水资源优化配置

水是如何被污染的？污染 水是如何被污染的？ 物在陆域和水域迁移、 物在陆域和水域迁移、转 化的全过程演变与控制？ 化的全过程演变与控制？
基本任务： 基本任务：一是弄清水循环演变规律 二是实现水资源合理开发利用
水资源优化配置
综合效益最大化
社会和谐 经济发展 生态稳定
人与自然 和谐 社会公平 经济效益 需求侧调控 供给侧调控
水在经济活动中如何才 能高效利用？ 能高效利用？水与经济 发展互动关系的量化？ 发展互动关系的量化？
主要问题3 我国河流天然水质总体状况较好， 主要问题3：我国河流天然水质总体状况较好，但由于生 活与工农业生产中废污水排放，河流受到严重污染。 活与工农业生产中废污水排放，河流受到严重污染。
2000年废污水总排放量已达 2000年废污水总排放量已达620亿t，经过集中处理达标的只占24 年废污水总排放量已达620亿 经过集中处理达标的只占24 ％，其余排入江河或用于农田灌溉 其余排入江河或用于农田灌溉。 ％，其余排入江河或用于农田灌溉。 在全国约10万km的评价河长中 IV类以上的污染 河长占47％。 的评价河长中， 在全国约10万km的评价河长中，IV类以上的污染 河长占47％。 全国湖泊约有75％以上水域的水质受到严重污染。 全国湖泊约有75％以上水域的水质受到严重污染。
耗水
用水系统
取 排 水 重复利用 水
河流
水资源系统 是自然生态环境系统与社会 经济发展系统的综合体。 经济发展系统的综合体。 水资源系统
地表水 地下水 再生水
水 源 系 统
配水系统 用 水 系 统 排水系统
生活 工业 农业 生态
主要问题1 我国人均水资源量少， 主要问题1：我国人均水资源量少，且水资源与生产力布 与耕地资源分布不相协调。 局、与耕地资源分布不相协调。如何从时空尺度对水资源 进行调配，达到既满足发展需要，又不造成生态环境问题？ 进行调配，达到既满足发展需要，又不造成生态环境问题？
配置原则
配置手段
提高配置效率
水资源优化配置
•产业结构调整的可能性？ 产业结构调整的可能性？ •生态功能定位的合理性？ 生态功能定位的合理性？ •水资源供给系统进行发展与建设的可 能性？ 能性？
通过水资源合理配置，提高水资源系统的承载能力 通过水资源合理配置，
水资源优化配置
配置模式
基于经济效益最大的水资源配置
水资源优化配置
提 纲
大规模水资源系统 水资源优化配置模型 现代水资源科学方法 结语
水循环与水资源
冷的尘埃云 50亿年前星云压缩 亿年前星云压缩 形成太阳 45亿年前地球形成， 亿年前地球形成， 亿年前地球形成 地球内部开始固结和分化
物质按比重分离， 物质按比重分离， 形成圈层结构
地幔的含水矿物脱气， 地幔的含水矿物脱气， 水汽穿过薄热地壳 形成最初的地球大气
水在自然界是以循环运动的方式存在的， 水在自然界是以循环运动的方式存在的， 在时间和空间上的分布是极不均匀的。 在时间和空间上的分布是极不均匀的。
2400年 2400年/次
111 385
极地冰盖、 极地冰盖、 常年雪、 常年雪、 地下冰 世界大洋 高山冰川 地下水（深部） 地下水（深部） 湖泊 沼泽 土壤水 河水 大气水 生物水
投入产出表平衡关系 直接消耗系数 a ij = xij / X j
n
总产出 总投入
∑
j =1
x ij + Y i = X
i
目标函数 约束条件
GDP = ∑τ j X j
j =1
n
AX + Y = X
Y = C h + C s + F f + Fs
需水调控
第t年结构调整后实际需水量 产业结构系数 ξ = ∆X / ∑ ∆X
投入产出表平衡关系
纵列方向， 产品部门中间投入合计 产品部门中间投入合计＋ 产品 纵列方向，第j产品部门中间投入合计＋第j产品 部门增加值合计＝ 产品部门总投入 部门增加值合计＝第j产品部门总投入 横行方向， 产品部门中间使用合计 产品部门中间使用合计＋ 产品 横行方向，第i产品部门中间使用合计＋第i产品 部门最终使用合计＝ 产品部门总产出 部门最终使用合计＝第i产品部门总产出 总量上，总投入＝ 总量上，总投入＝总产出 产品部门总投入 第i产品部门总投入＝第i产品部门总产出 产品部门总投入＝ 产品部门总产出 中间投入合计 合计＝ 中间投入合计＝中间使用合计
基于宏观经济的水资源配置
宏观经济的发展速度，将影响需水量的增长 速度 经济结构的变化和城市化进程， 经济结构的变化和城市化进程，将影响到城 市工业用水与灌溉用水的比例 经济发展过程中所排放的各类污染物， 经济发展过程中所排放的各类污染物，有可 能污染水体并造成有效水资源量的减少 经济积累中用于扩大供水能力和加大污水处 理回用比例的投资额的大小， 理回用比例的投资额的大小，既影响其它经济 部门的投资比例， 部门的投资比例，也直接关系到水资源开发利 用和保护管理的格局
B库
目标函数 约束条件 系统概化 模型求解
分水堰
B电站
渠 西干
东干 渠
D库
C库 F点 G点 E电站
图例 测站 电站 水库 灌区 防洪区
水资源优化配置 基于宏观经济的水资源配置
以国民经济发展情况 预测需水量， 预测需水量，然后通 过水利工程调控， 过水利工程调控，尽 量满足其要求 ??
配置模式
宏观经济系统和水资 源系统之间具有一系 列内在的、 列内在的、相互依存 和相互制约的关系!! 和相互制约的关系!!
it it it i
Dt = ∑ ∆X it ⋅ N it
i
不调整结构情况下的需水量
′ Dt′ = ∑ ∆X it ⋅ N it
i
至第t 至第t年的产业结构调整后的积累节水量
∑ ∆D = ∑{∑ [(∑ ∆X
t t t i i
it
)ξ it − ∆X it ] ⋅ N it }
静态水资源优化配置模型
宏观经济部门分类一览表
产品特点 a．初级产业 8部门 1．农业 2．采掘业 1．农业 2．采掘业 3．食品制造业 3．轻加工业 4．纺织缝纫及皮革工业 5．木材加工及家具制造业 6．造纸及文教用品制造业 b．制造业 4．重加工业 7．石油煤炭加工业 8．化学工业 9．建筑材料及其他非金属矿物制品业 10．金属冶炼及加工业 10． 11． 11．机械工业 5．电力工业 c．社会基础设施 6．建筑业 12．电力、蒸汽、 12．电力、蒸汽、热水生产和供应业 13． 13．建筑业 15部门 15部门
中线
大西线 东线
目前年缺水总 量为： 量为： 300～400亿 300～400亿m3
主要问题2 我国水资源利用率低， 主要问题2：我国水资源利用率低，节水已成为保障经济 社会可持续发展的一项长期而紧迫的历史任务。 社会可持续发展的一项长期而紧迫的历史任务。
现有灌溉水利用系数偏低，为0.4左右，而发达国家为0.7～0.8。 左右， 现有灌溉水利用系数偏低， 0.4左右 而发达国家为0.7～0.8。 1997年全国工业用水重复利用率为 1997年全国工业用水重复利用率为45%，而发达国家达80%左 年全国工业用水重复利用率为45%，而发达国家达80%左 右。
14． 7．交通运输邮电业 14．交通运输邮电业 d．服务业 8．服务业 15． 15．服务业
产 投入 中间使用
1 2 ..... n
出 消 费 最终使用 积 累 固 定 Ff1 调 流 动 出 Fs1 E1 调 入 合 计
总 产 出
合 计
x1n
μ1 μ2 . . . μn τ
1 中 间 投 入 2 . . . n 合计 调入 折旧 劳动者收入 利润和税金 合计 总投入
动态水资源优化配置模型
s.t. X it = ∑ aijt X jt + Yit ，∀i, t
j
Yit = Chit + Csit + Ffit + Fsit + Eit − M it ，∀i, t
∑τ
i
it
X it ⋅ N it ≤ Wt ，∀ t
K it = (1 − δ it ) K i ,t −1 + ∆K it，∀i, t X it = θit K it，∀i, t ∆K it = β it I it + β i ,t −1 I i ,t −1 + β i ,t − 2 I i ,t − 2 + L，∀i, t I t = σ t −1 ∑ X i ,t −1 + H t ，∀ t
地壳表面冷却，水汽开始凝结 地壳表面冷却， 形成瓢泼大雨，持续数百万年， 形成瓢泼大雨，持续数百万年， 形成最初海洋， 形成最初海洋，
地球上有多少水？ 13.86×108 km3（根据联合国教 地球上有多少水？ 13.86× 科文组织最新发表数字）；若平铺地面将形成2700 科文组织最新发表数字）；若平铺地面将形成 ）；若平铺地面将形成2700 的水层。 m 的水层。
社会目标
min f 3 = ∑∑∑ 0.001⋅ d jk p jk ∑ Qijkt
j =1 k =1 t =1 i =1
J
K
MAX GDP = ∑τ it X it
i
s.t. X it = ∑ aijt X jt + Yit ，∀i, t
j
Yit = Chit + Csit + Ffit + Fsit + Eit − M it ，∀i, t
∑τ
i
it
X it ⋅ N it ≤ Wt ，∀ t
仅考虑了 某一时段 内各经济 部门投入 产出关系
黄淮海地区工业总产值约占全国的1/3，而水资源仅占7.7%。 黄淮海地区工业总产值约占全国的1/3，而水资源仅占7.7%。南方 而北方地区只有421 地区耕地亩均水资源量为3271 地区耕地亩均水资源量为3271 m3，而北方地区只有421 m3，前 者是后者的7.8倍 者是后者的7.8倍。