水资源规划及利用

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❖ 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
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❖ 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。
（二）常用最优化模型简介
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❖ 水资源规划中常用的最优化模型有线性规划模型、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。
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❖ 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
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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。
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❖ 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 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.
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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； ➢ 按时间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。
（一）模拟模型和最优化模型
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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。
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：
n
❖ 目标函数： max（min）Z = ci xi
wenku.baidu.com
❖ 约束条件： aij xi b j
i 1
≥0 ; xi
i 1，2， ，n；j 1，2， ，m
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❖ 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。
❖ 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 具有自然和社会的双重属性。
❖3.动态规划模型
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❖ 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
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❖ 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。即最优 策略的任一后部子策略都是最优的。
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Integrated water resources planning
第十八讲 沈阳农业大学 水资源规划及利用课程组
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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 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
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第五节 水资源规划的技术方法
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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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❖ 动态规划模型对目标函数和约束条件的函数形 式限制较宽，并且能够通过分级处理使一个多 变量复杂的高维问题化为求解多个单变量问题 或较简单的低维问题，因而在水资源系统分析 中应用十分广泛。
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❖ 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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❖ 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。
❖2.非线性规划模型
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❖ 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。
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❖ 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。