水资源管理与利用（51页清楚明了）

1、第八章 水资源管理与保护 第一章 目录第一节 水库运行调度 第二节 水资源合理配置第三节 水资源管理 第四节 水资源保护 第一节 水库运行调度 概述水库调度的意义 实施合理科学的水库调度，对于确保水库安全，充分发挥防洪和兴利、生态等综合效益，实现水资源的合理配置和可持续利用，促进经济社会可持续发展及人与自然和谐相处，具有十分重要的意义。水库调度的特点及分类 水库调度的特点：多目标性 风险性 经济性 灵活性 第一节 水库运行调度 水库调度的分类：按调度目标分类防洪调度： 根据河流上、下游及水库自身的防洪要求、自然条件、洪水特性、工程情况等，拟定合理的运行方式，控制水库蓄泄洪水的过程；兴利调度：

2、为满足发电、灌溉、供水、航运等兴利部门的需要，拟定合理的水库运行方式，一般包括发电调度、灌溉调度、供水调度和航运对水库调度的要求等；综合利用调度： 对综合利用水库，根据综合利用原则，拟定合理的水库运行方式，使国民经济各部门的要求得到较好的协调，获得较好的综合利用效益。第一节 水库运行调度 按调度周期分类长期调度： 对于具有年调节以上性能的水库，制定合理的运行方式和蓄水、供水方案，将较长时期（季、年、多年）内的水量（能量）合理分配到较短的时段（月、旬、周、日）；短期调度： 将水库长期调度分配给当前时段的水量（能量）在更短的时段间进行合理分配；厂内经济运行：根据水电站设备的动力特性和动力指标，将水

3、电站的总负荷在机组间进行合理分配，并合理确定运行机组台数、组合和启动、停用计划。按水库数目分类单一水库调度水库群（梯级、并联、混联）的联合调度第一节 水库运行调度 按调度方法分类常规调度： 根据已有的实测水文资料，计算和编制水库调度图，并以此为依据进行水库控制运用的调度方法。优化调度： 运用最优化技术，寻求较理想的调度方案，使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析期内总体效益最大的调度方法。单一水库优化调度、水库群优化调度确定型优化调度、随机型优化调度。水库调度所需的基本资料水库运用调度的政策法规及标准。水库调度运用的主要参数及水利动能指标其他基本资料第一节 水库运行调度 水库常规调度 水库

4、调度图： 根据实测径流时历特性资料和枢纽的综合利用任务编制而成，由若干具有控制性意义的水库蓄水量（或水位）变化过程线（称为调度线）组成。水库常规兴利调度 兴利调度的任务： 依据规划设计的开发目标、运用参数和兴利部门间的主、次关系及要求，合理调配水量、水能，改善水质，充分发挥水库综合利用效益。年调节水库调度图绘制 第一节 水库运行调度 1.基本调度线的绘制（图8-1）上基本调度线（防破坏线）： 表示水电站按保证出力图工作时，各时刻所需的最高库水位，利用它就使水库管理人员在任何年供水期中（特枯年例外）有可能知道水库中何时有多余水量，可以使水电站加大出力工作，以充分利用水资源。下基本调度线（限制出力

5、线）： 表示水电站按保证出力图工作所需的最低库水位，当某时刻库水位低于该线所表示的库水位时，水电站要降低出力。第一节 水库运行调度 第一节 水库运行调度 下基本调度线的修正（图8-2）（图8-3）第一节 水库运行调度图8-3 蓄水下基本调度线的修正第一节 水库运行调度 2.加大出力线的绘制（图8-4）立即加大出力（图8-4中的曲线）后期集中加大出力（图8-4曲线）均匀加大出力（图8-4中的曲线） 分级列表法计算绘出加大出力线的步骤。3.降低出力线的绘制立即减少出力（图8-4中曲线）；继续按保证出力图工作，直至死水位(图8-4中曲线)；均匀减少出力直至供水期结束（图8-4中曲线）。 采用与计算加

6、大出力线类似的分级列表法计算、绘制降低出力调度线，所不同的是此时以下基本调度线为出发点绘制。 水库调度全图： 由水库基本调度线、加大出力线、降低出力组成，用于指导水电站的运行。 第一节 水库运行调度 多年调节水电站水库调度图绘制： 与年调节水库类似，采用简化方法，只研究枯水年组的第一年和最后一年的情况。绘制方法及其特点 用计算典型年替代长系列法计算典型年及其选择枯水系列的第一年年末多年库容蓄满 枯水系列的最后一年年末多年库容放空 两个典型年该年来水可满足保证出力图要求基本调度线的绘制第一节 水库运行调度 年调节水库灌溉调度图绘制灌溉、航运等部门从水库上游侧取水，是如何从天然来水中扣去引取的水量

7、水库调度线；综合利用用水部门从水库下游取水，按不同的保证率分别绘调度图中基本调度线；第一节 水库运行调度 水库常规防洪调度 防洪调度： 运用防洪工程及非工程措施，对汛期发生的洪水，有计划地进行控制调节的工作。防洪调度图 防洪调度图： 由防洪调度线、防洪限制水位等汛期各个时刻蓄水指示线及由这些指示线所划分的汛期各级调洪区构成。 图8-5为某水库兴利调度和防洪调度图。 防洪调度线的绘制。第一节 水库运行调度 第一节 水库运行调度 水库调洪方式 水库防洪调度的任务：在发生设计洪水或校核洪水时确保水利枢纽的安全；在发生下游防洪标准洪水时，确保下游防洪安全。 水库调洪方式： 根据水库防洪要求，对洪水进行

8、防洪调度时，利用泄洪设施泄放流量的时程变化的基本形式。下游无防洪任务的水库调洪方式 采用自由泄流或敞开泄洪的调度方式，只考虑水库工程本身的防洪安全，下泄流量不受限制。第一节 水库运行调度 下游有防洪任务的水库调度方式 分别拟定水库本身及下游防洪各自的调度方式，考虑两者如何统一调度问题。不考虑区间来水的调度方式。考虑区间来水的调度方式。 水库调洪规则： 根据水库防洪调度原则和实际情况进行水库调洪，决定水库调洪方式的有关具体要求和规定，包括判别洪水大小的具体条件、控制流量的等级与数值、各种调洪库容与其它防洪措施的使用方式与程序等。 几种常用判别方法及其相应的调洪方式：最高水位判别法最大流量判别法综

9、合判别法综合考虑入库流量、水库前期蓄水量、及后期最陡退水曲线等进行判别和控制泄流的方法第一节 水库运行调度 综合利用水库的常规调度方法具有防洪任务的发电水库调度图（图8-6）图8-6 具有防洪任务的发电水库调度图第一节 水库运行调度 防洪调度线和兴利调度线不相交或仅交于一点，该图即为满足防洪和兴利要求的调度图。防洪调度线和兴利的防破坏线相交，汛期按兴利要求的蓄水位将超过防洪限制水位，即不能保证满足下游的防洪要求；若汛期控制兴利蓄水位不超过防洪限制水位，汛后将不能保证设计保证率以内年份的正常供水，将影响兴利效益的发挥。修正方法：水库以兴利为主（图8-7）水库以防洪为主。为充分发挥水库效益，使防洪

10、与兴利尽可能地结合起来，应利用水文预报进行防洪预报调度。具有发电和灌溉任务的水库调度水电站上游库区引水灌溉时的水库调度水电站下游有引水灌溉时的水库调度第一节 水库运行调度 图8-7 防洪与兴利调度线组合图第一节 水库运行调度水库群联合调度 水电站库群、非发电库群联合调度水库群兴利调度水库群防洪调度 根据水库群的结构确定总防洪库容以及各水库必需防洪库容，对防洪库容进行分配，方法有各水库蓄洪抵偿系数分配法、各水库总兴利效益最大或总兴利损失最小法、总年费用最小分配法。 在分配方案选定后，用典型设计洪水进行各水库调洪和下游泄流演算，校核是否满足下游防洪要求，确定是否要加大总防洪库容。 最后选定水库群的

11、防洪调度方式，进行水库群调度。第一节 水库运行调度水库优化调度 根据对水库入库径流的处理方法将水库优化调度分为确定型和随机型两大类。径流描述确定型描述概率型描述随机序列模型数学模型 水库优化调度的数学模型由最优化的目标函数和约束条件组成，分为静态模型和动态模型、确定性模型和随机模型、线性模型和非线性模型。最优准则。 它是衡量水库运行方式是否达到最优的标准。第一节 水库运行调度目标函数： （8-1） 其中，xi为决策变量；sj为状态变量；pk为系统参数。 水库优化调度目标函数的具体形式依所拟定的最优准则而定。 以防洪为单一目标的水库，最优准则可归纳为三种形式：最大削峰准则；最短洪水淹没历时准则；

12、最小洪灾损失或最小防洪费用准则。 最大削峰准则的水库优化调度的目标函数：无区间洪水时 （8-2）有区间洪水时 （8-3） 若水电系统以水电站群发电量最大为最优准则，则水库群优化调度的目标函数可写为： （8-4） 第一节 水库运行调度约束条件 水库运行过程中蓄水量（或蓄水位）的限制，水库泄水能力的限制，水电站装机容量的限制，水库及下游防洪要求限制和水量与电量平衡的限制，以及调度时必须考虑的边界条件等最优化方法 古典微分法、拉格朗日乘数法、变分法、数学规划法（线性规划、非线性规划、动态规划等） 考虑水质问题的优化调度第二节 水资源合理配置 概述水资源配置的涵义 涵义： 在流域或特定的区域范围内，遵

13、循有效性、公平性和可持续性的原则，利用各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置。 水资源合理配置的实质：提高水资源的配置效率（水的分配效率、水的利用效率）。 现行水资源配置模式：市场配置、行政配置、用户参与式配置以及综合配置模式。 我国水资源配置：第一阶段（19491965年），供水不收费，水资源配置是国家按需无偿配置；第二阶段（19651978 年），水资源所有权益和经营权益有所体现，但仍属于计划经济下的水资源低价配置模式；第三阶段（1978 年至今），水资源产

14、权和配置制度改革和政策变迁的时期, 经济杠杆成为主要调控手段之一，多元化配置机制也逐渐发挥效应。第二节 水资源合理配置 水资源配置的内容及主要任务 水资源合理配置的目标是： 通过对水资源在时间、空间、数量和质量上分配，解决各种水资源供需矛盾（包括各地区与部门用水竞争、经济与生态环境用水效益、当代社会与未来社会用水等等），从有限的水资源获得最大的利用效益，满足社会、经济、生态的协调的、可持续的发展。水资源配置的内容：社会经济发展问题水环境污染问题水资源需求问题水价问题水资源开发利用方式、水利工程布局等问题供水效益问题生态环境问题供需平衡分析问题技术与方法研究问题水资源管理问题第二节 水资源合理配

15、置 对水资源进行合理配置，就是要实现以下主要任务：建设节水治污型社会制定水资源战略规划实施跨流域调水开发利用多种水源建立指标体系深化水管理体制改革水资源配置的原则公平性原则高效性原则可持续原则优先性原则第二节 水资源合理配置 水资源配置技术简介 水资源配置技术分类按范围分：子系统级别、区域尺度、流域尺度、跨流域尺度等；按建模技术方法分：模拟模型、优化模型、模拟优化相结合的综合模型。术作简要介绍。建模技术模拟模型 根据模拟的对象不同，模拟模型包括流域径流模拟，如AQUATCOL模型；流域水质模拟模型；流域水权模拟模型；综合流域模拟模型等。 国外较有影响的几个模型优化模型 优化模型基本类型：水文优

16、化模型，目标是在水文规范的要求下优化配置部门内部的水资源；经济优化模型，通过水资源的优化配置，优化部门间的水资源配置，而其它准则，如公平性和环境质量等也应该在模型中考虑到。模拟和优化综合模型第二节 水资源合理配置 需水预测 需水量预测： 根据用水量的历史资料，考虑现实条件与环境的变化，运用适当的技术与方法，对未来需水量进行估计和推测。 需水预测方法：趋势分析法指数分析法回归分析法灰色预测模型法判断预测法因果预测法第二节 水资源合理配置 方案评价指标体系的确定 现有评价指标体系大多是为评价区域/流域的社会经济可持续发展水平、水资源开发利用水平、区域用水水平和水资源承载能力等建立的。单指标体系模块

17、式指标体系 模块式指标体系通常会随着研究者对水资源系统的看法不同而改变。主要包括平行式、垂直式和混合式三类。压力状态响应(PSR)框架模型 理论的基础是研究人与自然之间的相互关系，主要目的是回答:“发生了什么？为什么发生？我们将如何做？”三个问题。因此，它将指标体系分为三类：压力指标、状态指标、响应指标。 第二节 水资源合理配置 指标的选择 方案评价的指标应具有一定的代表性、独立性和灵敏度，能够反映不同方案之间的差别 指标筛选的定量技术主要是统计学中的多元统计，如聚类分析、主成分分析方法、因子分析方法、投影寻踪方法、典型相关分析和粗糙集理论等，以及基于样本提供给指标的信息量大小的条件广义方差极

18、小法，基于相关性的思想极大不相关法等等。指标权重的确定 权重确定的方法：Delphi方法、切比雪夫方法、层次分析法（AHP）、环比法、熵法、变异系数法、关联度法等第二节 水资源合理配置 评价模型的选择 常规综合评价方法（加权算术平均法或加权几何平均法）、聚类分析、判别分析、模式识别、人工神经网络、主成分分析、因子分析、距离综合评价方法、模糊综合评价方法、灰色关联度评价法、层次分析方法(AHP)、数据包络分析(DEA)、多维标度法等，以及由这些方法组合形成的方法。第二节 水资源合理配置 水资源配置研究趋势 水资源合理配置研究中存在的问题：系统性和整体性较差，自然科学基础和社会科学基础分离现象较为

19、严重；水循环模式尚未确立，导致水资源配置的实践缺乏统一的基础，并引发一系列伴生问题；没有建立起系统的水资源配置合理性评价体系，致使水资源配置行为缺乏后效，不合理的水资源配置造成的后果难以从根源上解决。理论上的完善1水权水市场第二节 水资源合理配置 水法规定“水资源属于国家所有。水资源的所有权由国务院代表国家行使农业集体经济组织的水塘和由农村集体经济组织修建管理的水库中的水，归各该农村集体经济组织使用”,“国家对水资源依法实行取水许可制度和有偿使用制度，但是，农村集体经济组织及其成员使用本集体经济组织的水塘、水库中的水除外”。 水权转换可以引导水资源向高效率、高效益方向流动，实现以节水、高效为目

20、标的优化配置，为经济社会发展提供水保障。 水资源配置的基本方式是： 运用水权、水市场理论、充分发挥市场机制的调节作用，以利用经济手段为主要形式进行水资源配置。 第二节 水资源合理配置 水量水质联合调度 水利观念正从传统的工程水利向现代的资源水利、生态水利转变。 考虑区域水能平衡、水盐平衡、水沙平衡和水量平衡，进行水量水质联合调度，以维护生态系统必需的水量和维持整个生态系统的平衡。基于水循环的水资源配置 目前水资源配置的对象仅是狭义的径流性水资源，应拓展为对包括有效降水的广义水资源量进行配置，不仅在配置过程中考虑现有的有效降水部分，而且在配置行为中考虑如何将无效降水转化为有效降水。水资源配置的保

21、障体系 水资源配置牵涉到各方用水主体的利益，因此建立广泛的社会参与机制是保障配置公正性的外部条件。第二节 水资源合理配置 技术方法的改进新技术的应用地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）技术；模糊理论、对策论、博弈论、神经网络、基因算法在水资源领域的应用。决策支持系统和专家系统的完善模型软件的开发 今后水资源合理配置的发展，将由单一的流域水量配置和调度向全流域水质水量统一配置和调度发展，由集总式的、静态的水循环模拟和调控向分布式的、动态的水循环模拟与调控发展。第三节 水资源管理 水资源管理的涵义中国大百科全书大气科学海洋科学水文科学指出，水资源管理指水资源开发利用的组织、

22、协调、监督和调度。联合国教科文组织国际水文计划工程组（1996年）将可持续水资源管理定义为：支撑从现在到未来社会及其福利而不破坏它们赖以生存的水文循环及生态系统完整性的水的管理与使用。 与水资源管理相关的详细内容第三节 水资源管理 我国水资源管理现状水资源管理体制方面我国对水资源实行流域管理与行政区管理相结合的管理体制。国务院水行政主管部门（即水利部）负责全国水资源的统一管理和监督工作。国务院水行政主管部门在国家确定的重要江河、湖泊设立的流域管理机构，在所管辖的范围内行使法律、行政法规规定的和国务院水行政主管部门授予的水资源管理和监督职责。县级以上地方人民政府水行政主管部门按照规定的权限，负责

23、本行政区域内水资源的统一管理和监督工作。第三节 水资源管理 水资源管理法制方面 迄今为止，我国制定了中华人民共和国水法、中华人民共和国水土保持法、中华人民共和国水污染防治法、中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国防洪法。国务院及其所属部门先后颁布了中华人民共和国饮用水源保护区污染防治管理规定、中华人民共和国河道管理条例等一系列水行政法规和政府规章，各省、自治区、直辖市先后出台了相应的地方性法规和政府规章。 存在的问题:法律覆盖范围不全面。不同部门、不同时期颁布的法律法之间存在交叉、冲突和矛盾。管理机构同时拥有执法权、监督权，难以保证法律的效力。第三节 水资源管理 水资源权属管理方面 我国水法

24、规定：“水资源属于国家所有。水资源的所有权由国务院代表国家行使。”可见，我国目前选择实施的是共有水权形式，其中又以国有水权为主，中央政府是法定的水权代表。 取水许可制度实施办法规定，利用水工程或者机械提水设施直接从江河、湖泊或地下取水的一切取水单位和个人，都应该向水行政主管部门或者流域管理机构申请取水许可证，并缴纳水资源费，取得用水权。 目前我国水权制度存在的问题:水法虽然明确了国家是水资源所有权主体，但没有具体规定国家如何去行使其所有权。第三节 水资源管理 对水资源使用权等概念还没有明确的规定，在水资源使用权、收益权的权利主体和权限范围、获取条件等方面缺乏可操作性的法律条文。在共有水权形式下

25、，水资源使用权的模糊使得水权排他性和行使效率降低，造成各地区、各部门在水资源开发利用方面的冲突，也不利于水资源保护和可持续利用。目前实施的取水许可制度还存在许多不确定性，例如没有规定取水的优先顺序，特别是在水资源短缺时缺乏灵活的调节机制，极易引起不同用水者之间的矛盾。同时，取水许可制度的实施过多依赖行政手段，水行政主管部门承担水资源分配、调度以及论证取水许可证合理性等诸多责任，常常会因技术、资金等客观条件的限制而难以保证用水权利在不同行业、不同申请者之间的高效配置。在水权转让方面，我国的水权转让市场尚未真正建立起来。第三节 水资源管理 我国水资源管理改革水资源管理体制改善 改革的重点在于明晰事

26、权、加强沟通、创新管理手段和完善监督机制，以精简、高效的水资源行政管理体制，保障水资源的可持续利用，进而促进整个社会的可持续发展。水权制度完善 对比国内外水资源权属管理的实践，我国的水资源权属管理可以取水许可制度为中心，利用许可证进行水权界定和分配，并通过许可证转让来提高水资源配置效率。明晰水权水市场水权转化健全法制保障公众参与第四节 水资源保护 水资源保护内容 水资源保护： 为了防治水污染和合理利用水资源，采取行政、法律、经济、技术等综合措施，对水资源进行的积极保护与科学管理。 水资源保护的内容： 水量保护： 对水资源统筹规划、涵养水源、调节水量、科学用水、节约用水、建设节水型工农业和节水型

27、社会；水质保护： 制定水质规划，提出防治措施，制定水环境保护法规和标准，进行水质调查、监测与评价，研究水体中污染物质迁移、污染物质转化和污染物质降解与水体自净作用的规律，建立水质模型，制定水环境规划，实行科学的水质管理。第四节 水资源保护 水资源保护规划规划内容 规划原则 遵循可持续发展原则，全面规划、统筹兼顾、重点突出的原则，水质与水量统一规划、水资源与生态保护相结合的原则，地表水与地下水统一规划原则，突出与便于水资源保护监督管理原则。规划编制步骤 可分为四个阶段，即规划目标、建立模型、模拟优化以及评价决策。 具体编制水资源保护规划报告时，其步骤一般分以下三个阶段。第一阶段 收集与综述现有的

28、数据、资料、报告及总结过去的工作，内容涉及： 自然条件、人口状况、城市建设总体规划、社会经济发展现状及预测、环境污染与水资源保护现状、水资源保护目标、标准及水功能区划分状况。第四节 水资源保护 第二阶段建立数据管理系统及地理信息系统；确定各类污染源及污染负荷；模型选择、采用、校正与检验；推荐规划方案，提出解决水环境污染及改善水质的战略、途径、方法与措施，对制定长期的水资源保护战略提出意见和建议。第三阶段 规划方案确定及实施计划安排应提出各种战略、对策及解决问题措施的清单；对提出的规划方案进行技术、经济分析；应制定各工程项目实施的优先顺序和实施计划；应对水资源保护与管理提出体制、法规、标准、政策

29、等方面的意见和建议。第四节 水资源保护 规划的主要技术措施水功能区划 水功能区划的目的在于按照水功能区的目标要求进行水环境质量管理和污染控制，使有限的水资源发挥最大的经济、社会和环境效益，在合理开发利用水资源的同时，也不破坏水域的保护目标，以促进我国经济和社会的可持续发展。 我国水功能区划采用二级体系，即一级区划（流域级）和二级区划（省、市级）:一级功能区划包括保护区、保留区、开发利用区和缓冲区四类。二级功能区划主要协调用水部门之间的关系，它是在一级功能区划的基础上对开发利用区进行的细划，包括饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区七类。水质监测 水质

30、监测是为了掌握水体质量动态，对水质参数进行测定和分析，是水资源保护规划以及水污染防治的基础。第四节 水资源保护 水质评价 水质评价是水资源污染治理、衡量水资源保护效果的标准之一，它是根据水体的用途，按照一定的评价参数、水环境质量标准和评价方法，对水体质量进行定性或定量评定的过程。 水环境质量预测是根据水体质量的历史资料或现状，结合未来人口和经济的发展需求，经过定性的经验分析或通过水质数学模型的计算，探讨水环境质量的变化趋势，为控制水污染的计划和决策提供依据。 水质评价分类：按时间分：回顾评价、预断评价；按用途分：生活饮用水评价、渔业水质评价、工业水质评价、农田灌溉水质评价、风景和游览水质评价；按水体类别分：江河水质评价、湖泊水库水质评价、海洋水质评价、地下水水质评价；按评价参数分：单要素评价和综合评价；对同一水体又可分为：对水、水生物和底质评价。 水质评价的方法：生物