基于生活、生产和生态环境用水的水资源配置模型

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1、基于生活、生产和生态环境用水的水资源配置模型当前国际上水资源系统规划的发展趋势，一是对水资源系统结构、供求关系的描述更深入和具体，更多地采用水文长系列分析方法；二是从区域社会、经济、环境及生态持续发展的动态角度研究水资源工程布局与供需平衡〔1〕．自20世纪80年代初以来，我国开展了一系列大型水资源项目，有力地推动了水资源系统分析理论方法和模型技术的发展和应用．这些项目所建立的复杂水资源配置模型，主要研究的是如何满足生活、生产需水要求，没有同时考虑生活、生产和生态环境的需水要求〔2～6〕．　　本文模型是在中国水利水电科学研究院研制的水资源配置模型（它反映

2、的因素相对比较全面，在我国应用最广泛）的基础上改进的，全面考虑了生活、生产和生态环境的需水要求．1　水资源配置模型的基本概念及水资源系统网络图1．1　水资源系统及水资源配置模型的概念1．1．1　水资源系统的定义　　《中国资源百科全书》（2000年）对水资源系统的定义是：在一定区域内由可为人类利用的各种形态的水所构成的统一体．显然这一定义是局限于水的范畴定义的．本文从实际需要出发，给出水资源系统的如下定义：在一定区域内由可为人类及生态环境利用的各种形态的水以及与水存在、运动、演变有关的物体和社会所构成的系统．1．1．2　水资源配置模型的定义　　本文对水资

3、源配置模型的定义是：针对以供水为主要目的的水资源系统，以系统分析理论、运筹学方法、知识规则、逻辑推理等为技术基础，对各种工程措施和非工程措施进行适当组合和合理的联合调度运用，以追求系统整体的可持续利用功能最优为目标的计算机模型．　　该定义有几个要点：首先，水资源配置模型是计算机模型而不是物理模型，其主要用途是合理地安排和调度水资源开发利用的工程措施和非工程措施，配置水资源，使水资源系统的可持续利用功能最优．第二，分析的问题可以是规划阶段的问题，其重点是进行多种水利工程措施和非工程措施组合方案的分析比较，推荐出合理的水利工程布局；也可以是运行管理阶段的问

4、题，其重点是在已有水资源系统条件下合理地调度各种水源和工程使其发挥最大效益．第三，对“水资源系统整体的可持续利用功能最优为目标”要广义地理解，充分体现实际需要和现实可行性．1．2　水资源系统概化及系统网络图　　建立水资源配置模型需要先对实际水资源系统进行抽象和概化，并绘制系统网络图．水资源配置模型可概化由五部分构成：①基本物理元素（集合）；②各物理元素量度数据（参数及变量）；③物理元素之间的相互关系（约束条件）和系统协调准则（调度规则和目标函数）；④解决问题的方法；⑤各物理元素在此基础上所处的状态（结果）．　　水资源系统中各类物理元素（水库工程、拦河闸

5、、引水工程或扬水站、水资源计算单元、河渠道交汇点等）概化为节点，各结点间通过线段（河道或渠道等）连接，形成水资源系统概化网络图．在平面上不方便表示地下水库，则假定每个计算单元都有一个地下水库，统一不在网络图中标出．如果某单元实际上没有地下水，则可令其地下水库的库容和水量为零．水资源配置系统方案的生成以及对每一方案的详细供需平衡分析及流域水循环分析等都以水资源系统网络图为基础．凡是图上标明的水利工程、分区、河流及控制点或断面的有关问题，模型就能够给出详细的分析结果；如果图上没有，一般来说模型就不能给出具体结果．2　水资源配置模型2．1　建模的基本思路　　

6、在水资源系统描述方面，该模型以系统网络图为基础，采用了多水源（地表水、地下水、外调水及污水处理回用水）、多工程（蓄水工程、引水工程、提水工程、污水处理工程以及闸堰湖泊洼淀等）、多传输系统（包括当地地表水传输系统、外调水传输系统、弃水污水传输系统和地下水的侧渗补给与排泄系统）的描述法，使系统中的各种水源、水量在各处的调蓄情况及来去关系都能够得到客观的、清晰的描述，为得到正确结果打基础．　　从模型的空间结构方面看，要抓住两条主线索：一条是水资源循环运动的线索，即沿流域自上而下，整个研究区域由各个流域及其不同层次的子流域组成．各种水资源的调查评价也是按照流域

7、分区进行的．另一条是社会、经济、生态环境的需水线索，人口、经济、需水、用水、耗水、水利工程等统计资料多是依照各级行政分区统计的．水资源配置模型需要按照流域分区和行政分区获取资料和出成果．按照这两条线索相结合的要求划分计算单元．　　从模型的时间结构方面看，也是抓住两条主线索：一条是反映水文变化规律的时间线索，也就是历史水文资料系列，即从哪一年到哪一年以及年内的时间层次（如月、旬、日等，根据精度需要和资料获得的可能性确定）；另一条是反映水资源利用规划与管理需要的时间线索，也就是规划水平年以及年内的时间层次．按照这两条线索相结合的要求确定计算时段（最短的时间

8、层次）．　　在运行方案上考虑了对各个工程组合方案，各水平年的需水量、来水量的预测，以及污水处理