水资源规划及利用(18)

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1、水资源规划及利用沈阳农业大学水资源规划及利用课程组Integratedwaterresourcesplanning第十八讲第五节水资源规划的技术方法第六节水资源规划工作的流程及要求第七节流域水资源综合利用规划及专项规划本讲主要内容：第九章水资源评价及规划概述第五节水资源规划的技术方法水资源本质上具有多种功能和多种用途。随着社会经济的发展和人们认识的深入，水资源规划的目标、任务逐渐由单一性向多样化和系统性转变。相应地，对规划技术方法也提出了更高的要求，客观上促进了系统科学在水资源研究领域的应用；而水资源系统分析的发展和完善，又反过来推动了水资源多目标规划的发展，为其提供了良好的技术支

2、持。因此，这一节将主要介绍水资源系统分析的基础理论、模型及在水资源规划中的应用。一、水资源系统分析的基础理论水资源系统是一个涉及多发展目标、多构成和影响因素、多约束条件的复杂巨系统。从系统结构上看，水资源系统是由多种要素、多层次子系统构成的。组成水资源系统的子系统既有自然系统又有人工系统，因此水资源系统同时具有自然和社会的双重属性。一、水资源系统分析的基础理论流域或区域水资源系统通常都包含了许多更小的流域（或区域）水资源子系统，在更大的范围内又是国民经济大系统中资源系统的一个分系统。水资源是这个系统中最主要的组成要素，水资源内部可以分为地表水、地下水、大气水等不同形式，存在水量与水

3、质两大问题。水资源系统的功能也呈现出多样性，可以概括为兴利和除害两大功能.兴利功能包括供水、灌溉、发电、旅游、航运、养殖等多种形式；除害功能也包括防洪、除涝、改良盐碱地、改善环境、保护生态等多种形式。水资源规划管理正是通过调整、改变水资源系统的结构，使系统整体功能得以优化。二、水资源系统分析的数学模型数学模型的建立和求解是水资源系统分析中最重要的技术环节，属于系统科学体系中技术科学层次的运筹学范畴，是采用数学语言来抽象描述真实的水资源系统，以便对系统的目标、结构、功能等特征量进行定量分析。按照不同的分类标准，数学模型可以分为多种类型。如按所用的方法可分为模拟模型和最优化模型；按时间

4、因素是否作为变量考虑可分为静态模型和动态模型；按未来水文情况是已知或作为未知随机因素可分为确定性模型和随机模型等。最常用的还是分为模拟模型和优化模型两大类。模拟模型就是模仿系统的真实情况而建立的模型。在水资源系统分析研究中可以仿造水资源系统的实际情况，利用计算机模型（或称模拟程序）模仿水资源系统的各种活动，如水文循环过程、洪水过程、水资源分配、利用途径等，为决策提供依据。最优化模型常用于对于给定规划目标，寻找实现目标的最优途径的水资源规划管理。在水资源规划管理中，最优化模型可以帮助人们定量选择或确定水资源系统开发方案、管理策略。（一）模拟模型和最优化模型水资源规划中常用的最优化模型

5、有线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型、多目标划模型等。这里将对这几种模型做简单介绍，至于详细的建模方法和计算方法可查阅有关“运筹学”书籍。（二）常用最优化模型简介1.线性规划模型线性规划模型包括目标函数和约束条件两大部分，作用是在满足给定的约束条件下使决策目标达到最优。其一般形式为：目标函数：max（min）Z=约束条件：≥0;线性规划模型最重要的特点就是目标函数和约束条件的方程必须是线性的，如果其中任何一个方程不是线性的，则该模型就不是线性规划模型，而属于运筹学的另一分支，即非线性规划。线性规划的理论已十分成熟，具有统一且简单的求解方法，即单纯形法，使线性规划模型易于推广

6、和使用。但线性规划模型的目标函数是单一的，只能解决简单的单目标问题，如果实际问题过于复杂，存在多目标甚至目标间相互矛盾，则运用线性规划模型存在一定的局限。非线性规划模型也是由目标函数和约束条件两大部分组成，但其目标函数和（或）约束条件的方程中含有非线性函数。2.非线性规划模型与线性规划相比，非线性规划模型的优势在于能够更准确地反映真实系统的性质和特点。水资源系统是多要素、多层次的复杂巨系统，要素间、层次间的关系通常都不是简单的线性关系，而是非线性的，甚至模糊的、不确定的。因此，非线性规划模型在水资源系统分析中得到了越来越广泛的应用。但非线性规划模型比线性规划模型要复杂得多，既没有统

7、一的数学形式，也没有通用的求解方法。动态规划模型是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法。其基本思路是将一个复杂的系统分析问题分解为一个多阶段的决策过程，并按一定顺序或时序从第一阶段开始，逐次求出每阶段的最优决策，经历各阶段而求得整个系统的最优策略。3.动态规划模型动态规划模型的基本原理是R.Bellman于20世纪50年代提出的最优化原理。作为整个过程的最优策略具有这样的性质：不管该最优策略上某状态以前的状态和决策如何，对该状态而言，余下的诸决策必定构成最优子策略。