水资源管理的设计与优化研究

水文学与水资源管理的研究与应用

随着人口的不断增长，水资源问题变得越来越严峻。水文学是研究地球上水文循环规律及水文学原理的学科，而水资源管理则关注如何合理、科学地利用水资源。水文学与水资源管理之间有着密切的关联，二者相互促进，共同为解决水资源问题做出了重要贡献。

一、水文学的研究

水文循环是指水在地球上不断运动的过程，包括降水、蒸发、融雪、地下水、河流及湖泊、海洋等环节。水文学的研究对象正是这一过程。水文学研究包括水文测量、水文情报和水文模型。

水文测量是指采取特定方法测量大气、地表和地下水的流量、水位、水质和自然径流等，以获取水文数据，对水文循环的规律进行研究。水文数据可用于水资源管理、水文预报和水文评价等方面。水文测量技术主要包括测流技术、水位技术、水质监测等。

水文情报是根据水文测量数据分析产生的信息。统计、分析水文测量数据，形成水文预报、水文分析、水文监测等水文情报，为水资源管理提供科学依据。

水文模型是将水文循环的自然过程理论化、数学化，再加上统计方法和计算机技术，建立数学模型进行仿真和预报的科学方法。水文模型广泛用于洪水预报、水文预测、水资源评价等研究领域。水文模型有分布式水文模型、流域水文模型、水文预报模型等。

二、水资源管理应用

水资源管理是指通过对水资源的调控、利用、开发和保护等手段，实现对水资源的优化配置，以满足人类生产生活需求，保护自然生态环境和维护可持续发展的水资源利用。

水资源管理中涉及的方面很多，如水资源调查与监测、水资源评估与规划、水资源保护与治理、水资源利用与配置、水生态保护与修复等。下面分别进行简单介绍：

1. 水资源调查与监测：通过水文测量技术和水文数据，对水资源进行调查、监测、评价和分析，及时掌握水资源的变化情况，为水资源的合理利用提供依据。

2. 水资源评估与规划：基于水资源总量、水资源利用现状、水资源调控措施等进行的系统分析，确定水资源的开发、利用规划制度，增加水资源利用效益，优化水资源管理。

第３７卷第６期　２　０　１　１年２月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏｌ＿３７　Ｎｏ．６　Ｆｅｂ．２０１１　・２１３・　文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）０６—０２ｔ３—０２　水资源优化配置研究　金友德曹金鑫　摘要：介绍了水资源优４１２￣Ｌ置的定义及分配方式，结合水资源分类及用途，建立水量分配模型，并对其具体应用加以阐　述，指出进行水资源优化配置时应在前期对水资源的开发利用进行中长期规划并考虑各方面影响因素。　关键词：水资源，优化配置，数学模型　中图分类号：ＴＶ２１３．４　文献标识码：Ａ　水资源的优化配置包括两个方面：宏观方面水资源的优化配　置以及微观方面水资源的优化配置。从宏观上看，从人类兴利除　弊，资源开发利用的可持续发展角度讲，就是要对洪涝灾害、水环　境恶化、干旱缺水等问题的解决实行综合治理、统筹规划以达到　社会经济的可持续和谐发展。从微观（以一个用水地区为单位）　上看，包含有三层含义：取水方面的优化配置、取水用水综合体系　的水资源优化配置、用水方面的优化配置。在有限的水资源的条　件下，对一定区域内水资源在工业、农业及城镇居民用水等方面　进行优化分配，以取得最大的社会效益和经济效益，是水资源在　宏观方面的横向优化分配。　１　水资源的优化配置　水资源优化配置是指在一个已知的特定流域或区域内，工程　与非工程措施并举，需要对有限的不同形式的水资源进行相对科　学合理的分配，使其实现水资源的可持续利用，最终保证社会经　济、生态环境、资源的协调发展。合理的资源分配方式是实现资　源优化配置的必要条件。比较不同水资源分配的方式有几个标　准：１）供给分配的灵活性；２）支付真正的机会成本；３）已有用水者　产权的安全性；４）公平性；５）资源分配的结果具有可预见性；６）行　政的可行性和持续性；７）有效性；８）政治和公众的可接受性。　水资源分配的方式主要有四种：边际成本定价、水市场分配、　公共（行政）手段分配、基于用水者分配。只有了解了每种分配方　式的潜在优点和缺点，才可能真正设计出符合本国国情、符合水　情的有效政策，从而实现我国水资源的优化配置和可持续发展。　２水量分配模型　根据开发和利用水资源分类：主要有消耗性用水和非消耗性　用水这两种基本形式。非消耗性用水是就水资源量的消耗而言　的，如养鱼、水力发电、航运、旅游漂流等，都是借用水体和水能来　进行开发和利用的，水资源总量基本无消耗或变化。　消耗性用水主要是指工、农业生产以及城乡人民的生活用　水、市政用水等。在来水量较少且要保证下游不断流缺水的情况　下，社会各部门如工业、农业、生态环境、城镇居民生活、市政等用　水受到水资源条件的限制。将使有限的水资源在社会各个行业　部门之间进行优化分配，以获得最大的社会效益、生态效益和经　济效益，是水资源宏观优化调配的目的。　根据以上叙述建立数学模型如下：　目标函数：Ｆ＝ｍａｘ∑∑ｃ　（ｆ）　（ｔ）。　ｉ＝１　＝１　约束条件：　≤Ｑ　（ｔ）。　‘；１　Ｊ＝１　（ｆ）≥Ｗｏ（ｔ）≥Ｗ　（ｔ）；ｉ＝ｌ，２，…，ｎ；　＝１，２，…，ｍ。　ＩＶ＂　（ｔ），　（ｆ），　（￡）＞１０；ｉ＝ｌ，２，…，ｒｔ；　＝１，２，…，ｍ。　其中，Ｆ为目标函数，表示获得最大的配水效益；ｉ为用水子　区的序数，ｉ＝１，２，…，ｎ，这里根据行政区用水子区如有４个区：即　ｎ＝４　为各区用水部门或行业序数，Ｊ＝１，２，…，ｍ，ｍ：５；ｔ为某一　时段（以旬计）；　，（ｔ）为第ｆ句第ｉ区　行业或部门配得的水量，　ｍ　；Ｗ　（ｔ）为第ｔ旬第ｉ区　行业或部门的最小需水量，ｍ３；Ｃ　（ｔ）为　第ｔ句第ｉ区　行业或部门的配水效益系数，　ｍ　；ｇｅ＇　（ｔ）为第ｔ　旬第ｉ区　行业或部门的最大需水量，ｒｎ　，取决于最大需用的水量　或受条件限制的最大供水量，两者取其较小值；Ｑ　（ｔ）为在第ｔ旬　全区可供给的水资源总量，ｍ　，用缺水情况评估递推公式逐个时　段顺序递推计算。考虑到在一个区域的社会和经济发展中，各个　行业或部门在区域内的地位有所不同，相应的供水就有轻重缓急　之分，必须优先保证某些重要部门或行业的用水需求。　３实例应用　洛南县位于陕西省东部，东西最长约８５　ｋｍ，南北最宽约　６４　ｋｍ，总土地面积为２　７９１　ｋｍ　。洛南县地跨黄河、长江两大流　域。以蟒岭为分水岭，北是黄河流域，面积为２　６９３　ｋｍ　，占全县面　积的９６．５％；南为长江流域，面积为９８．３　ｋｍ　，占全县面积的　３．５％。全县多年平均降水量为８０７．６　ｍｍ，年均降水量２２．５×　１０　ＩＴＩ　。全县多年平均年径流量７．４３６×１０　ｍ　，南洛河外县流入　洛南县汇流面积为３８０　ｋｍ　，其过境客水１．０１３×１０　ｉｎ　。有效灌　溉面积仅占全县的９．７％，人均可灌溉耕地０．０４亩。全县地表水　资源量人均１　９３２　ｍ　，加上过境水量，人均２　１８８　ｍ　，高于陕西省人　均占有量５０．９％，而低于全国水平的１５．９％。耕地亩均１　５５１　ｍ　，　高于陕西省水平的１０６．５％，但低于全国水平的１１．２％。说明洛　南县水资源量虽较大，但并非充足。在来水量较小的年份，根据　上述模型进行计算，首先确定供水的先后次序和供水量，同时考　虑根据缺水程度强弱，来确定干旱等级，同时要修正供水保证率，　根据初始缺水度所属的旱情等级确定各项供水量的分配系数。　通过计算该县要加强工程措施来确保水资源分配，首先满足人畜　用水，其次满足生活用水，再次满足该县的工业，最后满足农业用　水。区域水资源存在以下问题，区域经济发展和水资源分布不平　衡问题严重；蓄水工程少，调蓄能力低，供水标准不高；水资源利　用和管理缺乏总体规划。　４结语　考虑到实际情况和可操作性，我们拟定研究地区发生水资源　收稿日期：２０１０—１　１—０７　作者简介：金友德（１９７８．），男，助理工程师，浙江省杭州市余杭区余杭镇人民政府，浙江余杭３１１１１５　曹金鑫（１９７６．），男，工程师，浙江省杭州市余杭区运河流域水利站，浙江余杭

290水能经济

灌区水资源优化配置管理系统总体设计概述

石文河 孙卫强 马锦敏 杨昕

【摘要】本文拟通过灌区水资源优化配置管理平台的总体设计，建设水资源数据中心，实现水资源查询和统计等基本应用；

以数据分析为引导，通过建立水资源数据模型，实现灌区智能配水、优化配置和决策支持。通过促进灌区管理局及其分站的生

产、经营、管理和决策方式的改进和优化，提高灌区的整体创新能力、经济效益和市场竞争能力，打造“数字水利”。

【关键词】灌区；水资源；优化配置管理云南水永科技有限公司 650200

1、绪论

1.1 灌区信息化建设现状与存在的问题

1.1.1 灌区信息化建设现状

1.1.2 随着水资源瓶颈制约问题的凸显和水资源基础性战略性地

位的不断强化，进一步加快水利信息化建设发展的需求迫在眉睫。在

国家政策指引及水利部的大力关心支持下，全国各省市灌区基本完成

工程建设，但信息化整体建设仍处于相对落后的起步阶段。存在的问

题

1.1.2.1 缺少对灌区全面运行状况实时监控监测能力

我国大型灌区现阶段只有少量雨量站或水位站用于局部监测缺

少实时图像监测设备，效满足管理人员对整个灌区状况的把握。尤其

在汛期，实时监测数据的不足无法为领导决策提供全面的数据支持。

1.1.2.2 缺少灌区信息化综合平台对水资源分析及调度的能力

灌区缺少信息化综合平台对水资源的分析能力、调度能力，实

现灌区管理的远程控制及精准配水、调度、引水、排水。

1.1.2.3 缺少应用系统对不同层面业务实现无纸化，高效率的管

理

灌区现有的两套系统只基于“看”，而不是“用”。同时，灌

区管理站不同科室，不同级别的人员涉及的业务范围不一样，需让不

同业务范围，不同权限的人员都能够把信息化系统用起来，实现无纸

化高效管理。

1.2 灌区信息化建设的必要性分析

1.2.1 信息监测采集与传输的需要

通过信息监测采集的建设可以及时采集并监测水库、灌区实时

雨水情、工程运行状况及各干渠进水闸、节制闸的上下游水位、闸门

景电灌区水资源优化配置研究

摘要：本文阐述了灌区水资源优化配置的意义，分析了灌区水资源优化配置的现状，提出了水资源优化配置的模型，旨在不断提高灌区水资源的利用率，供水利单位及相关人士参考。

关键词：景电灌区、水资源、优化配置

1引言

景泰川位于甘肃省中西部，长期面临干旱缺水的问题。随着景泰川电力提灌工程（简称景电工程）一期、二期、民调工程相继建成，从根本上改变了灌区的农林业生产及民众生活条件，遏制了生态环境的恶化，显著提高了地区经济和社会生产效益。以下围绕景电灌区水资源的优化配置问题谈一下自己的一些思路和看法。

2灌区水资源优化配置研究意义

对灌区水资源的优化配置进行研究，就是从水源供水环节到各个用水环节过程中挖掘其中的节水潜力，通过采取相应的措施和手段来尽可能减少各环节水资源的无效损失，对有限的水量进行合理配置，使灌区的农业生产及周边生态环境等方面综合效益最大化。

我国水资源形式一直很严峻，其中农业用水占到总用水量的63%，而农业的灌溉水资源利用率仅为40%～45%，比国外的发达国家大约低30%，由此可见，灌区农业节水还有很大的潜力可以挖掘。对灌区水资源进行优化配置可以大大提高灌溉的整体管理水平，有效提高灌溉水资源的利用率，为灌区农业生产、生态环境改善和区域经济发展迈上新台阶提供强有力保障。

3灌溉水资源优化配置研究现状

灌溉水资源优化配置的研究既要重视理论，又要立足于当地的实际情况。对景电灌区来说，灌溉水资源优化配置的研究既包括在非充分灌溉条件下的农作物的经济灌溉定额、依据天气及季节的最佳灌溉制度、农作物的最优种植比例以及不同类作物间的最优灌溉水量分配，还包括灌溉区水源的调配以及区域间的灌溉水量分配等等内容。具体来说，在水源不充足的情况下，要更合理地安排每一种农作物的种植面积，获得最优种植比例。在农作物最优种植比例的基础上，根据每一种农作物的生长期不同阶段的需水特性来调整灌溉水量的最优分配。目前基于相关的数学规划模型已经基本实现了系统性的水资源灌溉优化技术。