jìn)一步新建工程、強(qiáng)化節(jié)水、治汙與污水處理再利用等工程措施，以及合理提高水價(jià)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、抑制需求的不合理增長和改善生態(tài)環(huán)境等措施進(jìn)行水資源供需分析。二次供需分析則要求努力平衡和提出實(shí)現(xiàn)平衡的方案計(jì)畫。若二次供需分析仍有較大缺口，應(yīng)進(jìn)一步加大調(diào)整產(chǎn)業(yè)佈局和結(jié)構(gòu)的力度，當(dāng)具有跨流域調(diào)水可能時(shí)，應(yīng)增加外流域調(diào)水並進(jìn)行三次水資源供需分析。4.5.4供需平衡宏觀控制進(jìn)行區(qū)域水資源供需分析最終目的，是要提出本區(qū)域在不同發(fā)展時(shí)期水的長期供給的措施、方案和計(jì)畫，其中的核心問題是要宏觀控制住水資源的供需平衡。①選取的計(jì)算水準(zhǔn)年要與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展總目標(biāo)協(xié)調(diào)一致。②為嚴(yán)重缺水區(qū)作出補(bǔ)水佈局安排。區(qū)域內(nèi)水資源供需缺口較大的地區(qū)是缺水地區(qū)，必須要通盤規(guī)劃之後，統(tǒng)籌考慮作出合理補(bǔ)水佈局安排，才可能保證實(shí)現(xiàn)地區(qū)之間的水資源供需的大致平衡。③進(jìn)行河道外用水和河道內(nèi)用水的協(xié)調(diào)平衡。④用某一來水頻率的典型年來控制水資源的供需平衡。水資源的供需平衡是一種相對的平衡，具有一定的保證率概念。在某一保證率它平衡了，而在另一保證率時(shí)，又可能出現(xiàn)不平衡。一個(gè)區(qū)域究竟選擇那一種保證率控制水資源的供需平衡，是個(gè)複雜的問題，嚴(yán)格來說應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)效益等方面的論證來確定。一般，在水資源匱乏的地區(qū)，為了充分利用平水年份的水資源，選擇的保證率可以低些；相反，在水資源充沛、供水工程投資較低的地區(qū)，選擇的保證率可適當(dāng)?shù)奶岣摺ＴO(shè)75％為保證率頻率元5區(qū)域水資源優(yōu)化配置基於經(jīng)濟(jì)效益的水資源優(yōu)化配置基於宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源優(yōu)化配置基於可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置問題提出：一個(gè)區(qū)域的水資源是有限的，當(dāng)這種有限性使區(qū)域水資源成為稀缺性的資源時(shí)，各種用戶的水需求之間就具有了競爭性，就會(huì)面臨把有限的水資源如何分配給各用戶的問題。水資源供需分析是進(jìn)行不同水準(zhǔn)年水資源在各用戶間分配的方法之一。它主要根據(jù)用戶重要性的不同，從儘量滿足供給與需求之間的平衡角度出發(fā)，進(jìn)行水資源在各用戶之間的分配。很顯然，它沒有直接考慮水資源分配的效益問題。（基於水量、基於計(jì)畫）水資源優(yōu)化配置就是從效益最大化角度出發(fā)進(jìn)行水資源分配的方法。

5.1基於經(jīng)濟(jì)效益的水資源優(yōu)化配置一般描述數(shù)學(xué)模型一個(gè)例子

基於經(jīng)濟(jì)效益的水資源配置模型，是按照經(jīng)濟(jì)效益最大化來進(jìn)行水資源分配的。

主要解決下列問題：確定各用戶的發(fā)展規(guī)模，如農(nóng)業(yè)的灌溉面積等；確定主要水利工程的規(guī)模，如水庫、管道等的物理尺寸；確定最優(yōu)分水策略。X1為反映各用戶發(fā)展規(guī)模的變數(shù)；X2為反映水利工程安排的變數(shù)；X3為反映供水運(yùn)行策略的變數(shù)。f代表的是效益函數(shù)的具體形式。max地下水5.1.1一般描述設(shè)有n個(gè)水源（水利）工程，其經(jīng)濟(jì)壽命為T年。系統(tǒng)總體淨(jìng)效益可表示為：Bj，第j個(gè)工程毛效益；Mj，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；Kj，工程建設(shè)總投資，系折算到工程開始發(fā)揮效益的年份。maxs.t.地下水5.1.2數(shù)學(xué)模型例，以某一流域?yàn)槔齺碚f明模型的建立和求解。水源分析：一條河流計(jì)算單元：灌溉與發(fā)電河流上端第一個(gè)水庫B，它的有效庫容以Y表示，為一未知設(shè)計(jì)變數(shù)。它在雨季蓄水Y，而在旱季泄放Y。設(shè)年總的引水量為I，它是第二個(gè)未知的設(shè)計(jì)變數(shù)。根據(jù)灌區(qū)降雨特點(diǎn)，灌區(qū)的灌溉制度要求年總引水量在雨季與旱季的水量分配比為42.5%及57.5%。灌溉水回歸係數(shù)雨季為35.3%，旱季為78.2%。河流下端佈置一水庫，其有效庫容為Z，是第三個(gè)設(shè)計(jì)變數(shù)。水庫下游佈置一徑流式電站，設(shè)年發(fā)電量為E，是第四個(gè)設(shè)計(jì)變數(shù)。問題：確定水庫的庫容、灌溉引水量及電站的發(fā)電量，在滿足相關(guān)約束條件限制下，使系統(tǒng)獲得最大可能的淨(jìng)效益。用50%典型年代表水資源條件。把一年分為兩季，即雨季和旱季；上排數(shù)值表示雨季的河流平均徑流量；下排數(shù)值表示旱季的河流平均徑流量。第一組約束是簡單的要求四個(gè)設(shè)計(jì)變數(shù)均為非負(fù)。第二組約束是要求系統(tǒng)各河段的徑流量必須為非負(fù)。從圖中可得下列四個(gè)約束條件。

第三組約束是系統(tǒng)要求年發(fā)電量為兩季各半。根據(jù)自然條件，水電站的平均水頭為47.76m，設(shè)出力係數(shù)為8.8，則水電站季生產(chǎn)電能為E為生產(chǎn)的電能，以億kw·h表示；F表示通過水輪機(jī)的水量。由此可寫出發(fā)電方面的兩個(gè)約束條件如下：目標(biāo)函數(shù)是使系統(tǒng)發(fā)電與灌溉的淨(jìng)效益現(xiàn)值盡可能地最大，運(yùn)算式為：

是淨(jìng)效益的現(xiàn)時(shí)折算值（以萬元為單位表示）；B1為每年發(fā)電的淨(jìng)收入現(xiàn)值；B2為每年灌溉供水的淨(jìng)收入現(xiàn)值；K1為B庫建設(shè)投資；K2為C庫建設(shè)投資；K3為電站建設(shè)投資；K4為灌溉系統(tǒng)的建設(shè)投資。投資費(fèi)用的函數(shù)運(yùn)算式：

由於條件限制，使僅有37億m3的水量能自流灌溉。自流引水工程的建設(shè)費(fèi)用為基數(shù)4500萬元，加上每億m3灌溉引水量另須3567萬元。當(dāng)灌溉需水超過37億m3時(shí)，就需另建一抽水站。抽水站的建設(shè)費(fèi)用基數(shù)為500萬元，加上每億m3抽水量另須5189萬元。如果把灌溉水量分成兩部分，I1以表示自流引水，I2表示抽水灌溉，則灌溉工程的總投資費(fèi)用函數(shù)可用下式表示：

為符號函數(shù)

系統(tǒng)淨(jìng)收入計(jì)算：第一步把年毛收入表達(dá)為開發(fā)規(guī)模的函數(shù)；第二步把年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用同樣地表達(dá)為開發(fā)規(guī)模的函數(shù)；第三步把年毛收入減去年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，即為年淨(jìng)收入；第四步應(yīng)用現(xiàn)值因數(shù)計(jì)算年淨(jìng)收入的現(xiàn)時(shí)折算值。假設(shè)建築物的設(shè)計(jì)年限壽命為50年，貼現(xiàn)率為25%，則現(xiàn)值因數(shù)為28.4。即在此情況下，50年中每年1元之現(xiàn)值和為28.40元。發(fā)電:若每kw·h電價(jià)為0.09元，則年毛收入為900E萬元。取年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為20E萬元，則發(fā)電年淨(jìng)收入為880E萬元。電能生產(chǎn)的現(xiàn)值為:灌溉淨(jìng)效益的現(xiàn)值：s.t.5.2基於宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源優(yōu)化配置國民經(jīng)濟(jì)各部門劃分投入產(chǎn)出模型宏觀經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型在供需分析中，以經(jīng)濟(jì)效益最大。這合適嗎？似乎是行的。但沒有考慮某個(gè)用戶生產(chǎn)太多是不是需要的情況。基於宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源優(yōu)化配置就是解決這一問題的。產(chǎn)品特點(diǎn)8部門15部門a．初級產(chǎn)業(yè)1．農(nóng)業(yè)1．農(nóng)業(yè)2．採掘業(yè)2．採掘業(yè)b．製造業(yè)3．輕加工業(yè)3．食品製造業(yè)4．紡織縫紉及皮革工業(yè)5．木材加工及傢俱製造業(yè)6．造紙及文教用品製造業(yè)4．重加工業(yè)7．石油煤炭加工業(yè)8．化學(xué)工業(yè)9．建築材料及其他非金屬礦物製品業(yè)10．金屬冶煉及加工業(yè)11．機(jī)械工業(yè)c．社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施5．電力工業(yè)12．電力、蒸汽、熱水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)6．建築業(yè)13．建築業(yè)7．交通運(yùn)輸郵電業(yè)14．交通運(yùn)輸郵電業(yè)d．服務(wù)業(yè)8．服務(wù)業(yè)15．服務(wù)業(yè)5.2.1國民經(jīng)濟(jì)各部門劃分投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用最終使用12……n合計(jì)消費(fèi)積累合計(jì)家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計(jì)τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動(dòng)者收入V1V2…

VnDⅣ折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.2.2投入產(chǎn)出模型行：產(chǎn)品的去向（毛收入）列：生產(chǎn)的花費(fèi)（＋利潤）投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用最終使用12……n合計(jì)消費(fèi)積累合計(jì)家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計(jì)τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動(dòng)者收入V1V2…

VnDⅣ折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入產(chǎn)出模型如果經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處於平衡狀態(tài)，那麼，應(yīng)滿足如下的關(guān)係：①從左到右，中間產(chǎn)品＋最終產(chǎn)品＝總產(chǎn)品②從上到下，中間投入＋最初投入＝總投入③從總量看：第i產(chǎn)品部門總投入＝第i產(chǎn)品部門總產(chǎn)出投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用最終使用12……n合計(jì)消費(fèi)積累合計(jì)家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計(jì)τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動(dòng)者收入V1V2…

VnD折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入產(chǎn)出模型中間投入合計(jì)＝中間使用合計(jì)最初投入合計(jì)＝最終使用合計(jì)總投入＝總產(chǎn)出x11x12…

x1nY1X1x21x22…

x2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．xn1xn2…

xnnYnXn直接消耗係數(shù)生產(chǎn)一個(gè)單位的第j種產(chǎn)品所消耗的第i種產(chǎn)品的產(chǎn)品量或服務(wù)的價(jià)值量。

a11a12…

a1nY1X1a21a22…

a2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．a(chǎn)n1an2…

annYnXn

消耗部門生產(chǎn)部門中間消耗最終需要總產(chǎn)量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400每一行表示一種產(chǎn)品的分配情況。以第二行為例，煤的年總產(chǎn)量是500萬t。其中有：100萬t用於煉鋼10萬t用於採煤（如煤礦的燒鍋爐用煤）200萬t用於發(fā)電190萬t用於最終需要。最終需要指的是居民和社會(huì)團(tuán)體的消費(fèi)、庫存和出口產(chǎn)品的總和。5.2.3實(shí)物型投入產(chǎn)出模型以鋼、煤、電力三個(gè)生產(chǎn)部門為例

消耗部門生產(chǎn)部門中間消耗最終需要總產(chǎn)量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400每一列表示一種產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中對各產(chǎn)品的消耗情況。以第二列為例，生產(chǎn)500萬t煤需要消耗：40萬t鋼（如用於製造採煤設(shè)備等）10萬t煤（如煤礦的燒鍋爐用煤等）30億Kw.h電（如採煤設(shè)備用電，礦井的通風(fēng)排水用電等）

鋼煤電鋼20/200=0.1(萬t/萬t)40/500=0.08(萬t/萬t)10/400=0.025(萬t/億Kw.h)煤100/200=0.5(萬t/萬t)10/500=0.02(萬t/萬t)200/400=0.5(萬t/億Kw.h)電50/200=0.25(億Kw.h/萬t)30/500=0.06(億Kw.h/萬t)20/400=0.05(億Kw.h/億Kw.h)每一列的數(shù)字分別除以各產(chǎn)品的總產(chǎn)量，就得到消耗係數(shù)

消耗部門生產(chǎn)部門中間消耗最終需要總產(chǎn)量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400設(shè)第二年的鋼、煤、電的最終需要量分別增加到180萬t、240萬t和350億Kw.h。在消耗係數(shù)不變的情況下，按照生產(chǎn)與需求的平衡關(guān)係，即可列出方程組：消耗係數(shù)或技術(shù)係數(shù)，隨著技術(shù)進(jìn)步的的變化？5.2.4價(jià)值型投入產(chǎn)出模型假定某區(qū)域整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)只有三個(gè)部門：A(農(nóng)業(yè))，B(工業(yè))，C(其他)

投入產(chǎn)出中間產(chǎn)品最終產(chǎn)品總產(chǎn)品農(nóng)業(yè)(A)工業(yè)(B)其他(C)小計(jì)積累消費(fèi)小計(jì)中間投入農(nóng)業(yè)(A)20050010080040080012002000工業(yè)(B)40020003002700800150023005000其他(C)200500070003003001000小計(jì)800300040042001200260038008000初始投入折舊20035050600

勞動(dòng)報(bào)酬6006504001650社會(huì)純收入40010001501550小計(jì)120020006003800總投入2000500010008000直接消耗係數(shù)在消耗係數(shù)不變的情況下，按照生產(chǎn)與需求的平衡關(guān)係，即可列出方程組：消耗係數(shù)或技術(shù)係數(shù)，隨著技術(shù)進(jìn)步的的變化？5.2.5考慮調(diào)出與調(diào)入情況投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用最終使用調(diào)出調(diào)入合計(jì)12…n合計(jì)消費(fèi)積累家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計(jì)τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調(diào)入m1m2

…mnm考慮調(diào)出，在最終使用後增加一列。折舊D1D2…

DnD勞動(dòng)者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用區(qū)域最終使用調(diào)出調(diào)入合計(jì)12…n合計(jì)消費(fèi)積累家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計(jì)τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調(diào)入m1m2

…mnm競爭型調(diào)入：即區(qū)域內(nèi)有相應(yīng)商品；作為對最終使用的貢獻(xiàn)，單列一列，從最終使用中扣除。折舊D1D2…

DnD勞動(dòng)者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX投入產(chǎn)出總產(chǎn)出中間使用最終使用調(diào)出調(diào)入合計(jì)12…n合計(jì)消費(fèi)積累家庭社會(huì)固定流動(dòng)中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計(jì)τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調(diào)入m1m2

…mnm非競爭型調(diào)入：即區(qū)域內(nèi)沒有相應(yīng)商品，但在生產(chǎn)中又需要；作為投入項(xiàng)，在中間投入下麵加一行。

折舊D1D2…

DnD勞動(dòng)者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計(jì)N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX5.2.6宏觀經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型衡量經(jīng)濟(jì)的總體發(fā)展水準(zhǔn)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特徵，一般採用國內(nèi)生產(chǎn)總值指標(biāo)。最終產(chǎn)品按市場價(jià)格計(jì)算的所得即為國內(nèi)生產(chǎn)總值?？偼度胫邪藘刹糠?，一部分為外購貨物及服務(wù)，即中間投入；另一部分為初始投入，也是生產(chǎn)活動(dòng)中新產(chǎn)生的價(jià)值，稱為增加值，增加值包括折舊、工資和利稅三項(xiàng)。各部門增加值之和，在數(shù)量上和國內(nèi)生產(chǎn)總值是相等的。

=maxGDP=s.t.5.2.7基於宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源優(yōu)化配置模型

=GDP=maxs.t.靜態(tài)宏觀經(jīng)濟(jì)模型動(dòng)態(tài)宏觀經(jīng)濟(jì)模型上述宏觀經(jīng)濟(jì)模型僅考慮了某一時(shí)段內(nèi)各經(jīng)濟(jì)部門的投入產(chǎn)出關(guān)係，而未考慮:“總產(chǎn)值--GDP--投資--固定資產(chǎn)--新的總產(chǎn)值”這一擴(kuò)大再生產(chǎn)過程，因而還要研究擴(kuò)大再生產(chǎn)過程中年度間的積累與消費(fèi)的關(guān)係。在進(jìn)行區(qū)域宏觀經(jīng)濟(jì)總量研究時(shí)，通常採用如下形式的生產(chǎn)函數(shù)：式中：a>0為全要素生產(chǎn)率；0<a<1為常數(shù)；L為勞務(wù)工時(shí)；K為固定資產(chǎn)存量。在一定時(shí)期和一定的技術(shù)進(jìn)步條件下，

K與L的投入通常成一固定比率，即K/L=?,為常數(shù)，有：

稱為資本產(chǎn)出率。在考慮動(dòng)態(tài)的擴(kuò)大再生產(chǎn)過程時(shí)，第t年的生產(chǎn)函數(shù)為固定資產(chǎn)形成方程：上式的意義為期末固定資產(chǎn)存量等於期初固定資產(chǎn)存量減去本年折舊並加上本年新增固定資產(chǎn)。新增固定資產(chǎn)是由投資形成的。由於不同經(jīng)濟(jì)部門從投資到形成固定資產(chǎn)的時(shí)間和比例均不相同，即使同一部門內(nèi)因產(chǎn)品工藝和規(guī)模的差異也使得固定資產(chǎn)形成的規(guī)律不同，因此本年度形成的固定資產(chǎn)是當(dāng)年、上一年、上兩年……的投資的累計(jì)結(jié)果，即式中：為各年投資形成當(dāng)年固定資產(chǎn)的比率

上式中各年的投資來源於兩個(gè)方面：區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的資金積累和外來投資。區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的積累為最終產(chǎn)出（需求）的一部分，最終產(chǎn)出為總產(chǎn)出的一部分，因而可用一比例係數(shù)與總產(chǎn)值X相聯(lián)系；外來投資包括區(qū)外、中央政府和國外三部分，通常作為外生變數(shù)在模型中給出一範(fàn)圍。據(jù)此，有如下投資方程：式中：為積累率；H為外決策變數(shù)，代表外來投資。動(dòng)態(tài)宏觀經(jīng)濟(jì)模型

s．t．max

最為簡單的概念模型：追求GDP最大的目標(biāo)函數(shù)；部門間的投入產(chǎn)出約束及最終需求約束，最終需求中各項(xiàng)均有其結(jié)構(gòu)性約束；水資源可利用量約束，第t年可利用的水資源量；年度間的擴(kuò)大再生產(chǎn)約束。配置的目標(biāo)配置的原則配置的手段配置的模型5.3面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置

水資源優(yōu)化配置要實(shí)現(xiàn)的效益最大化，是從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三個(gè)方面來衡量的，是綜合效益的最大化。社會(huì)和諧經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)的良性迴圈總體上達(dá)到既能促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，又能維護(hù)良好生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

5.3.1目標(biāo)在可持續(xù)發(fā)展層次，保持人與自然的和諧關(guān)係。

人類為了發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)，必需利用一部分水資源；而為了人類自身的存在，又必需維護(hù)適宜的生存環(huán)境。因此，必須研究如何與自然環(huán)境合理地分享水資源。兼顧當(dāng)前與長遠(yuǎn)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)兩類目標(biāo)間進(jìn)行權(quán)衡，進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)環(huán)境用水的合理分配，力爭使長期發(fā)展的社會(huì)淨(jìng)福利達(dá)到最大。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展層次，兼顧社會(huì)公平與經(jīng)濟(jì)效益。

人類為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，必需利用水資源；而經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又必需有和諧的社會(huì)環(huán)境。因此，進(jìn)行水資源合理配置時(shí)必須統(tǒng)籌考慮公平與效益問題。兼顧局部與全局，在社會(huì)公平與經(jīng)濟(jì)效益兩類目標(biāo)間進(jìn)行權(quán)衡，進(jìn)行區(qū)域水資源在各類用戶之間的合理分配，保障社會(huì)和諧與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。在需求側(cè)：生態(tài)功能定位的合理性？生產(chǎn)力佈局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的可能性？採取節(jié)水等措施的可行性？提高水資源利用效率，抑制需求過度增長。在供給側(cè)：統(tǒng)籌安排降水、當(dāng)?shù)氐乇硭?、?dāng)?shù)氐叵滤?、中水、外調(diào)水的聯(lián)合利用。增加水資源可供水量。供水系統(tǒng)調(diào)控因素給出用水需求和用水次序安排。給出可供水量和供水次序安排。用水系統(tǒng)

（1）公平性原則考慮不同區(qū)域間和社會(huì)各階層間的各方利益進(jìn)行水資源的科學(xué)分配，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域（上下游、左右岸）之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以及資源利用效益在同一區(qū)域內(nèi)社會(huì)各階層中公平分配。（2）高效性原則高效性原則，主要是指水資源的高效利用，取得環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益。（3）可持續(xù)原則水資源是一種再生資源，具有時(shí)空分佈不均和對人類利害並存的特點(diǎn)。對它的開發(fā)利用要有一定限度，必須保持在它的承載能力之內(nèi)，以維持自然生態(tài)系統(tǒng)的更新能力和可持續(xù)地利用。5.3.2原則面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置，就是要對社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水進(jìn)行權(quán)衡。①立足於對人類與自然的辨證關(guān)係的認(rèn)識，要充分肯定社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境均是水資源的承載對象，人類既不能也無權(quán)剝奪自然生態(tài)系統(tǒng)演化發(fā)展的需水權(quán)利；水資源的環(huán)境功能既是水資源本身的屬性，也是人類社會(huì)賴以生存的客觀條件之一。②從人類生存和發(fā)展的自身目的思考，生態(tài)環(huán)境用水與社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水在功能目標(biāo)上實(shí)際並無衝突，而是具有相輔相成、互相增益的關(guān)係。

5.3.3配置模型考慮三個(gè)方面的目標(biāo)函數(shù)：①考慮公平性，各分區(qū)各部門缺水量最?。虎诳紤]高效性，區(qū)域供水淨(jìng)效益最大；③考慮可持續(xù)發(fā)展，區(qū)域COD排放量之和最小。工程手段時(shí)間調(diào)配工程：包括水庫、湖泊、塘壩、地下水等蓄水工程，用於調(diào)整水資源的時(shí)程分佈?？臻g調(diào)配工程：包括河道、管道、運(yùn)河，管道、泵站等輸水、引水、提水、揚(yáng)水和調(diào)水工程，用於改變水資源的地域分佈。品質(zhì)調(diào)配工程：包括自來水廠、污水處理廠、海水淡化等水處理工程，用於調(diào)整水資源的品質(zhì)。5.3.4

配置手段科技手段建立水資源即時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，準(zhǔn)確及時(shí)地掌握各水源單元和用水單元的的水資訊。科學(xué)分析用水需求，加強(qiáng)需水管理。採用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，提高水資源規(guī)劃與調(diào)度的現(xiàn)代化水準(zhǔn)。

行政手段（政府調(diào)控）利用行政管理職能，直接通過行政措施進(jìn)行水資源配置，調(diào)配生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水，調(diào)節(jié)地區(qū)、部門等各用水單位的用水關(guān)係，實(shí)現(xiàn)水資源的統(tǒng)一優(yōu)化管理調(diào)度。經(jīng)濟(jì)手段（市場調(diào)控）按照市場經(jīng)濟(jì)要求，建立合理的水價(jià)形成機(jī)制，使水的利用方向從低效益的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域向高效益的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，水的利用模式從粗放型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變，提高水的利用效率。面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置是指：根據(jù)特定區(qū)域或流域的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，以公平、高效和可持續(xù)發(fā)展為原則，採用科學(xué)的技術(shù)方法和先進(jìn)的管理體制，通過合理抑制需求、有效增加供水、積極保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面的工程與非工程措施，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)行合理的分配，以期實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境良性迴圈。

5.4水資源合理配置模式(1)“以需定供”的水資源配置以過去或目前的國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展速度資料預(yù)測未來的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，通過該經(jīng)濟(jì)規(guī)模預(yù)測相應(yīng)的需水量，並以此得到的需求水量進(jìn)行供水工程規(guī)劃。其結(jié)果必然帶來不利影響，諸如河道斷流，土地荒漠化甚至沙漠化，地面沉降，海水倒灌，土地鹽鹼化，等等。造成社會(huì)性的水資源浪費(fèi)。(2)“以供定需”的水資源配置“以供定需”的水資源配置，是以水資源的供給可能性進(jìn)行生產(chǎn)力佈局，強(qiáng)調(diào)資源的合理開發(fā)利用，以資源背景佈置產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。但是，水資源的開發(fā)利用水準(zhǔn)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和發(fā)展模式密切相關(guān)，水資源可供水量是隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展相依托的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化量，“以供定需”在可供水量分析時(shí)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相分離，沒有實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。(3)基於經(jīng)濟(jì)的水資源配置基於宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源優(yōu)化配置，通過投入產(chǎn)出分析，從區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展規(guī)模分析入手，將水資源優(yōu)化配置納入宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和資源利用的協(xié)調(diào)發(fā)展。維護(hù)天然植被所需要的水量森林、草地、濕地植被、荒漠植被等水土保持及水保範(fàn)圍之外的林草植被建設(shè)所需要的水量綠洲、生態(tài)防護(hù)林等保護(hù)水生生物所需要的水量維持湖泊、河流中魚類、浮游植物等生存的用水1.1生態(tài)需水改善用水水質(zhì)所需要的水量

保證河流枯水期的最小流量；對於湖泊，主要是加強(qiáng)受污染水體的水量交換，提高水體自淨(jìng)能力，以達(dá)到湖泊功能要求和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境

為維持水沙平衡、水鹽平衡及維護(hù)河口地區(qū)生態(tài)環(huán)境，需要保持一定的下泄水量或入海水量回補(bǔ)地下水

為遏制超埰地下水所引起的地質(zhì)環(huán)境問題，需要一定的回灌用水美化環(huán)境與休閒旅遊需水

城市淨(jìng)化、綠化及公園湖泊等用水，游泳、劃船、垂釣等1.2環(huán)境需水生態(tài)需水和環(huán)境需水之間存在交叉重合部分，無法完全區(qū)分開來，故在研究過程中將其統(tǒng)稱為生態(tài)需水量2.生態(tài)用水現(xiàn)狀

初級自發(fā)階段平衡利用階段掠奪開發(fā)階段

協(xié)調(diào)發(fā)展階段

城市和工業(yè)用水?dāng)D佔(zhàn)農(nóng)業(yè)用水，農(nóng)業(yè)用水?dāng)D佔(zhàn)生態(tài)環(huán)境用水

2.1生態(tài)用水現(xiàn)狀

北方一些河流由於上中游過度用水，造成下游河湖乾涸，不僅影響下游地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且還使這些地區(qū)的地下水嚴(yán)重超采，造成地面沉降、海水入侵等地質(zhì)災(zāi)害。乾旱地區(qū)的內(nèi)陸河，下游河湖乾涸不但使當(dāng)?shù)厝嗣袷ド鏃l件，而且由於下游生態(tài)系統(tǒng)的衰亡，造成沙漠?dāng)U大，危及區(qū)域生態(tài)安全。水土流失目前水土流失面積356萬平方公里，占國土面積37％，每年流失的土壤總量達(dá)50億噸。嚴(yán)重的水土流失，導(dǎo)致土地退化、草場沙化、生態(tài)惡化，造成河道、湖泊泥沙淤積，加劇了江河下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害。水污染水資源短缺與環(huán)境污染又加劇了區(qū)域(或流域)生態(tài)環(huán)境的惡化

《長江保護(hù)與發(fā)展報(bào)告2007》

長江幹流水質(zhì)總體良好，但局部污染嚴(yán)重，整體呈惡化趨勢。長江幹流存在岸邊污染帶累計(jì)達(dá)600多公里，岷江、沱江、湘江、黃浦江等支流污染嚴(yán)重，超過40%的省界斷面水體劣於Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，90%以上的湖泊呈不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)。

長江生態(tài)系統(tǒng)也在不斷退化，長江物種減少。國寶白稽豚難覓蹤跡，長江鰣魚不見多年，中華鱘、白鱘數(shù)量急劇減少。長江流域天然捕撈產(chǎn)量從1954年42.7萬噸下降到90年代的10萬噸左右。--《長江保護(hù)與發(fā)展報(bào)告2007》4萬多座水壩、成千上萬的水閘和堤垸，使長江即將變成一條"管道化"的河流。這不僅導(dǎo)致許多河段乾枯、生物多樣性喪失

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)走進(jìn)高投入、高消耗、高排放、不協(xié)調(diào)、難迴圈、低產(chǎn)出、低效益怪圈。如此資源成本造成長江上游嚴(yán)重水土流失，中游生態(tài)脆弱，下游污染驚人。--《保護(hù)長江萬裏行，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀》(1)根據(jù)1300條河流3200多個(gè)監(jiān)測斷面的水質(zhì)資料，對13萬公里河流水質(zhì)進(jìn)行了評價(jià)，全年符合和優(yōu)於Ⅲ類水的河長占總評價(jià)河長的59.4%。(2)在評價(jià)的50個(gè)湖泊中，水質(zhì)符合和優(yōu)於Ⅲ類水的湖泊有18個(gè)，部分水體受到污染的13個(gè)，水污染嚴(yán)重的19個(gè)。對49個(gè)湖泊的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，17個(gè)湖泊處於中營養(yǎng)狀態(tài)，32個(gè)湖泊處於富營養(yǎng)狀態(tài)。(3)在評價(jià)的322座水庫中，水質(zhì)未達(dá)到Ⅲ類水的水庫有57座，占評價(jià)水庫總數(shù)的17.7%，其中水質(zhì)為劣Ⅴ類水的水庫有14座。對238座水庫的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，三分之二的水庫處於中營養(yǎng)狀態(tài)，三分之一的水庫處於富營養(yǎng)狀態(tài)。《我們共同的未來》（1987年）《21世紀(jì)議程》（1992年）1991年東柏林會(huì)議21世紀(jì)水資源管理強(qiáng)調(diào)水資源、生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)的相互協(xié)調(diào)，重視生態(tài)環(huán)境和水資源的內(nèi)在關(guān)係，並將此作為水資源管理的基礎(chǔ)。

2.1生態(tài)用水現(xiàn)狀

2.2生態(tài)用水現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代以來，法國、澳大利亞、南非等國都開展了許多關(guān)於魚類生長繁殖與河流流量關(guān)係等方面的研究20世紀(jì)90年代後的研究，不僅研究維持河道的流量，而且還考慮了河流流量在縱向上、橫向上的連接近年來我國提出了生態(tài)環(huán)境建設(shè)，其含義應(yīng)當(dāng)是：一切旨在保護(hù)、修復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境行動(dòng)的總稱。2.2生態(tài)用水現(xiàn)狀

水生態(tài)保護(hù)

塔里木河應(yīng)急輸水成功

2000年5月－2003年7月，5次向塔里木河下游應(yīng)急輸水，博斯騰湖累計(jì)輸出22.2億m3，大西海子水庫下泄13.7億m3，重現(xiàn)臺(tái)特瑪湖。

結(jié)束了塔里木河下游300多km河道近30年的斷流

歷史；挽救了瀕臨消亡

的沙漠植被。臺(tái)特馬湖已形成的水面紮龍濕地應(yīng)急補(bǔ)水

2001年－2003年，累計(jì)從嫩江向紮龍濕地應(yīng)急補(bǔ)水6.5億m3，有效緩解了濕地缺水狀況?；謴?fù)濕地核心區(qū)達(dá)650平方米以上，占總面積的93%，丹頂鶴總數(shù)超過了400只。紮龍應(yīng)急補(bǔ)水紮龍濕地的丹頂鶴南四湖應(yīng)急生態(tài)補(bǔ)水

2002年，南四湖發(fā)生八十年代以來最為嚴(yán)重的乾旱，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。國家防總、水利部實(shí)施從長江向南四湖應(yīng)急生態(tài)補(bǔ)水。02年12月8日-03年3月4日，累計(jì)調(diào)入水量1.15億m3，維持了湖區(qū)最低生態(tài)用水要求。

濟(jì)南群泉複湧

通過統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化配置水資源、科學(xué)回補(bǔ)地下水、封閉自備井、節(jié)約用水，濟(jì)南市地下水位明顯回升。2001年9月17日，沉寂長達(dá)926天之久的濟(jì)南趵突泉複湧，市區(qū)內(nèi)100多處泉水復(fù)活。

趵突泉黑虎泉“引江濟(jì)太”試驗(yàn)工程

2002年1月30日，試驗(yàn)工程正式啟動(dòng)。2002-2003年累計(jì)從長江引水40.0億m3，入太湖20.0億m3，加速水體迴圈，增強(qiáng)自淨(jìng)能力，改

善水質(zhì)和水環(huán)境。

2007年5月，引長江水1.9億m3，改善太湖水質(zhì)。生態(tài)需水的水量過程

空間性

水資源的分佈具有立體空間性區(qū)域地理位置、氣候和植物類型的不同，也決定了生態(tài)環(huán)境需水的不同

時(shí)間性

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是隨著時(shí)間的變化而發(fā)展、演替河流系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境需水量存在年際和季節(jié)性變化

閾值性

生態(tài)環(huán)境需水都存在一個(gè)上下限生態(tài)需水年內(nèi)和年際變化示意圖河道內(nèi)水量和生物生理回應(yīng)關(guān)係示意圖徐志俠.河道與湖泊生態(tài)需水研究，2003年3.生態(tài)需水計(jì)算

3.1生態(tài)需水量計(jì)算

國內(nèi)外計(jì)算研究的角度水文學(xué)水力學(xué)魚類棲息地等《全國水資源綜合規(guī)劃細(xì)則》（2002年）河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量河道外生態(tài)環(huán)境需水量代表方法河道內(nèi)生態(tài)需水

濕周法基於滿足臨界區(qū)域水生物棲息地的思想提出來的分項(xiàng)計(jì)算方法生態(tài)基流

輸沙需水量水生生物需水量1.維持河道一定功能的需水量計(jì)算方法Tennant法將全年分為兩個(gè)計(jì)算時(shí)段，根據(jù)多年平均流量百分比和河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況的對應(yīng)關(guān)係

河口沖沙需水量

保持河口泥沙沖淤平衡所需要水量防潮壓鹹水量

避免鹹潮上溯對河口地區(qū)生態(tài)環(huán)境和生活生產(chǎn)用水帶來不利影響所需要的水量河口生物需水量

為了保持河口良好的水生生物及其棲息地所需要的水量2.河口生態(tài)環(huán)境需水量水資源供需分析的概念水資源系統(tǒng)單項(xiàng)工程可供水量水利系統(tǒng)可供水量水資源供需平衡分析水資源供需分析水資源供需分析

指在一定區(qū)域、一定時(shí)段內(nèi)，對某一水準(zhǔn)年和某一代表年的各部門供水量和需水量進(jìn)行平衡分析

水資源供需分析內(nèi)容劃分平衡區(qū)和計(jì)算單元摸清水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行不同水準(zhǔn)年、不同保證率水資源供需水量預(yù)測分析水資源餘缺程度，提出合理利用水資源及解決供需矛盾的對策水資源供需分析供需平衡的概念供水工程和水源分類水資源系統(tǒng)當(dāng)?shù)厮?dāng)?shù)氐乇硭?dāng)?shù)氐叵滤偕鈦硭钏こ桃こ烫崴こ陶{(diào)水工程中水回用可供水量的定義

在不同的來水頻率或保證頻率下，為滿足不同水準(zhǔn)年的需水要求，工程設(shè)施可提供的水量

可供水量的影響因素來水條件來水的大小及來水年內(nèi)分配用水條件不同的用水特性及合理用水、節(jié)約用水情況水質(zhì)條件不同的水源、泥沙和污染程度工程條件

現(xiàn)有工程設(shè)施的能力及調(diào)節(jié)運(yùn)用方式的變化

可供水量的定義和影響因素蓄水工程

年調(diào)節(jié)水庫

多年調(diào)節(jié)水庫

中小型水庫引水工程提水工程單項(xiàng)工程可供水量年調(diào)節(jié)水庫水庫具有調(diào)節(jié)能力，可以根據(jù)需水對天然徑流再分配資料允許情況下，根據(jù)水庫來水、用水及水庫有效蓄水量逐時(shí)段調(diào)節(jié)計(jì)算不同的調(diào)節(jié)模式，有不同的結(jié)果多年調(diào)節(jié)水庫

蓄水工程可供水量已知：（1）表中水量單位為萬立米（2）假設(shè)水庫始、末水位均為死水位（3）水庫調(diào)節(jié)庫容為200萬立米蓄水工程可供水量例1求解：水庫各時(shí)段可供水量蓄水工程供水模式有水就用模式過程相似模式相對缺水率最小模式

需水約束水量平衡約束有效蓄水量約束多用戶重要性例1計(jì)算結(jié)果蓄水工程可供水量問題：若調(diào)節(jié)庫容為100萬立米，計(jì)算結(jié)果如何？過程相似供水（V調(diào)節(jié)＝100）水庫蓄水量過程模式2：

V調(diào)節(jié)＝200模式3：

V調(diào)節(jié)＝100蓄水工程供水模式中型水庫

水量利用係數(shù)法：利用

α～β關(guān)係進(jìn)行推求小型水庫

複蓄指數(shù)法蓄水工程可供水量大、中型引水工程河道無調(diào)節(jié)能力約束條件管道過水能力下游河道流量要求用戶的用水要求小型引水工程

供水係數(shù)法引水工程可供水量從河道提水河道來水情況下游河道流水要求提水設(shè)備能力

從湖泊、大江、大河中提水

提水量不太大時(shí)，基本不考慮需水限制提取地下水

應(yīng)以不致造成不良後果為前提提水工程可供水量例2引提水工程可供水量已知:(1)表中單位為m3/s(2)用水戶為單用戶情形

(3)管道過水能力為70m3/s，下游流量要求為60m3/s求解：各時(shí)段可供水量例2計(jì)算結(jié)果引提水工程可供水量問題：如果用水戶為多用戶情形，如何分配水量？例3引提水工程可供水量1.不考慮下游流量要求2.考慮下游流量要求多用戶供水模式屬地優(yōu)先權(quán)模式先滿足上游需水，再考慮下游用戶均衡受益模式考慮初始水權(quán)考慮用戶重要性不同水資源系統(tǒng)概化水資源分區(qū)供水工程和水源用戶概化網(wǎng)路圖供水次序可供水量計(jì)算水利系統(tǒng)可供水量水資源分區(qū)和計(jì)算單元按行政區(qū)劃便於資料收集按流域水系