水资源规划课件

区域水资源供需分析区域可供水量计算区域水资源供需分析方法区域水资源供需平衡4.3区域可供水量计算系统概化基于模拟的可供水量计算基于优化的可供水量计算单一工程的可供水量：蓄水工程引水工程提水工程4.3.1系统概化区域可供水量：在一个较大区域区，往往包含多种多样的水利工程，包含许多具体的用水户。区域可供水量的计算，就是在各种用水户需水要求下，对区域内部所有水利工程的可供水量进行计算。水源划分：当地地表水是指区域内的河流、湖泊等，按照流域水系进行划分。当地地下水是指区域内的地下含水层等，按含水层所属的地质单元划分。再生水等按照不同的收集、处理与供给系统划分。客水是指流入区域内的河流、含水层跨界补给等。调水是指从研究区域外通过工程措施调入本区域的水量，按照不同的调水系统划分。地表水地下水再生水客水调水用户概化：一个区域内部，具体用水户的数量是非常大的，为了便于计算，可把地域相近的用水户进行归类合并。也即把研究区域进行分区，每一分区作为一个供水对象。分区的大小应根据需要，因地制宜来定，不宜过大，也不宜过小。如果研究区域很大，可以逐级划区，即把要研究的整个区域划为若干个一级区，每一个一级区又可划为若干二级区，依次类推，最后一级区称为计算单元。分区的主要方法有：①按行政区划分区。有利于资料的搜集和统计。②按自然地理单元分区。如按流域、水系结构划分，有利于算清水账。③按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法进行划分。考虑区域不同自然特点和自然分区（流域、水系、水文地质单元等）及行政区划的界限，并尽可能地保持自然分区的完整性，对区域进行水资源分区。④按社会经济单元划分。如按特定经济圈、开发区等，有利于突出分析的重点。用户分类：一个分区内部的用水户也有各种类型，其用水性质也不尽相同。根据用水性质的不同，划分成几类。如城市生活农村生活工业和建筑业及第三产业农业河道外生态环境河道内生态环境工程安排：依据需水情况和自然条件等，进行每一个水源的开发利用布局和工程安排。供水工程主要类型有：蓄水工程、引水工程、地表提水工程、地下提水工程、输水工程、水处理工程等。在需水调控方面，相应有节水工程等布局。地表水地下水再生水系统网络图：水源与分区分类型用户之间，通过各种供水工程相联系。按照供水工程、概化用户在流域水系上和自然地理上的拓扑关系，把水源与用户连接起来，形成系统网络图。系统网络图是对真实系统的抽象概化，由概化元素构成。概化元素包括计算单元、水利工程、分汇水节点、以及各种输水通道等。概化用户计算单元是划分的最小一级计算分区，是各类资料收集整理的基本单元，也是水资源利用的主体对象；在网络图上用长方形框表示，属于“面”元素。水利工程是网络图上标明的水库及引提水工程等。分汇水节点包括天然节点和人为设置的节点两类，前者是重要河流的交汇点或分水点，后者主要是对水量水质有特殊要求或希望掌握的控制断面，在网络图上属于“点”元素。输水通道是对不同类别输水途径的概化，包括河流水系，水利工程到计算单元的供水传递关系，计算单元退水的传递关系、水利工程之间或计算单元之间的联系等，在网络图上属于“线”元素。以概化后的点、线、面元素为基础，构筑天然和人工用水循环系统，动态模拟逐时段多水源向多用户的供水量、耗水量、损失量、排水量及蓄变量过程，实现真实水资源系统的仿真模拟。当地地表水：河流、湖泊。当地地下水：地下含水层。调水：从研究区域外通过工程措施调入本区域的水量。4.3.2基于模拟的可供水量计算区域中的各项供水工程组成一个体系，共同为用户供水，彼此既相互联系，又相互影响。基于模拟的可供水量计算方法，是以概化的系统网络图为基础，以事先拟定的各种调配规则为依据，按一定次序，对各水源、各计算单元进行各水利工程调节计算的方法。统筹兼顾各分区各种类型的用水需求、合理安排各种水源各类工程的供水策略，有利于系统内的供需平衡。地表水地下水区域水资源一般性的调配规则主要有：（1）计算程序可供水量计算程序为：先支流后干流，自上游到下游，逐计算单元计算。每一计算单元的计算遵循水量平衡的原则。（2）供水次序－对计算单元，谁先供？先用自流水，后用蓄水和提水；先用地表水，后用地下水；先用本流域的水（包括过境水），后用外流域调水；水质优的水用于生活等用户，其它水用于水质要求较低的农业或部分工业用户。（3）用水次序－对供来的水，谁先用？先尽量满足生活需水，再依此是河道内最小生态需水、工业和第三产业需水、农业需水、河道外生态需水等。地下水计算单元内部分配，包括对当地地表水及地下水等水源的分配：这类水源原则上只对所在计算单元内部各类用户进行供水，不跨单元利用。一个水源对多个单元间联合分配，包括大型水库、外流域调水、处理后污水等水源或水量的分配与传递：这类水源可为多个计算单元所使用，其水量的传递和利用关系由系统网络图传输线路确定。如一条河流上有上下两个计算单元，可以应用“分散余缺”方式进行计算等。后者也是系统模拟的重点和难点。（4）各类水源之间、计算单元之间相互关系4.3.3基于优化的可供水量计算问题分析：根据分区原则把区域划分为J个分区，根据用水性质把用水部门分为K个用水类型，根据水源特点把区域水源划分成I个供水水源点。不同季节各种水源的水资源量会有所变化，各用水部门（特别是农业用水）对水的需求会有所增减，为此，把计算域按一定时间尺度划分成T个时段。由此可见，对特定年份，对整个区域而言是一个拥有I*J*K*T个决策变量的水资源系统优化问题。根据可供水量的涵义，供水系统优化是解决水资源的短缺问题。为了更好地满足生活、工农业生产以及生态等的需求，确定模型的目标为区域供水系统相对总缺水量最小。模型形式为：为区域在第j分区第k用水部门第t时段的需水量；为区域第i供水水源给第j分区第k用水部门第时段的供水量；为第j分区第k用水部门相对其他用水部门优先得到供给水资源的重要程度系数。

（1）可供水量约束（2）需水量约束（3）供水能力约束（4）工程运行可行域约束（5）变量非负约束

决策变量可分为三类：反映需水结构调控方案的变量。如各区域各部门的发展规模，节约用水方案，生态需水调控方案等。隐含在模型的需水变量中起作用；反映供水结构调控方案的变量。如水利工程的布局、规模及建设次序等。隐含在模型中的水利工程运行约束域中起作用；反映运行管理策略方案的变量。如水量宏观调配、工程运行策略的变量。以不同水源向不同用户的供水量反映。4.4区域水资源供需分析方法水平年系列法典型年法4.4.1水平年区域水资源供需分析：掌握未来一段时期区域需水能够满足的程度。通常我们并不针对未来每一年去分析，而是选择几个代表年去分析，通过对代表年的分析，基本掌握区域水资源供给与需求的态势。选择出的代表年，要能够反映区域发展不同阶段社会经济达到的水平、相应的需水水平和水资源开发利用水平，所以通常称其为水平年。现状年需水量一般来说，需要研究三个阶段的供需情况，即现状情况、近期情况、远期情况，也即三个水平年的供需情况。现状水平年又称基准年，是指现状供需情况，以已过去的某一年为代表来分析。近期水平年为从基准年以后的5-10年。远期水平年一般为从基准年以后的15-20年。供水的目的是为了促进区域社会经济的持续发展，从而供需分析的水平年应尽可能与区域国民经济和社会发展规划的水平年相一致。2008202020304.4.2系列法对于给定的水平年：（1）预测区域内各分区各部门的需水量。（2）综合考虑区域内水资源条件、需水要求、经济实力、技术水平等因素，作出水平年水利工程建设的初步安排。（3）根据预测的需水量和相应的水利工程安排情况，按照可供水量计算方法，作水资源长系列的逐年分析计算，以掌握未来不同来水条件下区域水资源供需状态。现状年需水量分析农业需水量系列一般来说，区域内各概化用户要求的供水保证率是不同的。生活、工业用户的保证率高，农业用户的保证率可低一些等。在计算中要予以考虑。通过对长系列调节计算结果的统计分析，可得到不同来水频率下的各分区各部门的余缺水量。水平年2030远期2008现状2020近期195019511952....2005长系列供需分析计算结果分析计算结果分析工程安排远期工程现状工程近期工程4.4.3典型年法按历史长系列逐年进行分析计算，往往分析计算工作量大，而且在系列资料缺乏时，这种分析计算还难以进行。水平年2030远期2008现状2020近期平水年枯水年特枯年典型年供需分析计算结果分析计算结果分析工程安排远期工程现状工程近期工程典型年选择：用典型年来分析区域水资源的供需情况，必须要求所选典型年具有比较好的代表性。典型年频率：平水年频率50％枯水年频率75％特枯水年频率90％或95％在进行区域水资源供需分析时：北方干旱缺水地区一般要分析50％和75％两种情况；南方湿润富水地区一般要分析50％

、75％和（或）95％三种情况。典型年年总水量：一般地，选择典型年所依据的系列有以下几种：全年天然径流系列全年降雨量系列主要农作物灌溉期的天然径流系列主要农作物灌溉期的降雨量系列等等（区域典型年，反映区域整体情况）典型年时空分配：①用实际典型年份时空分配为模式。这种方法直观，易被人们所接受，但地区内降雨、径流的时空分配受所选择实际典型年所支配，有一定的偶然性。②组合频率法，这种方法从区域内各分区地理条件和实际供需情况出发，使主要控制分区来水与整个区域同频率，其余分区来水与整个区域相应。AB4.5.区域水资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资源一次供需分析，就是在区域现状供水能力与外延式增长的用水需求间所进行的供需分析。在水资源需求方面，考虑不同水平年人口的自然增长、经济结构不因水的因素而变化、人民生活水平外延式提高，预测不同水平年各分区各部门需水量。在水资源供给方面，在不考虑新增供水投资来增加供水量的前提下，考虑生态环境要求进行区域可供水量调节计算。地表水现状年需水量现状年供水量水资源一次供需分析本身不是目的，而是希望通过一次供需分析来了解和明晰现状供水能力与外延式用水需求条件下的水资源供需缺口。水资源一次供需分析的缺口为水资源的开源、节流和污水处理回用安排提供了基础。现状年需水量如对当地水资源进一步挖潜，包括地表水和地下水的进一步开发、污水处理回用等提高区域供水能力；通过提高水价、节水措施、量化管理等抑制用水需求增长；使缺口的上下包线同时向内收缩，以解决或缓解水资源供需矛盾。水资源一次供需分析主要回答三个问题：一是确定在无新的供水工程投资条件下，未来不同阶段的供水能力和可供水量；二是确定在无直接节水工程投资条件下，未来不同阶段的水资源需求自然增长量；三是确定现状开发状态下，未来不同阶段的水资源供需缺口，为确定节水、治污和挖潜等措施提供依据。现状年需水量4.5.2二次供需分析水资源二次供需分析，主要是在一次供需分析的基础上：在水资源需求方面通过节流等各项措施控制用水需求的增长态势，预测不同水平年需水量；在水资源供给方面通过当地水资源开源等措施充分挖掘供水潜力，给出不同水平年供水工程的安排；通过调节计算，分析不同水平年供需态势。地表水地下水节水开源在二次供需分析时，要进行供给与需求两个方面调控的多种方案分析计算，从中选择最好的方案。通过供给与需求两方面的调控，如果二次供需分析不存在缺口，则实现了区域水资源的供需平衡。如果还存在缺口，在抑制需求和增加供给共同作用下，一次供需分析的缺口将有较大幅度的下降。二次分析的供需缺口，实质上是在充分发挥当地水资源承载力条件下仍不能满足用水需求的缺口。在有外调水条件的地区，可以考虑实施外调水予以解决。地表水地下水节水开源缺水量越小越好总费用越小越好4.5.3三次供需分析水资源三次供需分析，是在二次供需分析的基础上：进一步考虑跨流域调水解决当地缺水问题，将当地水与外调水作为一个统一整体进行调配。将二次分析的供需缺口作为需水项，以不同调水规模的方案作为新增供水项参加水资源供需平衡。通过不同方案的对比和分析，为确定调水工程规模提供依据。地表水地下水节水开源调水工程一次供需分析是初步了解供需情况，并不要求供需平衡和提出实现平衡的方案计划。若一次供需分析有缺口，则在此基础上进行二次供需分析，即考虑进一步新建工程、强化节水、治污与污水处理再利用等工程措施，以及合理提高水价、调整产业结构、抑制需求的不合理增长和改善生态环境等措施进行水资源供需分析。二次供需分析则要求努力平衡和提出实现平衡的方案计划。若二次供需分析仍有较大缺口，应进一步加大调整产业布局和结构的力度，当具有跨流域调水可能时，应增加外流域调水并进行三次水资源供需分析。4.5.4供需平衡宏观控制进行区域水资源供需分析最终目的，是要提出本区域在不同发展时期水的长期供给的措施、方案和计划，其中的核心问题是要宏观控制住水资源的供需平衡。①选取的计算水平年要与国民经济发展总目标协调一致。②为严重缺水区作出补水布局安排。区域内水资源供需缺口较大的地区是缺水地区，必须要通盘规划之后，统筹考虑作出合理补水布局安排，才可能保证实现地区之间的水资源供需的大致平衡。③进行河道外用水和河道内用水的协调平衡。④用某一来水频率的典型年来控制水资源的供需平衡。水资源的供需平衡是一种相对的平衡，具有一定的保证率概念。在某一保证率它平衡了，而在另一保证率时，又可能出现不平衡。一个区域究竟选择那一种保证率控制水资源的供需平衡，是个复杂的问题，严格来说应通过经济效益等方面的论证来确定。一般，在水资源匮乏的地区，为了充分利用平水年份的水资源，选择的保证率可以低些；相反，在水资源充沛、供水工程投资较低的地区，选择的保证率可适当的提高。设75％为保证率频率元5区域水资源优化配置基于经济效益的水资源优化配置基于宏观经济的水资源优化配置基于可持续发展的水资源优化配置问题提出：一个区域的水资源是有限的，当这种有限性使区域水资源成为稀缺性的资源时，各种用户的水需求之间就具有了竞争性，就会面临把有限的水资源如何分配给各用户的问题。水资源供需分析是进行不同水平年水资源在各用户间分配的方法之一。它主要根据用户重要性的不同，从尽量满足供给与需求之间的平衡角度出发，进行水资源在各用户之间的分配。很显然，它没有直接考虑水资源分配的效益问题。（基于水量、基于计划）水资源优化配置就是从效益最大化角度出发进行水资源分配的方法。

5.1基于经济效益的水资源优化配置一般描述数学模型一个例子

基于经济效益的水资源配置模型，是按照经济效益最大化来进行水资源分配的。

主要解决下列问题：确定各用户的发展规模，如农业的灌溉面积等；确定主要水利工程的规模，如水库、渠道等的物理尺寸；确定最优分水策略。X1为反映各用户发展规模的变量；X2为反映水利工程安排的变量；X3为反映供水运行策略的变量。f代表的是效益函数的具体形式。max地下水5.1.1一般描述设有n个水源（水利）工程，其经济寿命为T年。系统总体净效益可表示为：Bj，第j个工程毛效益；Mj，运行维护费用；Kj，工程建设总投资，系折算到工程开始发挥效益的年份。maxs.t.地下水5.1.2数学模型例，以某一流域为例来说明模型的建立和求解。水源分析：一条河流计算单元：灌溉与发电河流上端第一个水库B，它的有效库容以Y表示，为一未知设计变量。它在雨季蓄水Y，而在旱季泄放Y。设年总的引水量为I，它是第二个未知的设计变量。根据灌区降雨特点，灌区的灌溉制度要求年总引水量在雨季与旱季的水量分配比为42.5%及57.5%。灌溉水回归系数雨季为35.3%，旱季为78.2%。河流下端布置一水库，其有效库容为Z，是第三个设计变量。水库下游布置一径流式电站，设年发电量为E，是第四个设计变量。问题：确定水库的库容、灌溉引水量及电站的发电量，在满足相关约束条件限制下，使系统获得最大可能的净效益。用50%典型年代表水资源条件。把一年分为两季，即雨季和旱季；上排数值表示雨季的河流平均径流量；下排数值表示旱季的河流平均径流量。第一组约束是简单的要求四个设计变量均为非负。第二组约束是要求系统各河段的径流量必须为非负。从图中可得下列四个约束条件。

第三组约束是系统要求年发电量为两季各半。根据自然条件，水电站的平均水头为47.76m，设出力系数为8.8，则水电站季生产电能为E为生产的电能，以亿kw·h表示；F表示通过水轮机的水量。由此可写出发电方面的两个约束条件如下：目标函数是使系统发电与灌溉的净效益现值尽可能地最大，表达式为：

是净效益的现时折算值（以万元为单位表示）；B1为每年发电的净收入现值；B2为每年灌溉供水的净收入现值；K1为B库建设投资；K2为C库建设投资；K3为电站建设投资；K4为灌溉系统的建设投资。投资费用的函数表达式：

由于条件限制，使仅有37亿m3的水量能自流灌溉。自流引水工程的建设费用为基数4500万元，加上每亿m3灌溉引水量另须3567万元。当灌溉需水超过37亿m3时，就需另建一抽水站。抽水站的建设费用基数为500万元，加上每亿m3抽水量另须5189万元。如果把灌溉水量分成两部分，I1以表示自流引水，I2表示抽水灌溉，则灌溉工程的总投资费用函数可用下式表示：

为符号函数

系统净收入计算：第一步把年毛收入表达为开发规模的函数；第二步把年运行维护费用同样地表达为开发规模的函数；第三步把年毛收入减去年运行维护费用，即为年净收入；第四步应用现值因子计算年净收入的现时折算值。假设建筑物的设计年限寿命为50年，贴现率为25%，则现值因子为28.4。即在此情况下，50年中每年1元之现值和为28.40元。发电:若每kw·h电价为0.09元，则年毛收入为900E万元。取年运行维护费用为20E万元，则发电年净收入为880E万元。电能生产的现值为:灌溉净效益的现值：s.t.5.2基于宏观经济的水资源优化配置国民经济各部门划分投入产出模型宏观经济优化模型在供需分析中，以经济效益最大。这合适吗？似乎是行的。但没有考虑某个用户生产太多是不是需要的情况。基于宏观经济的水资源优化配置就是解决这一问题的。产品特点8部门15部门a．初级产业1．农业1．农业2．采掘业2．采掘业b．制造业3．轻加工业3．食品制造业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11．机械工业c．社会基础设施5．电力工业12．电力、蒸汽、热水生产和供应业6．建筑业13．建筑业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．服务业5.2.1国民经济各部门划分投入产出总产出中间使用最终使用12……n合计消费积累合计家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合计τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入劳动者收入V1V2…

VnDⅣ折旧D1D2…

DnV利润和税金Z1Z2IIIZnZ合计N1N2…

NnN总投入

X1X2…

XnX

5.2.2投入产出模型行：产品的去向（毛收入）列：生产的花费（＋利润）投入产出总产出中间使用最终使用12……n合计消费积累合计家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合计τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入劳动者收入V1V2…

VnDⅣ折旧D1D2…

DnV利润和税金Z1Z2IIIZnZ合计N1N2…

NnN总投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入产出模型如果经济系统处于平衡状态，那么，应满足如下的关系：①从左到右，中间产品＋最终产品＝总产品②从上到下，中间投入＋最初投入＝总投入③从总量看：第i产品部门总投入＝第i产品部门总产出投入产出总产出中间使用最终使用12……n合计消费积累合计家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnYnXn合计τ1τ2…

τnτChCsFfFsYX最初投入劳动者收入V1V2…

VnD折旧D1D2…

DnV利润和税金Z1Z2IIIZnZ合计N1N2…

NnN总投入

X1X2…

XnX

5.3.2投入产出模型中间投入合计＝中间使用合计最初投入合计＝最终使用合计总投入＝总产出x11x12…

x1nY1X1x21x22…

x2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．xn1xn2…

xnnYnXn直接消耗系数生产一个单位的第j种产品所消耗的第i种产品的产品量或服务的价值量。

a11a12…

a1nY1X1a21a22…

a2nY2X2

．．．．．

．I．Ⅱ．

．．．．．an1an2…

annYnXn

消耗部门生产部门中间消耗最终需要总产量钢煤电钢（万t）204010130200煤（万t）10010200190500电（亿Kw.h）503020300400每一行表示一种产品的分配情况。以第二行为例，煤的年总产量是500万t。其中有：100万t用于炼钢10万t用于采煤（如煤矿的烧锅炉用煤）200万t用于发电190万t用于最终需要。最终需要指的是居民和社会团体的消费、库存和出口产品的总和。5.2.3实物型投入产出模型以钢、煤、电力三个生产部门为例

消耗部门生产部门中间消耗最终需要总产量钢煤电钢（万t）204010130200煤（万t）10010200190500电（亿Kw.h）503020300400每一列表示一种产品在生产过程中对各产品的消耗情况。以第二列为例，生产500万t煤需要消耗：40万t钢（如用于制造采煤设备等）10万t煤（如煤矿的烧锅炉用煤等）30亿Kw.h电（如采煤设备用电，矿井的通风排水用电等）

钢煤电钢20/200=0.1(万t/万t)40/500=0.08(万t/万t)10/400=0.025(万t/亿Kw.h)煤100/200=0.5(万t/万t)10/500=0.02(万t/万t)200/400=0.5(万t/亿Kw.h)电50/200=0.25(亿Kw.h/万t)30/500=0.06(亿Kw.h/万t)20/400=0.05(亿Kw.h/亿Kw.h)每一列的数字分别除以各产品的总产量，就得到消耗系数

消耗部门生产部门中间消耗最终需要总产量钢煤电钢（万t）204010130200煤（万t）10010200190500电（亿Kw.h）503020300400设第二年的钢、煤、电的最终需要量分别增加到180万t、240万t和350亿Kw.h。在消耗系数不变的情况下，按照生产与需求的平衡关系，即可列出方程组：消耗系数或技术系数，随着技术进步的的变化？5.2.4价值型投入产出模型假定某区域整个国民经济只有三个部门：A(农业)，B(工业)，C(其它)

投入产出中间产品最终产品总产品农业(A)工业(B)其它(C)小计积累消费小计中间投入农业(A)20050010080040080012002000工业(B)40020003002700800150023005000其它(C)200500070003003001000小计800300040042001200260038008000初始投入折旧20035050600

劳动报酬6006504001650社会纯收入40010001501550小计120020006003800总投入2000500010008000直接消耗系数在消耗系数不变的情况下，按照生产与需求的平衡关系，即可列出方程组：消耗系数或技术系数，随着技术进步的的变化？5.2.5考虑调出与调入情况投入产出总产出中间使用最终使用调出调入合计12…n合计消费积累家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合计τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入调入m1m2

…mnm考虑调出，在最终使用后增加一列。折旧D1D2…

DnD劳动者收入V1V2…

VnV利润和税金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合计N1N2…

NnN总投入X1X2…

XnX投入产出总产出中间使用区域最终使用调出调入合计12…n合计消费积累家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合计τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入调入m1m2

…mnm竞争型调入：即区域内有相应商品；作为对最终使用的贡献，单列一列，从最终使用中扣除。折旧D1D2…

DnD劳动者收入V1V2…

VnV利润和税金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合计N1N2…

NnN总投入X1X2…

XnX投入产出总产出中间使用最终使用调出调入合计12…n合计消费积累家庭社会固定流动中间投入1x11x12…

x1nμ1Ch1Cs1Ff1Fs1E1M1Y1X12x21x22…

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

xnnμnChnCsnFfnFsnEnMnYnXn合计τ1τ2…τnτChCsFfFsEMYX最初投入调入m1m2

…mnm非竞争型调入：即区域内没有相应商品，但在生产中又需要；作为投入项，在中间投入下面加一行。

折旧D1D2…

DnD劳动者收入V1V2…

VnV利润和税金Z1Z2Ⅲ

ZnZ合计N1N2…

NnN总投入X1X2…

XnX5.2.6宏观经济优化模型衡量经济的总体发展水平和相应的结构特征，一般采用国内生产总值指标。最终产品按市场价格计算的所得即为国内生产总值。总投入中包括了两部分，一部分为外购货物及服务，即中间投入；另一部分为初始投入，也是生产活动中新产生的价值，称为增加值，增加值包括折旧、工资和利税三项。各部门增加值之和，在数量上和国内生产总值是相等的。

=maxGDP=s.t.5.2.7基于宏观经济的水资源优化配置模型

=GDP=maxs.t.静态宏观经济模型动态宏观经济模型上述宏观经济模型仅考虑了某一时段内各经济部门的投入产出关系，而未考虑:“总产值--GDP--投资--固定资产--新的总产值”这一扩大再生产过程，因而还要研究扩大再生产过程中年度间的积累与消费的关系。在进行区域宏观经济总量研究时，通常采用如下形式的生产函数：式中：a>0为全要素生产率；0<a<1为常数；L为劳务工时；K为固定资产存量。在一定时期和一定的技术进步条件下，

K与L的投入通常成一固定比率，即K/L=ß,为常数，有：

称为资本产出率。在考虑动态的扩大再生产过程时，第t年的生产函数为固定资产形成方程：上式的意义为期末固定资产存量等于期初固定资产存量减去本年折旧并加上本年新增固定资产。新增固定资产是由投资形成的。由于不同经济部门从投资到形成固定资产的时间和比例均不相同，即使同一部门内因产品工艺和规模的差异也使得固定资产形成的规律不同，因此本年度形成的固定资产是当年、上一年、上两年……的投资的累计结果，即式中：为各年投资形成当年固定资产的比率

上式中各年的投资来源于两个方面：区域内经济的资金积累和外来投资。区域内经济的积累为最终产出（需求）的一部分，最终产出为总产出的一部分，因而可用一比例系数与总产值X相联系；外来投资包括区外、中央政府和国外三部分，通常作为外生变量在模型中给出一范围。据此，有如下投资方程：式中：为积累率；H为外决策变量，代表外来投资。动态宏观经济模型

s．t．max

最为简单的概念模型：追求GDP最大的目标函数；部门间的投入产出约束及最终需求约束，最终需求中各项均有其结构性约束；水资源可利用量约束，第t年可利用的水资源量；年度间的扩大再生产约束。配置的目标配置的原则配置的手段配置的模型5.3面向可持续发展的水资源优化配置

水资源优化配置要实现的效益最大化，是从社会、经济、生态三个方面来衡量的，是综合效益的最大化。社会和谐经济持续发展生态系统的良性循环总体上达到既能促进社会经济不断发展，又能维护良好生态环境的目标。

5.3.1目标在可持续发展层次，保持人与自然的和谐关系。

人类为了发展社会经济，必需利用一部分水资源；而为了人类自身的存在，又必需维护适宜的生存环境。因此，必须研究如何与自然环境合理地分享水资源。兼顾当前与长远，在社会经济发展与生态环境保护两类目标间进行权衡，进行社会经济用水与生态环境用水的合理分配，力争使长期发展的社会净福利达到最大。在社会经济发展层次，兼顾社会公平与经济效益。

人类为了发展经济，必需利用水资源；而经济发展，又必需有和谐的社会环境。因此，进行水资源合理配置时必须统筹考虑公平与效益问题。兼顾局部与全局，在社会公平与经济效益两类目标间进行权衡，进行区域水资源在各类用户之间的合理分配，保障社会和谐与经济快速发展。在需求侧：生态功能定位的合理性？生产力布局和产业结构调整的可能性？采取节水等措施的可行性？提高水资源利用效率，抑制需求过度增长。在供给侧：统筹安排降水、当地地表水、当地地下水、中水、外调水的联合利用。增加水资源可供水量。供水系统调控因素给出用水需求和用水次序安排。给出可供水量和供水次序安排。用水系统

（1）公平性原则考虑不同区域间和社会各阶层间的各方利益进行水资源的科学分配，实现不同区域（上下游、左右岸）之间的协调发展，以及资源利用效益在同一区域内社会各阶层中公平分配。（2）高效性原则高效性原则，主要是指水资源的高效利用，取得环境、经济和社会协调发展的最佳综合效益。（3）可持续原则水资源是一种再生资源，具有时空分布不均和对人类利害并存的特点。对它的开发利用要有一定限度，必须保持在它的承载能力之内，以维持自然生态系统的更新能力和可持续地利用。5.3.2原则面向可持续发展的水资源优化配置，就是要对社会经济用水和生态用水进行权衡。①立足于对人类与自然的辨证关系的认识，要充分肯定社会经济和生态环境均是水资源的承载对象，人类既不能也无权剥夺自然生态系统演化发展的需水权利；水资源的环境功能既是水资源本身的属性，也是人类社会赖以生存的客观条件之一。②从人类生存和发展的自身目的思考，生态环境用水与社会经济用水在功能目标上实际并无冲突，而是具有相辅相成、互相增益的关系。

5.3.3配置模型考虑三个方面的目标函数：①考虑公平性，各分区各部门缺水量最小；②考虑高效性，区域供水净效益最大；③考虑可持续发展，区域COD排放量之和最小。工程手段时间调配工程：包括水库、湖泊、塘坝、地下水等蓄水工程，用于调整水资源的时程分布。空间调配工程：包括河道、渠道、运河，管道、泵站等输水、引水、提水、扬水和调水工程，用于改变水资源的地域分布。质量调配工程：包括自来水厂、污水处理厂、海水淡化等水处理工程，用于调整水资源的质量。5.3.4

配置手段科技手段建立水资源实时监控系统，准确及时地掌握各水源单元和用水单元的的水信息。科学分析用水需求，加强需水管理。采用优化技术进行分析计算，提高水资源规划与调度的现代化水平。

行政手段（政府调控）利用行政管理职能，直接通过行政措施进行水资源配置，调配生活、生产和生态用水，调节地区、部门等各用水单位的用水关系，实现水资源的统一优化管理调度。经济手段（市场调控）按照市场经济要求，建立合理的水价形成机制，使水的利用方向从低效益的经济领域向高效益的经济领域，水的利用模式从粗放型向节约型转变，提高水的利用效率。面向可持续发展的水资源优化配置是指：根据特定区域或流域的自然和社会经济条件，以公平、高效和可持续发展为原则，采用科学的技术方法和先进的管理体制，通过合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等方面的工程与非工程措施，对有限的、不同形式的水资源在区域间和各用水部门间进行合理的分配，以期实现水资源可持续利用、保障社会经济可持续发展和生态环境良性循环。

5.4水资源合理配置模式(1)“以需定供”的水资源配置以过去或目前的国民经济结构和发展速度资料预测未来的经济规模，通过该经济规模预测相应的需水量，并以此得到的需求水量进行供水工程规划。其结果必然带来不利影响，诸如河道断流，土地荒漠化甚至沙漠化，地面沉降，海水倒灌，土地盐碱化，等等。造成社会性的水资源浪费。(2)“以供定需”的水资源配置“以供定需”的水资源配置，是以水资源的供给可能性进行生产力布局，强调资源的合理开发利用，以资源背景布置产业结构。但是，水资源的开发利用水平与区域经济发展阶段和发展模式密切相关，水资源可供水量是随经济发展相依托的一个动态变化量，“以供定需”在可供水量分析时与地区经济发展相分离，没有实现资源开发与经济发展的动态协调。(3)基于经济的水资源配置基于宏观经济的水资源优化配置，通过投入产出分析，从区域经济结构和发展规模分析入手，将水资源优化配置纳入宏观经济系统，以实现区域经济和资源利用的协调发展。维护天然植被所需要的水量森林、草地、湿地植被、荒漠植被等水土保持及水保范围之外的林草植被建设所需要的水量绿洲、生态防护林等保护水生生物所需要的水量维持湖泊、河流中鱼类、浮游植物等生存的用水1.1生态需水改善用水水质所需要的水量

保证河流枯水期的最小流量；对于湖泊，主要是加强受污染水体的水量交换，提高水体自净能力，以达到湖泊功能要求和水质标准协调生态环境

为维持水沙平衡、水盐平衡及维护河口地区生态环境，需要保持一定的下泄水量或入海水量回补地下水

为遏制超采地下水所引起的地质环境问题，需要一定的回灌用水美化环境与休闲旅游需水

城市净化、绿化及公园湖泊等用水，游泳、划船、垂钓等1.2环境需水生态需水和环境需水之间存在交叉重合部分，无法完全区分开来，故在研究过程中将其统称为生态需水量2.生态用水现状

初级自发阶段平衡利用阶段掠夺开发阶段

协调发展阶段

城市和工业用水挤占农业用水，农业用水挤占生态环境用水

2.1生态用水现状

北方一些河流由于上中游过度用水，造成下游河湖干涸，不仅影响下游地区社会经济的发展，而且还使这些地区的地下水严重超采，造成地面沉降、海水入侵等地质灾害。干旱地区的内陆河，下游河湖干涸不但使当地人民失去生存条件，而且由于下游生态系统的衰亡，造成沙漠扩大，危及区域生态安全。水土流失目前水土流失面积356万平方公里，占国土面积37％，每年流失的土壤总量达50亿吨。严重的水土流失，导致土地退化、草场沙化、生态恶化，造成河道、湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害。水污染水资源短缺与环境污染又加剧了区域(或流域)生态环境的恶化

《长江保护与发展报告2007》

长江干流水质总体良好，但局部污染严重，整体呈恶化趋势。长江干流存在岸边污染带累计达600多公里，岷江、沱江、湘江、黄浦江等支流污染严重，超过40%的省界断面水体劣于Ⅲ类水标准，90%以上的湖泊呈不同程度的富营养化状态。

长江生态系统也在不断退化，长江物种减少。国宝白稽豚难觅踪迹，长江鲥鱼不见多年，中华鲟、白鲟数量急剧减少。长江流域天然捕捞产量从1954年42.7万吨下降到90年代的10万吨左右。--《长江保护与发展报告2007》4万多座水坝、成千上万的水闸和堤垸，使长江即将变成一条"渠道化"的河流。这不仅导致许多河段干枯、生物多样性丧失

我国经济发展现走进高投入、高消耗、高排放、不协调、难循环、低产出、低效益怪圈。如此资源成本造成长江上游严重水土流失，中游生态脆弱，下游污染惊人。--《保护长江万里行，落实科学发展观》(1)根据1300条河流3200多个监测断面的水质资料，对13万公里河流水质进行了评价，全年符合和优于Ⅲ类水的河长占总评价河长的59.4%。(2)在评价的50个湖泊中，水质符合和优于Ⅲ类水的湖泊有18个，部分水体受到污染的13个，水污染严重的19个。对49个湖泊的营养状态进行评价，17个湖泊处于中营养状态，32个湖泊处于富营养状态。(3)在评价的322座水库中，水质未达到Ⅲ类水的水库有57座，占评价水库总数的17.7%，其中水质为劣Ⅴ类水的水库有14座。对238座水库的营养状态进行评价，三分之二的水库处于中营养状态，三分之一的水库处于富营养状态。《我们共同的未来》（1987年）《21世纪议程》（1992年）1991年东柏林会议21世纪水资源管理强调水资源、生态系统和人类社会的相互协调，重视生态环境和水资源的内在关系，并将此作为水资源管理的基础。

2.1生态用水现状

2.2生态用水现状

20世纪70年代以来，法国、澳大利亚、南非等国都开展了许多关于鱼类生长繁殖与河流流量关系等方面的研究20世纪90年代后的研究，不仅研究维持河道的流量，而且还考虑了河流流量在纵向上、横向上的连接近年来我国提出了生态环境建设，其含义应当是：一切旨在保护、修复和改善生态环境行动的总称。2.2生态用水现状

水生态保护

塔里木河应急输水成功

2000年5月－2003年7月，5次向塔里木河下游应急输水，博斯腾湖累计输出22.2亿m3，大西海子水库下泄13.7亿m3，重现台特玛湖。

结束了塔里木河下游300多km河道近30年的断流

历史；挽救了濒临消亡

的沙漠植被。台特马湖已形成的水面扎龙湿地应急补水

2001年－2003年，累计从嫩江向扎龙湿地应急补水6.5亿m3，有效缓解了湿地缺水状况。恢复湿地核心区达650平方米以上，占总面积的93%，丹顶鹤总数超过了400只。扎龙应急补水扎龙湿地的丹顶鹤南四湖应急生态补水

2002年，南四湖发生八十年代以来最为严重的干旱，生态环境受到严重破坏。国家防总、水利部实施从长江向南四湖应急生态补水。02年12月8日-03年3月4日，累计调入水量1.15亿m3，维持了湖区最低生态用水要求。

济南群泉复涌

通过统一调度和优化配置水资源、科学回补地下水、封闭自备井、节约用水，济南市地下水位明显回升。2001年9月17日，沉寂长达926天之久的济南趵突泉复涌，市区内100多处泉水复活。

趵突泉黑虎泉“引江济太”试验工程

2002年1月30日，试验工程正式启动。2002-2003年累计从长江引水40.0亿m3，入太湖20.0亿m3，加速水体循环，增强自净能力，改

善水质和水环境。

2007年5月，引长江水1.9亿m3，改善太湖水质。生态需水的水量过程

空间性

水资源的分布具有立体空间性区域地理位置、气候和植物类型的不同，也决定了生态环境需水的不同

时间性

生态环境系统是随着时间的变化而发展、演替河流系统生态环境需水量存在年际和季节性变化

阈值性

生态环境需水都存在一个上下限生态需水年内和年际变化示意图河道内水量和生物生理响应关系示意图徐志侠.河道与湖泊生态需水研究，2003年3.生态需水计算

3.1生态需水量计算

国内外计算研究的角度水文学水力学鱼类栖息地等《全国水资源综合规划细则》（2002年）河道内生态环境需水量河道外生态环境需水量代表方法河道内生态需水

湿周法基于满足临界区域水生物栖息地的思想提出来的分项计算方法生态基流

输沙需水量水生生物需水量1.维持河道一定功能的需水量计算方法Tennant法将全年分为两个计算时段，根据多年平均流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系

河口冲沙需水量

保持河口泥沙冲淤平衡所需要水量防潮压咸水量

避免咸潮上溯对河口地区生态环境和生活生产用水带来不利影响所需要的水量河口生物需水量

为了保持河口良好的水生生物及其栖息地所需要的水量2.河口生态环境需水量水资源供需分析的概念水资源系统单项工程可供水量水利系统可供水量水资源供需平衡分析水资源供需分析水资源供需分析

指在一定区域、一定时段内，对某一水平年和某一代表年的各部门供水量和需水量进行平衡分析

水资源供需分析内容划分平衡区和计算单元摸清水资源开发利用现状和存在的问题进行不同水平年、不同保证率水资源供需水量预测分析水资源余缺程度，提出合理利用水资源及解决供需矛盾的对策水资源供需分析供需平衡的概念供水工程和水源分类水资源系统当地水当地地表水当地地下水再生水外来水蓄水工程引水工程提水工程调水工程中水回用可供水量的定义

在不同的来水频率或保证频率下，为满足不同水平年的需水要求，工程设施可提供的水量

可供水量的影响因素来水条件来水的大小及来水年内分配用水条件不同的用水特性及合理用水、节约用水情况水质条件不同的水源、泥沙和污染程度工程条件

现有工程设施的能力及调节运用方式的变化

可供水量的定义和影响因素蓄水工程

年调节水库

多年调节水库

中小型水库引水工程提水工程单项工程可供水量年调节水库水库具有调节能力，可以根据需水对天然径流再分配资料允许情况下，根据水库来水、用水及水库有效蓄水量逐时段调节计算不同的调节模式，有不同的结果多年调节水库

蓄水工程可供水量已知：（1）表中水量单位为万立米（2）假设水库始、末水位均为死水位（3）水库调节库容为200万立米蓄水工程可供水量例1求解：水库各时段可供水量蓄水工程供水模式有水就用模式过程相似模式相对缺水率最小模式

需水约束水量平衡约束有效蓄水量约束多用户重要性例1计算结果蓄水工程可供水量问题：若调节库容为100万立米，计算结果如何？过程相似供水（V调节＝100）水库蓄水量过程模式2：

V调节＝200模式3：

V调节＝100蓄水工程供水模式中型水库

水量利用系数法：利用

α～β关系进行推求小型水库

复蓄指数法蓄水工程可供水量大、中型引水工程河道无调节能力约束条件渠道过水能力下游河道流量要求用户的用水要求小型引水工程

供水系数法引水工程可供水量从河道提水河道来水情况下游河道流水要求提水设备能力

从湖泊、大江、大河中提水

提水量不太大时，基本不考虑需水限制提取地下水

应以不致造成不良后果为前提提水工程可供水量例2引提水工程可供水量已知:(1)表中单位为m3/s(2)用水户为单用户情形

(3)渠道过水能力为70m3/s，下游流量要求为60m3/s求解：各时段可供水量例2计算结果引提水工程可供水量问题：如果用水户为多用户情形，如何分配水量？例3引提水工程可供水量1.不考虑下游流量要求2.考虑下游流量要求多用户供水模式属地优先权模式先满足上游需水，再考虑下游用户均衡受益模式考虑初始水权考虑用户重要性不同水资源系统概化水资源分区供水工程和水源用户概化网络图供水次序可供水量计算水利系统可供水量水资源分区和计算单元按行政区划便于资料收集按流域水系