水资源系统分析基础

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1、第四章水资源系统分析基础4.1水资源系统工程的概念和方法4.1.1系统、系统科学和系统工程1)系统系统的定义：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体。系统的分类？系统的特征：①系统性；②关联性；③系统的目的性；④环境的适应性。2）系统科学早期的系统科学理论：系统论、运筹论、控制论、信息论等；70年代到80年代，系统科学的发展主要是系统自组织理论的建立；80年代以来，非线性科学和复杂性研究3）系统工程研究的技术内容：（1）运筹学：运筹学所要研究的问题是在环境约束条件下，应用辩证的方法，对系统进行全面规划、统

2、筹兼顾，使系统所追求的服务目标达到最优。主要分支如下：①规划论：研究系统资源的合理分配、调度或系统最优设计等；它包括线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划等。②网络技术：在图论和数理统计的基础上应用网络分析的方法，对系统的各项工作进行分析、预测和调整，以使系统准求的目标达到最优。目前广泛用于系统的计划和管理组织工作。③排队论：研究公用服务系统④存储论：用于研究为保证系统有效运转所需存储的资源费用最少的规律。⑤决策论：用于根据系统提供的状态信息，可能选取的策略，以及采取这些策略对系统状态和目标所产生的影响进行综合研究，以便按照某

3、种准则来选取最优策略。⑥对策论：又称博弈论，是用数学的方法来研究有利害冲突的双方或多方，在竞争的活动中，制胜另一方的最有策略。⑦仿真技术：用模型论的方法对系统的状态和过程进行逼真的描述，以反映系统活动的全过程。（2）控制论新的综合性学科，是自动控制、电子计算机、无线电通信与神经生理学、数学等学科相互渗透的产物，是研究各种控制系统的控制规律的学科。（3）信息论研究信息的采集、传递、变换和存储的学科。4）系统分析用系统论的观点进行寻优决策，是运筹学在各个学科领域的应用和发展。系统分析的步骤：⑴问题的确立系统建立后，对所确立的问题必须

4、明确三大要素：①目标②可行决策③约束条件：反映系统与其所处环境的联系的制约关系。⑵建立模型⑶模型的求解和验证验证方法：①再现过去的历史过程，与实际记录相对照；②在无实测记录的情况下，也可用模拟模型进行相互验证。⑷灵敏度分析通常用改变模型的输入变量和有关的参数值，观察和研究变化对输出结果的影响，以判断可行方案的稳定性。⑸系统可行方案的综合评价是利用模型计算的结果和各种分析资料，对比可行方案的利弊得失，从系统的整体观点出发，进行综合分析，优选出满意的方案。⑹研究成果的实施4.1.2水资源系统分析及方法水资源系统分析就是系统工程的观点

5、、思维逻辑和分析方法在水资源领域中的应用。水资源系统的特点：1）系统多为自然系统和人工系统相结合的复合系统。2）目标多目标系统3）模型结构常采用分解模型，进行多层次的多级优化。4）基本方法在水资源系统分析中常用的数学方法有：⑴回归分析法：包括一元线性回归、多元回归、非线性回归、统计和预测模型的某些特征变量。⑵投入产出分析法：根据地方经济均衡发展的需要，作出投入产出表，确定各部门发展水平，提出相应的需水指标，为水资源规划和分析提供宏观决策的依据。⑶最优化技术目前水资源规划中应用较多的是线性规划、非线性规划、网络技术，以及排队论、决

6、策论等。⑷模拟分析法在水资源规划和管理中，分为两类：①数学物理方法，即在模拟中，根据物理过程，如地面径流、地下径流、降雨入渗、工业、作物需水等过程，建立一套理论公式和基本模块，应用计算机技术进行模拟计算；②统计技术，应用时间序列方法对降雨、径流等过程进行随机模拟。5）模型系统在水资源规划中，根据工作阶段的不同，其模型系统常需包括以下3中类型：⑴筛选模型筛选模型主要应用最优化技术，以减少工作量，又不使较好的方案遗漏。原因是：由于规划期限较长、因素复杂、变量较多，导致计算时段的划分不能过短，否则将使优化模型过分庞大和复杂，耗费较多机

7、时和计算费用。但是，由于暴雨洪水等控制量的瞬时性，又要求时段不能太长，否则将不能真实地描述该方案下系统的动态过程。⑵模拟模型在水资源规划和管理中，对决策方案使用大规模的模拟模型，以逼真地反映系统动态过程和检查水文系列的代表性。常用的水文系列通常有两种：实测水文系列和由人工产生的径流、降雨系列。前者用来再现在已发生过的水文样本情况下，系统动态过程和结果；后者是根据水文统计特性，预测系统的动态过程和期望结果及偏离。⑶序列模型当选定系统的规划方案后，一般要用序列规划模型方案的最优化开发方案作出进度安排。序列模型多采用0-1规划或混合规

8、划模型。4.1.3水资源系统工程的应用与国外相比，或与国内一些技术先进的部门相比，水资源系统工程的研究和应用还存在着一定的差距，主要表现在：⑴起点晚⑵水资源系统分析人员不足一个水资源分析人员应具有：①即懂得地表水，又懂得地下水—也就是说应具有工程水文学、随机水文