水资源规划课件

區域水資源供需分析區域可供水量計算區域水資源供需分析方法區域水資源供需平衡4.3區域可供水量計算系統概化基於模擬的可供水量計算基於優化的可供水量計算單一工程的可供水量：蓄水工程引水工程提水工程4.3.1系統概化區域可供水量：在一個較大區域區，往往包含多種多樣的水利工程，包含許多具體的用水戶。區域可供水量的計算，就是在各種用水戶需水要求下，對區域內部所有水利工程的可供水量進行計算。水源劃分：當地地表水是指區域內的河流、湖泊等，按照流域水系進行劃分。當地地下水是指區域內的地下含水層等，按含水層所屬的地質單元劃分。再生水等按照不同的收集、處理與供給系統劃分。客水是指流入區域內的河流、含水層跨界補給等。調水是指從研究區域外通過工程措施調入本區域的水量，按照不同的調水系統劃分。地表水地下水再生水客水調水用戶概化：一個區域內部，具體用水戶的數量是非常大的，為了便於計算，可把地域相近的用水戶進行歸類合併。也即把研究區域進行分區，每一分區作為一個供水對象。分區的大小應根據需要，因地制宜來定，不宜過大，也不宜過小。如果研究區域很大，可以逐級劃區，即把要研究的整個區域劃為若干個一級區，每一個一級區又可劃為若干二級區，依次類推，最後一級區稱為計算單元。分區的主要方法有：①按行政區劃分區。有利於資料的搜集和統計。②按自然地理單元分區。如按流域、水系結構劃分，有利於算清水賬。③按流域水資源分區與區域行政分區相結合的方法進行劃分。考慮區域不同自然特點和自然分區（流域、水系、水文地質單元等）及行政區劃的界限，並盡可能地保持自然分區的完整性，對區域進行水資源分區。④按社會經濟單元劃分。如按特定經濟圈、開發區等，有利於突出分析的重點。用戶分類：一個分區內部的用水戶也有各種類型，其用水性質也不盡相同。根據用水性質的不同，劃分成幾類。如城市生活農村生活工業和建築業及第三產業農業河道外生態環境河道內生態環境工程安排：依據需水情況和自然條件等，進行每一個水源的開發利用佈局和工程安排。供水工程主要類型有：蓄水工程、引水工程、地表提水工程、地下提水工程、輸水工程、水處理工程等。在需水調控方面，相應有節水工程等佈局。地表水地下水再生水系統網路圖：水源與分區分類型用戶之間，通過各種供水工程相聯系。按照供水工程、概化用戶在流域水系上和自然地理上的拓撲關係，把水源與用戶連接起來，形成系統網路圖。系統網路圖是對真實系統的抽象概化，由概化元素構成。概化元素包括計算單元、水利工程、分匯水節點、以及各種輸水通道等。概化用戶計算單元是劃分的最小一級計算分區，是各類資料收集整理的基本單元，也是水資源利用的主體對象；在網路圖上用長方形框表示，屬於“面”元素。水利工程是網路圖上標明的水庫及引提水工程等。分匯水節點包括天然節點和人為設置的節點兩類，前者是重要河流的交匯點或分水點，後者主要是對水量水質有特殊要求或希望掌握的控制斷面，在網路圖上屬於“點”元素。輸水通道是對不同類別輸水途徑的概化，包括河流水系，水利工程到計算單元的供水傳遞關係，計算單元退水的傳遞關係、水利工程之間或計算單元之間的聯繫等，在網路圖上屬於“線”元素。以概化後的點、線、面元素為基礎，構築天然和人工用水循環系統，動態模擬逐時段多水源向多用戶的供水量、耗水量、損失量、排水量及蓄變數過程，實現真實水資源系統的仿真模擬。當地地表水：河流、湖泊。當地地下水：地下含水層。調水：從研究區域外通過工程措施調入本區域的水量。4.3.2基於模擬的可供水量計算區域中的各項供水工程組成一個體系，共同為用戶供水，彼此既相互聯繫，又相互影響。基於模擬的可供水量計算方法，是以概化的系統網路圖為基礎，以事先擬定的各種調配規則為依據，按一定次序，對各水源、各計算單元進行各水利工程調節計算的方法。統籌兼顧各分區各種類型的用水需求、合理安排各種水源各類工程的供水策略，有利於系統內的供需平衡。地表水地下水區域水資源一般性的調配規則主要有：（1）計算程式可供水量計算程式為：先支流後幹流，自上游到下游，逐計算單元計算。每一計算單元的計算遵循水量平衡的原則。（2）供水次序－對計算單元，誰先供？先用自流水，後用蓄水和提水；先用地表水，後用地下水；先用本流域的水（包括過境水），後用外流域調水；水質優的水用於生活等用戶，其他水用於水質要求較低的農業或部分工業用戶。（3）用水次序－對供來的水，誰先用？先儘量滿足生活需水，再依此是河道內最小生態需水、工業和第三產業需水、農業需水、河道外生態需水等。地下水計算單元內部分配，包括對當地地表水及地下水等水源的分配：這類水源原則上只對所在計算單元內部各類用戶進行供水，不跨單元利用。一個水源對多個單元間聯合分配，包括大型水庫、外流域調水、處理後污水等水源或水量的分配與傳遞：這類水源可為多個計算單元所使用，其水量的傳遞和利用關係由系統網路圖傳輸線路確定。如一條河流上有上下兩個計算單元，可以應用“分散餘缺”方式進行計算等。後者也是系統模擬的重點和難點。（4）各類水源之間、計算單元之間相互關係4.3.3基於優化的可供水量計算問題分析：根據分區原則把區域劃分為J個分區，根據用水性質把用水部門分為K個用水類型，根據水源特點把區域水源劃分成I個供水水源點。不同季節各種水源的水資源量會有所變化，各用水部門（特別是農業用水）對水的需求會有所增減，為此，把計算域按一定時間尺度劃分成T個時段。由此可見，對特定年份，對整個區域而言是一個擁有I*J*K*T個決策變數的水資源系統優化問題。根據可供水量的涵義，供水系統優化是解決水資源的短缺問題。為了更好地滿足生活、工農業生產以及生態等的需求，確定模型的目標為區域供水系統相對總缺水量最小。模型形式為：為區域在第j分區第k用水部門第t時段的需水量；為區域第i供水水源給第j分區第k用水部門第時段的供水量；為第j分區第k用水部門相對其他用水部門優先得到供給水資源的重要程度係數。

（1）可供水量約束（2）需水量約束（3）供水能力約束（4）工程運行可行域約束（5）變數非負約束

決策變數可分為三類：反映需水結構調控方案的變數。如各區域各部門的發展規模，節約用水方案，生態需水調控方案等。隱含在模型的需水變數中起作用；反映供水結構調控方案的變數。如水利工程的佈局、規模及建設次序等。隱含在模型中的水利工程運行約束域中起作用；反映運行管理策略方案的變數。如水量宏觀調配、工程運行策略的變數。以不同水源向不同用戶的供水量反映。4.4區域水資源供需分析方法水準年系列法典型年法4.4.1水準年區域水資源供需分析：掌握未來一段時期區域需水能夠滿足的程度。通常我們並不針對未來每一年去分析，而是選擇幾個代表年去分析，通過對代表年的分析，基本掌握區域水資源供給與需求的態勢。選擇出的代表年，要能夠反映區域發展不同階段社會經濟達到的水準、相應的需水水準和水資源開發利用水準，所以通常稱其為水準年。現狀年需水量一般來說，需要研究三個階段的供需情況，即現狀情況、近期情況、遠期情況，也即三個水準年的供需情況。現狀水準年又稱基準年，是指現狀供需情況，以已過去的某一年為代表來分析。近期水準年為從基準年以後的5-10年。遠期水準年一般為從基準年以後的15-20年。供水的目的是為了促進區域社會經濟的持續發展，從而供需分析的水準年應盡可能與區域國民經濟和社會發展規劃的水準年相一致。2008202020304.4.2系列法對於給定的水準年：（1）預測區域內各分區各部門的需水量。（2）綜合考慮區域內水資源條件、需水要求、經濟實力、技術水準等因素，作出水準年水利工程建設的初步安排。（3）根據預測的需水量和相應的水利工程安排情況，按照可供水量計算方法，作水資源長系列的逐年分析計算，以掌握未來不同來水條件下區域水資源供需狀態。現狀年需水量分析農業需水量系列一般來說，區域內各概化用戶要求的供水保證率是不同的。生活、工業用戶的保證率高，農業用戶的保證率可低一些等。在計算中要予以考慮。通過對長系列調節計算結果的統計分析，可得到不同來水頻率下的各分區各部門的餘缺水量。水準年2030遠期2008現狀2020近期195019511952....2005長系列供需分析計算結果分析計算結果分析工程安排遠期工程現狀工程近期工程4.4.3典型年法按歷史長系列逐年進行分析計算，往往分析計算工作量大，而且在系列資料缺乏時，這種分析計算還難以進行。水準年2030遠期2008現狀2020近期平水年枯水年特枯年典型年供需分析計算結果分析計算結果分析工程安排遠期工程現狀工程近期工程典型年選擇：用典型年來分析區域水資源的供需情況，必須要求所選典型年具有比較好的代表性。典型年頻率：平水年頻率50％枯水年頻率75％特枯水年頻率90％或95％在進行區域水資源供需分析時：北方乾旱缺水地區一般要分析50％和75％兩種情況；南方濕潤富水地區一般要分析50％

、75％和（或）95％三種情況。典型年年總水量：一般地，選擇典型年所依據的系列有以下幾種：全年天然徑流系列全年降雨量系列主要農作物灌溉期的天然徑流系列主要農作物灌溉期的降雨量系列等等（區域典型年，反映區域整體情況）典型年時空分配：①用實際典型年份時空分配為模式。這種方法直觀，易被人們所接受，但地區內降雨、徑流的時空分配受所選擇實際典型年所支配，有一定的偶然性。②組合頻率法，這種方法從區域內各分區地理條件和實際供需情況出發，使主要控制分區來水與整個區域同頻率，其餘分區來水與整個區域相應。AB4.5.區域水資源供需平衡一次供需分析二次供需分析三次供需分析4.5.1一次供需分析水資源一次供需分析，就是在區域現狀供水能力與外延式增長的用水需求間所進行的供需分析。在水資源需求方面，考慮不同水準年人口的自然增長、經濟結構不因水的因素而變化、人民生活水準外延式提高，預測不同水準年各分區各部門需水量。在水資源供給方面，在不考慮新增供水投資來增加供水量的前提下，考慮生態環境要求進行區域可供水量調節計算。地表水現狀年需水量現狀年供水量水資源一次供需分析本身不是目的，而是希望通過一次供需分析來瞭解和明晰現狀供水能力與外延式用水需求條件下的水資源供需缺口。水資源一次供需分析的缺口為水資源的開源、節流和污水處理回用安排提供了基礎。現狀年需水量如對當地水資源進一步挖潛，包括地表水和地下水的進一步開發、污水處理回用等提高區域供水能力；通過提高水價、節水措施、量化管理等抑制用水需求增長；使缺口的上下包線同時向內收縮，以解決或緩解水資源供需矛盾。水資源一次供需分析主要回答三個問題：一是確定在無新的供水工程投資條件下，未來不同階段的供水能力和可供水量；二是確定在無直接節水工程投資條件下，未來不同階段的水資源需求自然增長量；三是確定現狀開發狀態下，未來不同階段的水資源供需缺口，為確定節水、治汙和挖潛等措施提供依據。現狀年需水量4.5.2二次供需分析水資源二次供需分析，主要是在一次供需分析的基礎上：在水資源需求方面通過節流等各項措施控制用水需求的增長態勢，預測不同水準年需水量；在水資源供給方面通過當地水資源開源等措施充分挖掘供水潛力，給出不同水準年供水工程的安排；通過調節計算，分析不同水準年供需態勢。地表水地下水節水開源在二次供需分析時，要進行供給與需求兩個方面調控的多種方案分析計算，從中選擇最好的方案。通過供給與需求兩方面的調控，如果二次供需分析不存在缺口，則實現了區域水資源的供需平衡。如果還存在缺口，在抑制需求和增加供給共同作用下，一次供需分析的缺口將有較大幅度的下降。二次分析的供需缺口，實質上是在充分發揮當地水資源承載力條件下仍不能滿足用水需求的缺口。在有外調水條件的地區，可以考慮實施外調水予以解決。地表水地下水節水開源缺水量越小越好總費用越小越好4.5.3三次供需分析水資源三次供需分析，是在二次供需分析的基礎上：進一步考慮跨流域調水解決當地缺水問題，將當地水與外調水作為一個統一整體進行調配。將二次分析的供需缺口作為需水項，以不同調水規模的方案作為新增供水項參加水資源供需平衡。通過不同方案的對比和分析，為確定調水工程規模提供依據。地表水地下水節水開源調水工程一次供需分析是初步瞭解供需情況，並不要求供需平衡和提出實現平衡的方案計畫。若一次供需分析有缺口，則在此基礎上進行二次供需分析，即考慮進一步新建工程、強化節水、治汙與污水處理再利用等工程措施，以及合理提高水價、調整產業結構、抑制需求的不合理增長和改善生態環境等措施進行水資源供需分析。二次供需分析則要求努力平衡和提出實現平衡的方案計畫。若二次供需分析仍有較大缺口，應進一步加大調整產業佈局和結構的力度，當具有跨流域調水可能時，應增加外流域調水並進行三次水資源供需分析。4.5.4供需平衡宏觀控制進行區域水資源供需分析最終目的，是要提出本區域在不同發展時期水的長期供給的措施、方案和計畫，其中的核心問題是要宏觀控制住水資源的供需平衡。①選取的計算水準年要與國民經濟發展總目標協調一致。②為嚴重缺水區作出補水佈局安排。區域內水資源供需缺口較大的地區是缺水地區，必須要通盤規劃之後，統籌考慮作出合理補水佈局安排，才可能保證實現地區之間的水資源供需的大致平衡。③進行河道外用水和河道內用水的協調平衡。④用某一來水頻率的典型年來控制水資源的供需平衡。水資源的供需平衡是一種相對的平衡，具有一定的保證率概念。在某一保證率它平衡了，而在另一保證率時，又可能出現不平衡。一個區域究竟選擇那一種保證率控制水資源的供需平衡，是個複雜的問題，嚴格來說應通過經濟效益等方面的論證來確定。一般，在水資源匱乏的地區，為了充分利用平水年份的水資源，選擇的保證率可以低些；相反，在水資源充沛、供水工程投資較低的地區，選擇的保證率可適當的提高。設75％為保證率頻率元5區域水資源優化配置基於經濟效益的水資源優化配置基於宏觀經濟的水資源優化配置基於可持續發展的水資源優化配置問題提出：一個區域的水資源是有限的，當這種有限性使區域水資源成為稀缺性的資源時，各種用戶的水需求之間就具有了競爭性，就會面臨把有限的水資源如何分配給各用戶的問題。水資源供需分析是進行不同水準年水資源在各用戶間分配的方法之一。它主要根據用戶重要性的不同，從儘量滿足供給與需求之間的平衡角度出發，進行水資源在各用戶之間的分配。很顯然，它沒有直接考慮水資源分配的效益問題。（基於水量、基於計畫）水資源優化配置就是從效益最大化角度出發進行水資源分配的方法。

5.1基於經濟效益的水資源優化配置一般描述數學模型一個例子

基於經濟效益的水資源配置模型，是按照經濟效益最大化來進行水資源分配的。

主要解決下列問題：確定各用戶的發展規模，如農業的灌溉面積等；確定主要水利工程的規模，如水庫、管道等的物理尺寸；確定最優分水策略。X1為反映各用戶發展規模的變數；X2為反映水利工程安排的變數；X3為反映供水運行策略的變數。f代表的是效益函數的具體形式。max地下水5.1.1一般描述設有n個水源（水利）工程，其經濟壽命為T年。系統總體淨效益可表示為：Bj，第j個工程毛效益；Mj，運行維護費用；Kj，工程建設總投資，系折算到工程開始發揮效益的年份。maxs.t.地下水5.1.2數學模型例，以某一流域為例來說明模型的建立和求解。水源分析：一條河流計算單元：灌溉與發電河流上端第一個水庫B，它的有效庫容以Y表示，為一未知設計變數。它在雨季蓄水Y，而在旱季泄放Y。設年總的引水量為I，它是第二個未知的設計變數。根據灌區降雨特點，灌區的灌溉制度要求年總引水量在雨季與旱季的水量分配比為42.5%及57.5%。灌溉水回歸係數雨季為35.3%，旱季為78.2%。河流下端佈置一水庫，其有效庫容為Z，是第三個設計變數。水庫下游佈置一徑流式電站，設年發電量為E，是第四個設計變數。問題：確定水庫的庫容、灌溉引水量及電站的發電量，在滿足相關約束條件限制下，使系統獲得最大可能的淨效益。用50%典型年代表水資源條件。把一年分為兩季，即雨季和旱季；上排數值表示雨季的河流平均徑流量；下排數值表示旱季的河流平均徑流量。第一組約束是簡單的要求四個設計變數均為非負。第二組約束是要求系統各河段的徑流量必須為非負。從圖中可得下列四個約束條件。

第三組約束是系統要求年發電量為兩季各半。根據自然條件，水電站的平均水頭為47.76m，設出力係數為8.8，則水電站季生產電能為E為生產的電能，以億kw·h表示；F表示通過水輪機的水量。由此可寫出發電方面的兩個約束條件如下：目標函數是使系統發電與灌溉的淨效益現值盡可能地最大，運算式為：

是淨效益的現時折算值（以萬元為單位表示）；B1為每年發電的淨收入現值；B2為每年灌溉供水的淨收入現值；K1為B庫建設投資；K2為C庫建設投資；K3為電站建設投資；K4為灌溉系統的建設投資。投資費用的函數運算式：

由於條件限制，使僅有37億m3的水量能自流灌溉。自流引水工程的建設費用為基數4500萬元，加上每億m3灌溉引水量另須3567萬元。當灌溉需水超過37億m3時，就需另建一抽水站。抽水站的建設費用基數為500萬元，加上每億m3抽水量另須5189萬元。如果把灌溉水量分成兩部分，I1以表示自流引水，I2表示抽水灌溉，則灌溉工程的總投資費用函數可用下式表示：

為符號函數

系統淨收入計算：第一步把年毛收入表達為開發規模的函數；第二步把年運行維護費用同樣地表達為開發規模的函數；第三步把年毛收入減去年運行維護費用，即為年淨收入；第四步應用現值因數計算年淨收入的現時折算值。假設建築物的設計年限壽命為50年，貼現率為25%，則現值因數為28.4。即在此情況下，50年中每年1元之現值和為28.40元。發電:若每kw·h電價為0.09元，則年毛收入為900E萬元。取年運行維護費用為20E萬元，則發電年淨收入為880E萬元。電能生產的現值為:灌溉淨效益的現值：s.t.5.2基於宏觀經濟的水資源優化配置國民經濟各部門劃分投入產出模型宏觀經濟優化模型在供需分析中，以經濟效益最大。這合適嗎？似乎是行的。但沒有考慮某個用戶生產太多是不是需要的情況。基於宏觀經濟的水資源優化配置就是解決這一問題的。產品特點8部門15部門a．初級產業1．農業1．農業2．採掘業2．採掘業b．製造業3．輕加工業3．食品製造業4．紡織縫紉及皮革工業5．木材加工及傢俱製造業6．造紙及文教用品製造業4．重加工業7．石油煤炭加工業8．化學工業9．建築材料及其他非金屬礦物製品業10．金屬冶煉及加工業11．機械工業c．社會基礎設施5．電力工業12．電力、蒸汽、熱水生產和供應業6．建築業13．建築業7．交通運輸郵電業14．交通運輸郵電業d．服務業8．服務業15．服務業5.2.1國民經濟各部門劃分投入產出總產出中間使用最終使用12……n合計消費積累合計家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動者收入V1V2…

VnDⅣ折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.2.2投入產出模型行：產品的去向（毛收入）列：生產的花費（＋利潤）投入產出總產出中間使用最終使用12……n合計消費積累合計家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動者收入V1V2…

VnDⅣ折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入產出模型如果經濟系統處於平衡狀態，那麼，應滿足如下的關係：①從左到右，中間產品＋最終產品＝總產品②從上到下，中間投入＋最初投入＝總投入③從總量看：第i產品部門總投入＝第i產品部門總產出投入產出總產出中間使用最終使用12……n合計消費積累合計家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2Y2X2．……．．．．．．．．I．．．．．Ⅱ．．……．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合計τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入勞動者收入V1V2…

VnD折舊D1D2…

DnV利潤和稅金Z1Z2IIIZnZ合計N1N2…

NnN總投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入產出模型中間投入合計＝中間使用合計最初投入合計＝最終使用合計總投入＝總產出x11x12…

x1nY1X1x21x22…

x2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．xn1xn2…

xnnYnXn直接消耗係數生產一個單位的第j種產品所消耗的第i種產品的產品量或服務的價值量。

a11a12…

a1nY1X1a21a22…

a2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．an1an2…

annYnXn

消耗部門生產部門中間消耗最終需要總產量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400每一行表示一種產品的分配情況。以第二行為例，煤的年總產量是500萬t。其中有：100萬t用於煉鋼10萬t用於採煤（如煤礦的燒鍋爐用煤）200萬t用於發電190萬t用於最終需要。最終需要指的是居民和社會團體的消費、庫存和出口產品的總和。5.2.3實物型投入產出模型以鋼、煤、電力三個生產部門為例

消耗部門生產部門中間消耗最終需要總產量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400每一列表示一種產品在生產過程中對各產品的消耗情況。以第二列為例，生產500萬t煤需要消耗：40萬t鋼（如用於製造採煤設備等）10萬t煤（如煤礦的燒鍋爐用煤等）30億Kw.h電（如採煤設備用電，礦井的通風排水用電等）

鋼煤電鋼20/200=0.1(萬t/萬t)40/500=0.08(萬t/萬t)10/400=0.025(萬t/億Kw.h)煤100/200=0.5(萬t/萬t)10/500=0.02(萬t/萬t)200/400=0.5(萬t/億Kw.h)電50/200=0.25(億Kw.h/萬t)30/500=0.06(億Kw.h/萬t)20/400=0.05(億Kw.h/億Kw.h)每一列的數字分別除以各產品的總產量，就得到消耗係數

消耗部門生產部門中間消耗最終需要總產量鋼煤電鋼（萬t）204010130200煤（萬t）10010200190500電（億Kw.h）503020300400設第二年的鋼、煤、電的最終需要量分別增加到180萬t、240萬t和350億Kw.h。在消耗係數不變的情況下，按照生產與需求的平衡關係，即可列出方程組：消耗係數或技術係數，隨著技術進步的的變化？5.2.4價值型投入產出模型假定某區域整個國民經濟只有三個部門：A(農業)，B(工業)，C(其他)

投入產出中間產品最終產品總產品農業(A)工業(B)其他(C)小計積累消費小計中間投入農業(A)20050010080040080012002000工業(B)40020003002700800150023005000其他(C)200500070003003001000小計800300040042001200260038008000初始投入折舊20035050600

勞動報酬6006504001650社會純收入40010001501550小計120020006003800總投入2000500010008000直接消耗係數在消耗係數不變的情況下，按照生產與需求的平衡關係，即可列出方程組：消耗係數或技術係數，隨著技術進步的的變化？5.2.5考慮調出與調入情況投入產出總產出中間使用最終使用調出調入合計12…n合計消費積累家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調入m1m2

…mnm考慮調出，在最終使用後增加一列。折舊D1D2…

DnD勞動者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX投入產出總產出中間使用區域最終使用調出調入合計12…n合計消費積累家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調入m1m2

…mnm競爭型調入：即區域內有相應商品；作為對最終使用的貢獻，單列一列，從最終使用中扣除。折舊D1D2…

DnD勞動者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX投入產出總產出中間使用最終使用調出調入合計12…n合計消費積累家庭社會固定流動中間投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

x2nμ2Ch2Cs2Ff2Fs2E2M2Y2X2．．．．．．．．．．．．．nxn1xn2…

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合計τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入調入m1m2

…mnm非競爭型調入：即區域內沒有相應商品，但在生產中又需要；作為投入項，在中間投入下麵加一行。

折舊D1D2…

DnD勞動者收入V1V2…

VnV利潤和稅金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合計N1N2…

NnN總投入X1X2…

XnX5.2.6宏觀經濟優化模型衡量經濟的總體發展水準和相應的結構特徵，一般採用國內生產總值指標。最終產品按市場價格計算的所得即為國內生產總值。總投入中包括了兩部分，一部分為外購貨物及服務，即中間投入；另一部分為初始投入，也是生產活動中新產生的價值，稱為增加值，增加值包括折舊、工資和利稅三項。各部門增加值之和，在數量上和國內生產總值是相等的。

=maxGDP=s.t.5.2.7基於宏觀經濟的水資源優化配置模型

=GDP=maxs.t.靜態宏觀經濟模型動態宏觀經濟模型上述宏觀經濟模型僅考慮了某一時段內各經濟部門的投入產出關係，而未考慮:“總產值--GDP--投資--固定資產--新的總產值”這一擴大再生產過程，因而還要研究擴大再生產過程中年度間的積累與消費的關係。在進行區域宏觀經濟總量研究時，通常採用如下形式的生產函數：式中：a>0為全要素生產率；0<a<1為常數；L為勞務工時；K為固定資產存量。在一定時期和一定的技術進步條件下，

K與L的投入通常成一固定比率，即K/L=ß,為常數，有：

稱為資本產出率。在考慮動態的擴大再生產過程時，第t年的生產函數為固定資產形成方程：上式的意義為期末固定資產存量等於期初固定資產存量減去本年折舊並加上本年新增固定資產。新增固定資產是由投資形成的。由於不同經濟部門從投資到形成固定資產的時間和比例均不相同，即使同一部門內因產品工藝和規模的差異也使得固定資產形成的規律不同，因此本年度形成的固定資產是當年、上一年、上兩年……的投資的累計結果，即式中：為各年投資形成當年固定資產的比率

上式中各年的投資來源於兩個方面：區域內經濟的資金積累和外來投資。區域內經濟的積累為最終產出（需求）的一部分，最終產出為總產出的一部分，因而可用一比例係數與總產值X相聯系；外來投資包括區外、中央政府和國外三部分，通常作為外生變數在模型中給出一範圍。據此，有如下投資方程：式中：為積累率；H為外決策變數，代表外來投資。動態宏觀經濟模型

s．t．max

最為簡單的概念模型：追求GDP最大的目標函數；部門間的投入產出約束及最終需求約束，最終需求中各項均有其結構性約束；水資源可利用量約束，第t年可利用的水資源量；年度間的擴大再生產約束。配置的目標配置的原則配置的手段配置的模型5.3面向可持續發展的水資源優化配置

水資源優化配置要實現的效益最大化，是從社會、經濟、生態三個方面來衡量的，是綜合效益的最大化。社會和諧經濟持續發展生態系統的良性迴圈總體上達到既能促進社會經濟不斷發展，又能維護良好生態環境的目標。

5.3.1目標在可持續發展層次，保持人與自然的和諧關係。

人類為了發展社會經濟，必需利用一部分水資源；而為了人類自身的存在，又必需維護適宜的生存環境。因此，必須研究如何與自然環境合理地分享水資源。兼顧當前與長遠，在社會經濟發展與生態環境保護兩類目標間進行權衡，進行社會經濟用水與生態環境用水的合理分配，力爭使長期發展的社會淨福利達到最大。在社會經濟發展層次，兼顧社會公平與經濟效益。

人類為了發展經濟，必需利用水資源；而經濟發展，又必需有和諧的社會環境。因此，進行水資源合理配置時必須統籌考慮公平與效益問題。兼顧局部與全局，在社會公平與經濟效益兩類目標間進行權衡，進行區域水資源在各類用戶之間的合理分配，保障社會和諧與經濟快速發展。在需求側：生態功能定位的合理性？生產力佈局和產業結構調整的可能性？採取節水等措施的可行性？提高水資源利用效率，抑制需求過度增長。在供給側：統籌安排降水、當地地表水、當地地下水、中水、外調水的聯合利用。增加水資源可供水量。供水系統調控因素給出用水需求和用水次序安排。給出可供水量和供水次序安排。用水系統

（1）公平性原則考慮不同區域間和社會各階層間的各方利益進行水資源的科學分配，實現不同區域（上下游、左右岸）之間的協調發展，以及資源利用效益在同一區域內社會各階層中公平分配。（2）高效性原則高效性原則，主要是指水資源的高效利用，取得環境、經濟和社會協調發展的最佳綜合效益。（3）可持續原則水資源是一種再生資源，具有時空分佈不均和對人類利害並存的特點。對它的開發利用要有一定限度，必須保持在它的承載能力之內，以維持自然生態系統的更新能力和可持續地利用。5.3.2原則面向可持續發展的水資源優化配置，就是要對社會經濟用水和生態用水進行權衡。①立足於對人類與自然的辨證關係的認識，要充分肯定社會經濟和生態環境均是水資源的承載對象，人類既不能也無權剝奪自然生態系統演化發展的需水權利；水資源的環境功能既是水資源本身的屬性，也是人類社會賴以生存的客觀條件之一。②從人類生存和發展的自身目的思考，生態環境用水與社會經濟用水在功能目標上實際並無衝突，而是具有相輔相成、互相增益的關係。

5.3.3配置模型考慮三個方面的目標函數：①考慮公平性，各分區各部門缺水量最小；②考慮高效性，區域供水淨效益最大；③考慮可持續發展，區域COD排放量之和最小。工程手段時間調配工程：包括水庫、湖泊、塘壩、地下水等蓄水工程，用於調整水資源的時程分佈。空間調配工程：包括河道、管道、運河，管道、泵站等輸水、引水、提水、揚水和調水工程，用於改變水資源的地域分佈。品質調配工程：包括自來水廠、污水處理廠、海水淡化等水處理工程，用於調整水資源的品質。5.3.4

配置手段科技手段建立水資源即時監控系統，準確及時地掌握各水源單元和用水單元的的水資訊。科學分析用水需求，加強需水管理。採用優化技術進行分析計算，提高水資源規劃與調度的現代化水準。

行政手段（政府調控）利用行政管理職能，直接通過行政措施進行水資源配置，調配生活、生產和生態用水，調節地區、部門等各用水單位的用水關係，實現水資源的統一優化管理調度。經濟手段（市場調控）按照市場經濟要求，建立合理的水價形成機制，使水的利用方向從低效益的經濟領域向高效益的經濟領域，水的利用模式從粗放型向節約型轉變，提高水的利用效率。面向可持續發展的水資源優化配置是指：根據特定區域或流域的自然和社會經濟條件，以公平、高效和可持續發展為原則，採用科學的技術方法和先進的管理體制，通過合理抑制需求、有效增加供水、積極保護生態環境等方面的工程與非工程措施，對有限的、不同形式的水資源在區域間和各用水部門間進行合理的分配，以期實現水資源可持續利用、保障社會經濟可持續發展和生態環境良性迴圈。

5.4水資源合理配置模式(1)“以需定供”的水資源配置以過去或目前的國民經濟結構和發展速度資料預測未來的經濟規模，通過該經濟規模預測相應的需水量，並以此得到的需求水量進行供水工程規劃。其結果必然帶來不利影響，諸如河道斷流，土地荒漠化甚至沙漠化，地面沉降，海水倒灌，土地鹽鹼化，等等。造成社會性的水資源浪費。(2)“以供定需”的水資源配置“以供定需”的水資源配置，是以水資源的供給可能性進行生產力佈局，強調資源的合理開發利用，以資源背景佈置產業結構。但是，水資源的開發利用水準與區域經濟發展階段和發展模式密切相關，水資源可供水量是隨經濟發展相依托的一個動態變化量，“以供定需”在可供水量分析時與地區經濟發展相分離，沒有實現資源開發與經濟發展的動態協調。(3)基於經濟的水資源配置基於宏觀經濟的水資源優化配置，通過投入產出分析，從區域經濟結構和發展規模分析入手，將水資源優化配置納入宏觀經濟系統，以實現區域經濟和資源利用的協調發展。維護天然植被所需要的水量森林、草地、濕地植被、荒漠植被等水土保持及水保範圍之外的林草植被建設所需要的水量綠洲、生態防護林等保護水生生物所需要的水量維持湖泊、河流中魚類、浮游植物等生存的用水1.1生態需水改善用水水質所需要的水量

保證河流枯水期的最小流量；對於湖泊，主要是加強受污染水體的水量交換，提高水體自淨能力，以達到湖泊功能要求和水質標準協調生態環境

為維持水沙平衡、水鹽平衡及維護河口地區生態環境，需要保持一定的下泄水量或入海水量回補地下水

為遏制超埰地下水所引起的地質環境問題，需要一定的回灌用水美化環境與休閒旅遊需水

城市淨化、綠化及公園湖泊等用水，游泳、划船、垂釣等1.2環境需水生態需水和環境需水之間存在交叉重合部分，無法完全區分開來，故在研究過程中將其統稱為生態需水量2.生態用水現狀

初級自發階段平衡利用階段掠奪開發階段

協調發展階段

城市和工業用水擠佔農業用水，農業用水擠佔生態環境用水

2.1生態用水現狀

北方一些河流由於上中游過度用水，造成下游河湖乾涸，不僅影響下游地區社會經濟的發展，而且還使這些地區的地下水嚴重超采，造成地面沉降、海水入侵等地質災害。乾旱地區的內陸河，下游河湖乾涸不但使當地人民失去生存條件，而且由於下游生態系統的衰亡，造成沙漠擴大，危及區域生態安全。水土流失目前水土流失面積356萬平方公里，占國土面積37％，每年流失的土壤總量達50億噸。嚴重的水土流失，導致土地退化、草場沙化、生態惡化，造成河道、湖泊泥沙淤積，加劇了江河下游地區的洪澇災害。水污染水資源短缺與環境污染又加劇了區域(或流域)生態環境的惡化

《長江保護與發展報告2007》

長江幹流水質總體良好，但局部污染嚴重，整體呈惡化趨勢。長江幹流存在岸邊污染帶累計達600多公里，岷江、沱江、湘江、黃浦江等支流污染嚴重，超過40%的省界斷面水體劣於Ⅲ類水標准，90%以上的湖泊呈不同程度的富營養化狀態。

長江生態系統也在不斷退化，長江物種減少。國寶白稽豚難覓蹤跡，長江鰣魚不見多年，中華鱘、白鱘數量急劇減少。長江流域天然捕撈產量從1954年42.7萬噸下降到90年代的10萬噸左右。--《長江保護與發展報告2007》4萬多座水壩、成千上萬的水閘和堤垸，使長江即將變成一條"管道化"的河流。這不僅導致許多河段乾枯、生物多樣性喪失

我國經濟發展現走進高投入、高消耗、高排放、不協調、難迴圈、低產出、低效益怪圈。如此資源成本造成長江上游嚴重水土流失，中游生態脆弱，下游污染驚人。--《保護長江萬裏行，落實科學發展觀》(1)根據1300條河流3200多個監測斷面的水質資料，對13萬公里河流水質進行了評價，全年符合和優於Ⅲ類水的河長占總評價河長的59.4%。(2)在評價的50個湖泊中，水質符合和優於Ⅲ類水的湖泊有18個，部分水體受到污染的13個，水污染嚴重的19個。對49個湖泊的營養狀態進行評價，17個湖泊處於中營養狀態，32個湖泊處於富營養狀態。(3)在評價的322座水庫中，水質未達到Ⅲ類水的水庫有57座，占評價水庫總數的17.7%，其中水質為劣Ⅴ類水的水庫有14座。對238座水庫的營養狀態進行評價，三分之二的水庫處於中營養狀態，三分之一的水庫處於富營養狀態。《我們共同的未來》（1987年）《21世紀議程》（1992年）1991年東柏林會議21世紀水資源管理強調水資源、生態系統和人類社會的相互協調，重視生態環境和水資源的內在關係，並將此作為水資源管理的基礎。

2.1生態用水現狀

2.2生態用水現狀

20世紀70年代以來，法國、澳大利亞、南非等國都開展了許多關於魚類生長繁殖與河流流量關係等方面的研究20世紀90年代後的研究，不僅研究維持河道的流量，而且還考慮了河流流量在縱向上、橫向上的連接近年來我國提出了生態環境建設，其含義應當是：一切旨在保護、修復和改善生態環境行動的總稱。2.2生態用水現狀

水生態保護

塔里木河應急輸水成功

2000年5月－2003年7月，5次向塔里木河下游應急輸水，博斯騰湖累計輸出22.2億m3，大西海子水庫下泄13.7億m3，重現臺特瑪湖。

結束了塔里木河下游300多km河道近30年的斷流

歷史；挽救了瀕臨消亡

的沙漠植被。臺特馬湖已形成的水面紮龍濕地應急補水

2001年－2003年，累計從嫩江向紮龍濕地應急補水6.5億m3，有效緩解了濕地缺水狀況。恢復濕地核心區達650平方米以上，占總面積的93%，丹頂鶴總數超過了400只。紮龍應急補水紮龍濕地的丹頂鶴南四湖應急生態補水

2002年，南四湖發生八十年代以來最為嚴重的乾旱，生態環境受到嚴重破壞。國家防總、水利部實施從長江向南四湖應急生態補水。02年12月8日-03年3月4日，累計調入水量1.15億m3，維持了湖區最低生態用水要求。

濟南群泉複湧

通過統一調度和優化配置水資源、科學回補地下水、封閉自備井、節約用水，濟南市地下水位明顯回升。2001年9月17日，沉寂長達926天之久的濟南趵突泉複湧，市區內100多處泉水復活。

趵突泉黑虎泉“引江濟太”試驗工程

2002年1月30日，試驗工程正式啟動。2002-2003年累計從長江引水40.0億m3，入太湖20.0億m3，加速水體迴圈，增強自淨能力，改

善水質和水環境。

2007年5月，引長江水1.9億m3，改善太湖水質。生態需水的水量過程

空間性

水資源的分佈具有立體空間性區域地理位置、氣候和植物類型的不同，也決定了生態環境需水的不同

時間性

生態環境系統是隨著時間的變化而發展、演替河流系統生態環境需水量存在年際和季節性變化

閾值性

生態環境需水都存在一個上下限生態需水年內和年際變化示意圖河道內水量和生物生理回應關係示意圖徐志俠.河道與湖泊生態需水研究，2003年3.生態需水計算

3.1生態需水量計算

國內外計算研究的角度水文學水力學魚類棲息地等《全國水資源綜合規劃細則》（2002年）河道內生態環境需水量河道外生態環境需水量代表方法河道內生態需水

濕周法基於滿足臨界區域水生物棲息地的思想提出來的分項計算方法生態基流

輸沙需水量水生生物需水量1.維持河道一定功能的需水量計算方法Tennant法將全年分為兩個計算時段，根據多年平均流量百分比和河道內生態環境狀況的對應關係

河口沖沙需水量

保持河口泥沙沖淤平衡所需要水量防潮壓鹹水量

避免鹹潮上溯對河口地區生態環境和生活生產用水帶來不利影響所需要的水量河口生物需水量

為了保持河口良好的水生生物及其棲息地所需要的水量2.河口生態環境需水量水資源供需分析的概念水資源系統單項工程可供水量水利系統可供水量水資源供需平衡分析水資源供需分析水資源供需分析

指在一定區域、一定時段內，對某一水準年和某一代表年的各部門供水量和需水量進行平衡分析

水資源供需分析內容劃分平衡區和計算單元摸清水資源開發利用現狀和存在的問題進行不同水準年、不同保證率水資源供需水量預測分析水資源餘缺程度，提出合理利用水資源及解決供需矛盾的對策水資源供需分析供需平衡的概念供水工程和水源分類水資源系統當地水當地地表水當地地下水再生水外來水蓄水工程引水工程提水工程調水工程中水回用可供水量的定義

在不同的來水頻率或保證頻率下，為滿足不同水準年的需水要求，工程設施可提供的水量

可供水量的影響因素來水條件來水的大小及來水年內分配用水條件不同的用水特性及合理用水、節約用水情況水質條件不同的水源、泥沙和污染程度工程條件

現有工程設施的能力及調節運用方式的變化

可供水量的定義和影響因素蓄水工程

年調節水庫

多年調節水庫

中小型水庫引水工程提水工程單項工程可供水量年調節水庫水庫具有調節能力，可以根據需水對天然徑流再分配資料允許情況下，根據水庫來水、用水及水庫有效蓄水量逐時段調節計算不同的調節模式，有不同的結果多年調節水庫

蓄水工程可供水量已知：（1）表中水量單位為萬立米（2）假設水庫始、末水位均為死水位（3）水庫調節庫容為200萬立米蓄水工程可供水量例1求解：水庫各時段可供水量蓄水工程供水模式有水就用模式過程相似模式相對缺水率最小模式

需水約束水量平衡約束有效蓄水量約束多用戶重要性例1計算結果蓄水工程可供水量問題：若調節庫容為100萬立米，計算結果如何？過程相似供水（V調節＝100）水庫蓄水量過程模式2：

V調節＝200模式3：

V調節＝100蓄水工程供水模式中型水庫

水量利用係數法：利用

α～β關係進行推求小型水庫

複蓄指數法蓄水工程可供水量大、中型引水工程河道無調節能力約束條件管道過水能力下游河道流量要求用戶的用水要求小型引水工程

供水係數法引水工程可供水量從河道提水河道來水情況下游河道流水要求提水設備能力

從湖泊、大江、大河中提水

提水量不太大時，基本不考慮需水限制提取地下水

應以不致造成不良後果為前提提水工程可供水量例2引提水工程可供水量已知:(1)表中單位為m3/s(2)用水戶為單用戶情形

(3)管道過水能力為70m3/s，下游流量要求為60m3/s求解：各時段可供水量例2計算結果引提水工程可供水量問題：如果用水戶為多用戶情形，如何分配水量？例3引提水工程可供水量1.不考慮下游流量要求2.考慮下游流量要求多用戶供水模式屬地優先權模式先滿足上游需水，再考慮下游用戶均衡受益模式考慮初始水權考慮用戶重要性不同水資源系統概化水資源分區供水工程和水源用戶概化網路圖供水次序可供水量計算水利系統可供水量水資源分區和計算單元按行政區劃便於資料收集按流域水系