区域供水与水污染控制系统综合规划的优化研究
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摘要
本课题以区域供水与水污染控制系统综合规划为核心研究内容，并在针对该
问题的研究过程中，采用系统分析及优化理论，以期达到区域供水与水污染控制
系统综合规划工作中社会、经济与环境资源的最优化配置。
首先，笔者从规划的五则基本要素出发，提出了区域供水与水污染控制系统
综合规划的基本概念，并在总结归纳了供水及水污染控制系统规划历史及现状的
基础之上，指出该领域研究中尚存在的某些不足之处；
其次，为改进这些不足，笔者引入具有 Visual Thinking 特征的解释结构模型
（Interpretative Structral Modeling）分析方法，对区域供水与水污染控制系统进
行问题辨识，并最终构建形成系统综合规划目标体系，从而为综合规划优化模型
的建立奠定了理论基础。
再者，针对区域供水与水污染控制系统工程宏观规划具体情况，采用最小二
乘法、偏最小二乘法及高斯—牛顿法拟合多种工程费用函数，并通过分析比较选
择相应科学合理的函数形式；与此同时，依据水工程传统规划经验，总结归纳出
区域水工程设施诸项年运行成本费用计算方法,并尝试建立以水工程年运行成本
最低为目标函数，各子系统间水量及水质输入输出为决策变量，水量供需平衡、
水质达标及河流环境生态需水量为约束的区域供水与水污染控制系统综合规划
优化模型；
最终，在上述研究成果的基础之上，结合实例构建拟规划区域供水与水污染
控制系统综合规划的优化模型，并通过调用规划软件 Lingo 中广义简约梯度法
(GRG)程序包予以求解，获得了经济与环境效益俱佳的决策方案，从而证明将系
统分析与优化理论应用于区域供水与水污染控制系统综合规划实践具有相当的
实用性与科学性。
The research is mainly about integrated planning for regional water supply and
water pollution control system. To reach the optimum distribution for the resource of
manpower, economic and environment, the theories about system analysis and
optimization are adopted in this research.
First of all, based on the five elemental factors of the planning, the concept of
integrated planning for regional water supply and water pollution control system is
presented. After generalizing and analyzing the history and present study on the
planning for regional water supply and water pollution control system, the existing
shortcomings in this research field are pointed out.
Secondly, the Interpretative Structural Modeling with Visual Thinking attribute is
applied to modify these shortcomings. In virtue of this method, the regional water
supply and water pollution control system is identified, and the target system for
integrated planning is also established. By doing this, the theoretical basis is prepared
for the establishment of the optimization model for integrated planning.
Thirdly, considering the specific situation of the macro-planning for regional water
supply and water pollution control system, the methods of least squares, partial least
squares and Gauss-Newton are used to fit the diversiform engineering cost function.
After analyzing and comparing the fitting results, the appropriate functions are
concluded. At the same time, according to the experience of conventional planning for
water engineering, the calculation means of annual running costs for regional water
engineering facilities are summarized. The optimization model for integrated planning
for regional water supply and water pollution control system is also established,
which object function is the lowest annual running costs of water engineering,
decision variables are input and output of water quantity and quality among
subsystems, and bounds are the balance of water supply and demand, water quality
meeting the Standard, and ecological water demands in river environment.
In the end, based on the above research, an optimization model for integrated
planning for regional water supply and water pollution control system is established
combining an actual case. By calling the program GRG in the planning soft Lingo, the
result and decision scheme with good economic and environment returns are
accomplished. This proved that applying the theory about system analysis and
optimization to the integrated planning practice for regional water supply and water
pollution control system is practicable and scientific.
问题的研究过程中，采用系统分析及优化理论，以期达到区域供水与水污染控制
系统综合规划工作中社会、经济与环境资源的最优化配置。
首先，笔者从规划的五则基本要素出发，提出了区域供水与水污染控制系统
综合规划的基本概念，并在总结归纳了供水及水污染控制系统规划历史及现状的
基础之上，指出该领域研究中尚存在的某些不足之处；
其次，为改进这些不足，笔者引入具有 Visual Thinking 特征的解释结构模型
（Interpretative Structral Modeling）分析方法，对区域供水与水污染控制系统进
行问题辨识，并最终构建形成系统综合规划目标体系，从而为综合规划优化模型
的建立奠定了理论基础。
再者，针对区域供水与水污染控制系统工程宏观规划具体情况，采用最小二
乘法、偏最小二乘法及高斯—牛顿法拟合多种工程费用函数，并通过分析比较选
择相应科学合理的函数形式；与此同时，依据水工程传统规划经验，总结归纳出
区域水工程设施诸项年运行成本费用计算方法,并尝试建立以水工程年运行成本
最低为目标函数，各子系统间水量及水质输入输出为决策变量，水量供需平衡、
水质达标及河流环境生态需水量为约束的区域供水与水污染控制系统综合规划
优化模型；
最终，在上述研究成果的基础之上，结合实例构建拟规划区域供水与水污染
控制系统综合规划的优化模型，并通过调用规划软件 Lingo 中广义简约梯度法
(GRG)程序包予以求解，获得了经济与环境效益俱佳的决策方案，从而证明将系
统分析与优化理论应用于区域供水与水污染控制系统综合规划实践具有相当的
实用性与科学性。
The research is mainly about integrated planning for regional water supply and
water pollution control system. To reach the optimum distribution for the resource of
manpower, economic and environment, the theories about system analysis and
optimization are adopted in this research.
First of all, based on the five elemental factors of the planning, the concept of
integrated planning for regional water supply and water pollution control system is
presented. After generalizing and analyzing the history and present study on the
planning for regional water supply and water pollution control system, the existing
shortcomings in this research field are pointed out.
Secondly, the Interpretative Structural Modeling with Visual Thinking attribute is
applied to modify these shortcomings. In virtue of this method, the regional water
supply and water pollution control system is identified, and the target system for
integrated planning is also established. By doing this, the theoretical basis is prepared
for the establishment of the optimization model for integrated planning.
Thirdly, considering the specific situation of the macro-planning for regional water
supply and water pollution control system, the methods of least squares, partial least
squares and Gauss-Newton are used to fit the diversiform engineering cost function.
After analyzing and comparing the fitting results, the appropriate functions are
concluded. At the same time, according to the experience of conventional planning for
water engineering, the calculation means of annual running costs for regional water
engineering facilities are summarized. The optimization model for integrated planning
for regional water supply and water pollution control system is also established,
which object function is the lowest annual running costs of water engineering,
decision variables are input and output of water quantity and quality among
subsystems, and bounds are the balance of water supply and demand, water quality
meeting the Standard, and ecological water demands in river environment.
In the end, based on the above research, an optimization model for integrated
planning for regional water supply and water pollution control system is established
combining an actual case. By calling the program GRG in the planning soft Lingo, the
result and decision scheme with good economic and environment returns are
accomplished. This proved that applying the theory about system analysis and
optimization to the integrated planning practice for regional water supply and water
pollution control system is practicable and scientific.
引文
[1]蒋洪江，流域水资源综合规划研究：[博士学位论文]，北京：清华大学，1988
[2]白深宁，黄光宇，陈亦清，区域规划概论，北京：中国建筑工业出版社，1984.1～
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[3] 戴慎志，陈践，城市给水排水工程规划，合肥：安徽科技技术出版社，2001，
1～30
[4]Joho M.Higgins and Daniel A.okun，Regional Development of Public Water
Supply System，Journal of the American Water Association,1972,9:13～23
[5]K.P.Singh and A.P Visocky，Meeting Regional Water Requirements-A Case
Study，Journal of the American Water Association,1974,12:13～23
[6]Milos Kordic and Dusan Cbradovic，Mathematical Modeling of Regional
Water Supply Systems in Yugoslavia ， Journal of the American Water
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[7]傅国伟，程声通，水污染控制系统规划，北京：清华大学出版社，1985.3～4
[8]田一梅，赵新华，张雅君，城市自来水与中水系统综合规划的优化研究，给
水排水，2001，27（5）：23～27
[9]吴仲芳等，充分利用长江水资源创建苏南区域供水，给水排水，1996，27（12）：
12～14
[10]顾军明，苏、锡、常区域供水问题讨论，中国给水排水，2000，16（5）：
23～25
[11]刘敏，南通区域性供水规划和实践，中国给水排水，2000，16（4）：24～
25
[12]刘玉生，郑炳辉，朱学庆，滇池水污染控制系统规划，环境科学研究，2000，
16（4）：24～25
[13]李如忠，张元禧，河流水污染控制系统区域最优化规划方法探讨，合肥工业
大学学报，2000，23（3）：376～384
[14]刘首文，冯尚友，遗传算法及其在水污染控制系统规划中的应用，武汉水利
电力大学报，1996，29（4）: 95～99
[15]秦肖生，曾光明，遗传算法在水环境灰色非线性规划中的应用，水科学进展，
2002，13（1）：31～36
[16]王有乐，区域水污染控制多目标组合规划模型研究，环境科学学报，2002，
22(1): 107～110
[17]白宪台，欧光华，龙子泉，四湖排水系统优化运行规划的模型化方法，水利
- 81 -
参考文献
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