水资源规划及利用(18)

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。
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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
中应用十分广泛。
22/49 但动态规划模型也存在一定的局限性，它只是
解决问题的一种方法，不像线性规划那样有一
套标准的算法，对于不同的问题，需要建立不
同的递推方程和算法，在使用中带来了很多不
便。
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4.多目标规划模型
随着水资源规划尤其是流域综合规划内容的不断 丰富，规划目标逐渐多样化，形成了一个涉及经 济目标、社会目标和生态环境目标三方面、多层 次、多指标的目标体系。
16/49 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。
17/49 2.非线性规划模型
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
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在水资源规划中，不同的规划目标可能不可共存，或
有的目标难以量化，甚至目标间可能存在矛盾，因此
，多目标规划模型不能得到传统模型中的明确的最优 解，而只能求得若干“非劣解”，组成非劣解集。
所谓非劣解是指没有一个目标能够变得更好，除非使 其他目标已达到的水平降低。
Байду номын сангаас
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多目标规划模型的求解方法可以归纳为三大类： 第一类是TC曲线（转换曲线）生成技术，包括权重法、约 束法、多准则（或多目标）单纯形法及理论生成法、自 适应寻查法、协调规划法；
含有非线性函数。
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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，既没有统一的数学形式，也没有通用的求解方法。
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4.多目标规划模型
在技术方法上，多目标规划模型应运而生。多目标 规划模型也由决策变量、目标函数和约束条件构成 ，最大的特点是其目标函数包含两个或两个以上相 互独立的目标。
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多目标规划模型的一般数学形式为：
目标函数： maxZ（X）＝[Z1（X），Z2（X），…，Zp（X）] 约束条件： gi（X）≤Gi i＝1，2，…，m Xj ≥0 j＝1，2，…，n
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三、制定和选择规划方案阶段 制定和选择规划方案是水资源规划的又一核心任务，是寻 找解决问题的具体措施以实现目标的关键环节，具体包括 方案制定、方案综合评价和最终方案选择等工作。
1．方案制定
规划方案就是在既定条件下能够解决问题、实现规划目标
的一系列措施的组合。在流域水资源规划中常常需要制定
多个可能的规划方案，但规划方案并不是越多越好，方案 数量取决于规划性质、要求和掌握的资料等因素。
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2．方案综合评价 对已制定的不同方案，要采用一定的技术方法进行计 算和综合评价，全面衡量各方案的利弊，为选择最终 方案提供参考。评价内容主要包括以下各项（翁文斌
等，2003）。
① 目标满足程度 ② 效益指标评价 ③ 合理性检验
29/49 三、多目标规划法在水资源优化配置中的应用
水资源优化配置具有多种目标和多个约束条件， 因此可以采用多目标规划法来建立模型。
（一）划分区域、确定水源和用水部门
（二）建立目标函数 （三）建立约束条件
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以上目标函数和约束条件构成了一个基本的水 资源优化配置多目标模型，求解方法有权重法
19/49 3.动态规划模型 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。
20/49 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
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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。
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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 供了良好的技术支持。
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3．确定最终方案
经过综合分析和评价，在充分比较各待选方案利弊的基础
上确定最终规划方案。由于流域综合规划的多目标性，各 方案之间的优劣不能简单判别，比如A方案在满足经济目
解决的主要问题，进而分析目标的可行性，看是否需
要进行修改，并为下一步制定规划方案奠定基础。
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1．水资源评价 2．水资源开发利用现状分析 3．水资源供求预测和评价 4．水资源承载力研究
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水资源承载力是指在一定区域或流域范围内，在一定的发
展模式和生产条件下，当地水资源在满足既定生态环境目
标的前提下，能够持续供养的具有一定生活质量的人口数 量，或能够支持的社会经济发展规模。 水资源承载力的主体是水资源，客体是人口数量和社会经 济发展规模，同时维持生态系统良性循环是基本前提。
因此，水资源承载力是联系水资源系统、生态环境系统和
社会经济系统的一个重要概念，对流域水资源承载力进行 计算和评估是流域水资源综合规划中必要的基础性工作。
，具有较强的代表性。
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一、制定规划目标阶段
制定规划目标是水资源规划管理的两大核心任务之一，
是展开后续工作的基础和依据。这一阶段还包括搜集整 理资料和水资源区划等前期工作。 （一）搜集整理资料 （二）水资源区划 （三）制定规划目标
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二、分析差距、找出问题阶段

本阶段的主要任务和内容是评价规划流域的水资 源条件、水资源开发利用现状，预测流域未来的水资 源供需状况，对无规划状态下系统发展变化的趋势与 规划希望达到的目标之间进行比较，找出差距和需要
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。
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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；
max（min）Z =
c x
i i 1
n
i
aij xi b j
x i ≥0
;
i 1， ，n；j 1， ，m 2， 2，
15/49 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。
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.
9/49 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。
10/49 二、水资源系统分析的数学模型
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二、规划成果要求 水资源规划是一项复杂的工作，涉及面比较广。特别是， 面向可持续发展的水资源规划要密切联系社会经济发展、 生态环境问题等内容，需要把它们结合在一起来研究。
一方面，增加了研究工作的难度；
另一方面，增加了研究工作的内容，并对水资源规划成果 提出了更高的要求。 本节以可持续发展的思想为指导，依据现有的水资源规划 条例和经验，对水资源规划的工作内容及成果要求加以介
具有自然和社会的双重属性。
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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。
8/49 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，存在水量与水质两大问题。水资源系
第二类是依赖于事先排定优先顺序的方法，包括目标规划
、效用函数估价和最优权重法、消转法、替换价值交换 法； 第三类是优先性逐步排定的方法，有分步法、序贯多目标 问题解法及其他各种对话式方法。
28/49 三、多目标规划法在水资源优化配置中的应用
水资源优化配置方案，是在分析规划流域（或 区域）水资源条件、了解经济发展现状、预测 未来发展趋势的基础上，通过建立水资源优化 配置模型而制定的。
绍。
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（一）区划工作 区域划分，又常称为“区划工作”，是水资源规划的前期准 备工作，也是十分重要的一项工作，同时也是水资源规划的 成果之一。 区划工作的目的，是将繁杂的规划问题化整为零，逐块研究 ，避免由于规划区过大而掩盖水资源分布不均、利用程度差 异的矛盾，影响规划成果。 （二）水资源评价 （三）水资源开发利用现状分析 （四）水资源供需分析 （五）水资源优化配置研究 （六）水资源规划实施对策