开封市水资源优化配置研究
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摘要
随着人口的增长和经济社会的快速发展，我国水资源状况发生了重大变化。水资源短缺的矛盾已充分暴露出来，缺水范围扩大，程度加剧。在很多地区已经成为严重阻碍经济发展的主要问题，直接影响我国经济社会的可持续发展。为此，本文在广泛阅读国内外有关水资源预测和水资源优化配置的文献、大量分析总结水资源优化配置方法的基础上，以我国水资源较为短缺的河南省开封市为例，对水资源分配中存在的主要问题进行分析，开展了水资源预测、水资源在国民经济各部门及各地区之间优化配置的研究。论文主要包括如下内容：
1．系统分析国内外研究现状、水平、及研究思路和方法，为论文研究奠定理论基础；
2．从深入分析水资源供求趋势出发，以水资源预测理论为基础，对开封市不同水平年各行业需水情况进行了科学的预测，并在此基础上对规划水平年进行了水量供需平衡分析。
3．针对水资源利用及分配中存在的主要问题，以水资源优化配置理论为基础，分析开封市水资源现状配置形式和进行优化配置的必要性，并提出开封市如何进行水资源优化配置的方法和思路。以可供水量作为约束，以多年平均净效益最大作为目标函数，建立效益系数年际变化的水资源优化配置模型，利用遗传算法对效益系数进行优化，利用水资源预测的结果，对不同保证率下的水资源进行优化分配，体现开封市水资源的可持续开发利用的思想和原则。
4．以水资源高效利用为主要目标，对开封市内各地区之间水量优化分配进行了研究。分析开封市4个引黄灌区水资源利用中存在的问题和灌区水资源高效利用的潜力，结合该地区水资源利用发展趋势，提出了开封市实现水资源高效利用的途径和系统措施，并建立了大系统分解协调模型，在四个引黄灌区和灌区内部进行了水资源的优化配置和各灌区内部作物种植结构的优化。
5．对全文研究进行了总结并提出今后的展望。
With the rapid increase of population and the quick development of social economy, the water resources situation in our country has changed tremendously. The conflict of water resources shortage is becoming more and more obvious, and the area of water shortage is expanding, and the degree of water shortage is aggravating. Water shortage has become the most serious problem that hinders economic development in many regions, and directly affects the sustainable development of our social economy. Therefore, it is very important to research on the rational water allocation. On the basis of literature review of the related researches domestic and abroad, and summary of the methods and theories of optimal water resources allocation, the main problems in the allocation of water resources are analyzed with the case study of Kaifeng city, one of the water shortage regions in China. Studies on water resources forecasting, optimal allocation water resources among different sectors and different districts and different a
reas are also conducted. The main contents of this dissertation are as following:
1. Systematic analysis of the research status, levels, theoretical methods of water resources forecasting and optimal water allocation in order to establish the theoretical basis for the study of the dissertation.
2. Through analyses of the trends in water resources supply and demand, based on the theories of water resources forecasting, the scientific forecasting models on the water supply and requirement at different levels and different years are established. On this, the water resources demand and supply at different level and different years and the water balances in different levels of planed years are analyzed.
3. Aimed at the major problems existing in water use and the significance of water resources optimal allocation in Kaifeng City, the methods and models of water resources allocation are proposed based on the theory of optimal allocation of water resources. In the model, the total available water resources quantity is taken as the constraint, and the maximum multi-year averaged net benefit is taken as the objective, and the yearly changing benefit coefficients are studied by using Genetic Algorithm. Through optimization of the benefit coefficients, and use of the results of water
resources forecasting, the water resources are optimal allocated among different sectors at different level and different years in order to realize water resources sustainable utilization.
4.Aimed at the objective of high-efficiency use of water resources, the optimal water resources allocation among different irrigation districts and different crops in Kaifeng city are studied. The problems existing in water resources use and potential of high-efficiency use of water resources in the four Yellow River irrigation districts are analyzed. Through analyses of the trends in water resources use, the measures and the routes of the high-efficiency use of the water resources in Kaifeng city are proposed, and a large scale system decomposition-coordination model which allocate waters among the four Yellow River irrigation districts as well as optimal crop patterns in every irrigation district is established. Water resources optimal allocations among the different irrigation districts and different crops are studied.
5. Finally, the water resources optimal allocation results are summarized and the perspective studies in the future are put forward.
1．系统分析国内外研究现状、水平、及研究思路和方法，为论文研究奠定理论基础；
2．从深入分析水资源供求趋势出发，以水资源预测理论为基础，对开封市不同水平年各行业需水情况进行了科学的预测，并在此基础上对规划水平年进行了水量供需平衡分析。
3．针对水资源利用及分配中存在的主要问题，以水资源优化配置理论为基础，分析开封市水资源现状配置形式和进行优化配置的必要性，并提出开封市如何进行水资源优化配置的方法和思路。以可供水量作为约束，以多年平均净效益最大作为目标函数，建立效益系数年际变化的水资源优化配置模型，利用遗传算法对效益系数进行优化，利用水资源预测的结果，对不同保证率下的水资源进行优化分配，体现开封市水资源的可持续开发利用的思想和原则。
4．以水资源高效利用为主要目标，对开封市内各地区之间水量优化分配进行了研究。分析开封市4个引黄灌区水资源利用中存在的问题和灌区水资源高效利用的潜力，结合该地区水资源利用发展趋势，提出了开封市实现水资源高效利用的途径和系统措施，并建立了大系统分解协调模型，在四个引黄灌区和灌区内部进行了水资源的优化配置和各灌区内部作物种植结构的优化。
5．对全文研究进行了总结并提出今后的展望。
With the rapid increase of population and the quick development of social economy, the water resources situation in our country has changed tremendously. The conflict of water resources shortage is becoming more and more obvious, and the area of water shortage is expanding, and the degree of water shortage is aggravating. Water shortage has become the most serious problem that hinders economic development in many regions, and directly affects the sustainable development of our social economy. Therefore, it is very important to research on the rational water allocation. On the basis of literature review of the related researches domestic and abroad, and summary of the methods and theories of optimal water resources allocation, the main problems in the allocation of water resources are analyzed with the case study of Kaifeng city, one of the water shortage regions in China. Studies on water resources forecasting, optimal allocation water resources among different sectors and different districts and different a
reas are also conducted. The main contents of this dissertation are as following:
1. Systematic analysis of the research status, levels, theoretical methods of water resources forecasting and optimal water allocation in order to establish the theoretical basis for the study of the dissertation.
2. Through analyses of the trends in water resources supply and demand, based on the theories of water resources forecasting, the scientific forecasting models on the water supply and requirement at different levels and different years are established. On this, the water resources demand and supply at different level and different years and the water balances in different levels of planed years are analyzed.
3. Aimed at the major problems existing in water use and the significance of water resources optimal allocation in Kaifeng City, the methods and models of water resources allocation are proposed based on the theory of optimal allocation of water resources. In the model, the total available water resources quantity is taken as the constraint, and the maximum multi-year averaged net benefit is taken as the objective, and the yearly changing benefit coefficients are studied by using Genetic Algorithm. Through optimization of the benefit coefficients, and use of the results of water
resources forecasting, the water resources are optimal allocated among different sectors at different level and different years in order to realize water resources sustainable utilization.
4.Aimed at the objective of high-efficiency use of water resources, the optimal water resources allocation among different irrigation districts and different crops in Kaifeng city are studied. The problems existing in water resources use and potential of high-efficiency use of water resources in the four Yellow River irrigation districts are analyzed. Through analyses of the trends in water resources use, the measures and the routes of the high-efficiency use of the water resources in Kaifeng city are proposed, and a large scale system decomposition-coordination model which allocate waters among the four Yellow River irrigation districts as well as optimal crop patterns in every irrigation district is established. Water resources optimal allocations among the different irrigation districts and different crops are studied.
5. Finally, the water resources optimal allocation results are summarized and the perspective studies in the future are put forward.
引文
1．索丽生 我国可持续发展水资源战略，水利规划设计，2002年第1期，8-9
2．李柞泳，彭荔红等，基于GA优化的城市可持续发展评价的普适公式，系统工程，2000，18
3．冯耀龙、韩文秀，区域水-经济复合系统可持续发展的综合评价，系统工程，1999，17
4．梅亚东，冯尚友，水资源复合系统基本特性的探讨，水科学进展，1992，3
5．冯尚友、刘国全等，水资源生态经济复合系统及其持续发展，武汉水利电力大学学报，1995，28
6．方于云，关于水资源持续利用的现状与展望，水利水电快报，1998，19
7．李靖，雷兴刚等，区域水资源可持续利用问题与对策，云南农业大学学报，1998，13
8．刘露，天津水资源可持续利用探讨，天津大学报(自然科学版)，1999，19
9．冯尚友，梅亚东，水资源持续利用系统规划，水科学进展，1998，09
10．夏军，可持续水资源系统管理研究与展望，水科学进展，1997，08
11．张翔，夏军等，可持续水资源管理的风险分析研究，武汉水利电力大学报，2000，33
12．路振广，李惧洋，曹祥增，北方平原井灌区地下水资源可持续利用与优化配置技术，华北水利水电学院学报，2002，9
13．姜文来，武霞等，水资源价值模型评价研究，地球科学进展，1998，21
14．傅春，胡振鹏，水资源价值及其定量分析，资源科学，1998，20
15．沈大军，梁瑞驹等．水资源价值，水利学报，1998，05
16．张云刚，略论水资源配置中的几个问题，甘肃水利水电技术，2000，02
17．李令跃、甘泓试，论水资源合理配置和承载能力概念与可持续发展之间的关系，水科学进展，2000，11
18．甘泓、李令跃、尹明万，水资源合理配置浅析。2001
19．N．Brnus著．戴国瑞，冯尚友等译，水资源科学分配，水利电力出版社，1953
20. D.Pea, so&P. D. Dash; The Derivation and Use of Control Curves for the Regional Allocation of Water Resources Optimal Allocation Water Resources(Proceedings of the Enter Symposium) , 1982, 135
21. E. Robin. M. Taiga. Allocation of Water resources(Proceedings of the Enter symposium), 1982, 135
22. Afzal, David &Noble, David H. Optimization model for alternative use of different quality irrigation waters, Journal of Irrigation and Drainage Engineering.Ⅴ118 2 Mar-Apr 1992, 218-228
23. Wong, Hugh S. Sun, Ne-zheng, Optimization of conjunctive use of surface water and groundwater with water quality constraints, Proceedings of the Annual Water Resources Planning and Management Conference Apr 6-9 1997, Sponsored by, ASCE 408-413
24. Wang, M. &Zheng, C. Ground water management Optimization using genetic algorithms and simulated annealing: Formulation and comparison, Journal of the American water Resources Association 34 3 Jun 1998 American water Resources Assoc, 519-530
25. Mashed, Jahangir & Kaluarachchi, Jonah J, Enhancements to genetic allsorts for optimal ground—water management. Journal of Hydrologic Engineering's 2000ASCE, 67-73
26．黄振平、华家鹏等，陈填引黄灌区渠系优化配水的初步研究，山东水利科技，1995，01
27．马斌、解建仓等，多水源引水灌区水资源调配模型及应用，水利学报，2001，09
28．崔远来，缺水条件下水稻灌区有限水上资源最优分配，武汉大学学报(工学版)2002，08
29．V．钱德拉穆利等，用动态规划神经网络模型研究多水库系统的水量分配，水利水电快报，2003，01
30．周祖，袁宏源，崔远来，罗强，有限供水条件下水库和田间配水整合优化调度，水科学进展 2003，03
31．潘志强，刘高焕，王智勇，叶庆华，黄河三角洲灌区农业配水分析。自然资源学报，2003，05
32．卢华友，郭元裕等，义乌市水资源系统分解协调决策模型研究，水科学学报 1995，06
33．辛玉深，张志君，长春市城市水资源优化管理模型研究，东北水利水电，2000，01
34．吴险峰，王丽萍，枣庄城市复杂多水源供水优化配置模型，武汉水利电力大学学报，2000，33
35．唐德善，黄河流域多目标优化配水模型．河海大学学报，1994，01
36．薛松贵、常炳炎，“黄河流域水资源合理分配和忧化调度研究”综述，人民黄河，1996，08
37．贺北方，区域可供水资源优化分配与产业结构调整，郑州工学院学报，1989，01
38．吴泽宁、蒋水心、贺北方等，经济区水资源优化分配的大系统多目标分解协调模型，水能技术经济，1989，01
39．王劲峰，陈红火等，区域发展和水资源利用透明交互决策系统，地理科学进展．2000，19
40．左其亭等，面向可持续发展的水资源规划与管理，北京，中国水利水电出版社，2003
41．邓聚龙，灰色预测与决策，华中理工大学出版社，1986
42．许新宜等，华北地区宏观经济水资源规划理论与方法，黄河水利出版社，1997
43．朱龙其，水权、水价和水资源优化配置，《上海水务杂志》2002，04
44．李远华，灌区高效用水，中国水利 2003，08 B刊31-32
45．崔远来，非充分灌溉优化配水技术研究综述，灌溉排水，2000．02
46．崔远来，缺水条件下水稻灌区有限水上资源最优分配，武汉大学学报(工学版)，2002，08
47．徐建新，白雪海，沈晋，邱休，灌区水资源实时优化调配决策软件研制，水科学进展，2003，03
48．水淼，陆浑灌区水资源优化配置技术研究，专题研究，2002
49．孙冠昌，李占华，王俊荣，黄河下游引黄灌区多目标供水水资源优化分配数学模型，河北工程技术高等
专科学校学报，2002，03
50．张寿全，中国的水环境与水资源可持续利用若干问题，工程地质学报，1999，7，250
51．冯尚友，刘国全，水资源持续利用的框架，水科学进展1997，8，301-307
52．贺学海等．包头市水资源-环境-经济综合管理模型的研究，河海大学学报，1998，26，57-61
53. Abdullah M. Motherly and Neil S. Griggs. Water Resources Management System for Saudi Arabia, Journal of water Resources Planning and Management, 1995, 02, 205-215
54. R. P. Radar, Et al. A multi-tier approach for agricultural Watershed Management, Journal of the American water Resources Association. 1999, 35, 1159-1169
55．尹明万等，智能型水供需平衡模型及其应用，水利学报，2000，10，71-76
56．张思聪等．青岛市水资源管理模型的初步研究．清华大学学报(自然科学版)，1998，38，67-70
57．袁宏源，邵东国，郭宗楼，水资源系统分析理论与应用，武汉水利电力大学出版社，2000，10
58．钱颂迪，田丰等，运筹学，清华大学出版社，1998，01
59．常炳炎，薛松贵，张会言等，黄河流域水资源合理分配和优化调度，黄河水利出版社，1998．12
60，郭元裕，农田水利学(第三版) 中国水利水电出版社，1999，05
61．刘肇伟，灌排工程系统分析(第二版)，中国水利水电出版社，2001，08
62．郭元裕，李寿声，灌排工程最优规划与管理，水利水电出版社，1994，10
63．史鉴，陈兆丰等，关中地区水资源合理开发利用与生态环境保护，黄河水利出版社，2002，12
64．樊希民，李鸿雁等，神经网络和遗传算法在水科学领域的应用，中国水利水电出版社，2002，08
65．傅家翼等，工业技术经济学(第三版)，清华大学出版社，2000，01
66．开封市水资源公报，开封市水利局，2000、2001
67．河南省开封市水资源现状分析及开发利用规划，开封市水利局，1998，05
68．王沫然，肖劲松，MATLB 5.X与科学计算，清华大学出版社，2000，05
69．纪哲锐，Mathcad 2001详解，清华大学出版社，2002，02
70．《华北地区节水型农业技术》，胡毓骐等编著 北京 中国农业科技出版社 1995
2．李柞泳，彭荔红等，基于GA优化的城市可持续发展评价的普适公式，系统工程，2000，18
3．冯耀龙、韩文秀，区域水-经济复合系统可持续发展的综合评价，系统工程，1999，17
4．梅亚东，冯尚友，水资源复合系统基本特性的探讨，水科学进展，1992，3
5．冯尚友、刘国全等，水资源生态经济复合系统及其持续发展，武汉水利电力大学学报，1995，28
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8．刘露，天津水资源可持续利用探讨，天津大学报(自然科学版)，1999，19
9．冯尚友，梅亚东，水资源持续利用系统规划，水科学进展，1998，09
10．夏军，可持续水资源系统管理研究与展望，水科学进展，1997，08
11．张翔，夏军等，可持续水资源管理的风险分析研究，武汉水利电力大学报，2000，33
12．路振广，李惧洋，曹祥增，北方平原井灌区地下水资源可持续利用与优化配置技术，华北水利水电学院学报，2002，9
13．姜文来，武霞等，水资源价值模型评价研究，地球科学进展，1998，21
14．傅春，胡振鹏，水资源价值及其定量分析，资源科学，1998，20
15．沈大军，梁瑞驹等．水资源价值，水利学报，1998，05
16．张云刚，略论水资源配置中的几个问题，甘肃水利水电技术，2000，02
17．李令跃、甘泓试，论水资源合理配置和承载能力概念与可持续发展之间的关系，水科学进展，2000，11
18．甘泓、李令跃、尹明万，水资源合理配置浅析。2001
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20. D.Pea, so&P. D. Dash; The Derivation and Use of Control Curves for the Regional Allocation of Water Resources Optimal Allocation Water Resources(Proceedings of the Enter Symposium) , 1982, 135
21. E. Robin. M. Taiga. Allocation of Water resources(Proceedings of the Enter symposium), 1982, 135
22. Afzal, David &Noble, David H. Optimization model for alternative use of different quality irrigation waters, Journal of Irrigation and Drainage Engineering.Ⅴ118 2 Mar-Apr 1992, 218-228
23. Wong, Hugh S. Sun, Ne-zheng, Optimization of conjunctive use of surface water and groundwater with water quality constraints, Proceedings of the Annual Water Resources Planning and Management Conference Apr 6-9 1997, Sponsored by, ASCE 408-413
24. Wang, M. &Zheng, C. Ground water management Optimization using genetic algorithms and simulated annealing: Formulation and comparison, Journal of the American water Resources Association 34 3 Jun 1998 American water Resources Assoc, 519-530
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26．黄振平、华家鹏等，陈填引黄灌区渠系优化配水的初步研究，山东水利科技，1995，01
27．马斌、解建仓等，多水源引水灌区水资源调配模型及应用，水利学报，2001，09
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29．V．钱德拉穆利等，用动态规划神经网络模型研究多水库系统的水量分配，水利水电快报，2003，01
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31．潘志强，刘高焕，王智勇，叶庆华，黄河三角洲灌区农业配水分析。自然资源学报，2003，05
32．卢华友，郭元裕等，义乌市水资源系统分解协调决策模型研究，水科学学报 1995，06
33．辛玉深，张志君，长春市城市水资源优化管理模型研究，东北水利水电，2000，01
34．吴险峰，王丽萍，枣庄城市复杂多水源供水优化配置模型，武汉水利电力大学学报，2000，33
35．唐德善，黄河流域多目标优化配水模型．河海大学学报，1994，01
36．薛松贵、常炳炎，“黄河流域水资源合理分配和忧化调度研究”综述，人民黄河，1996，08
37．贺北方，区域可供水资源优化分配与产业结构调整，郑州工学院学报，1989，01
38．吴泽宁、蒋水心、贺北方等，经济区水资源优化分配的大系统多目标分解协调模型，水能技术经济，1989，01
39．王劲峰，陈红火等，区域发展和水资源利用透明交互决策系统，地理科学进展．2000，19
40．左其亭等，面向可持续发展的水资源规划与管理，北京，中国水利水电出版社，2003
41．邓聚龙，灰色预测与决策，华中理工大学出版社，1986
42．许新宜等，华北地区宏观经济水资源规划理论与方法，黄河水利出版社，1997
43．朱龙其，水权、水价和水资源优化配置，《上海水务杂志》2002，04
44．李远华，灌区高效用水，中国水利 2003，08 B刊31-32
45．崔远来，非充分灌溉优化配水技术研究综述，灌溉排水，2000．02
46．崔远来，缺水条件下水稻灌区有限水上资源最优分配，武汉大学学报(工学版)，2002，08
47．徐建新，白雪海，沈晋，邱休，灌区水资源实时优化调配决策软件研制，水科学进展，2003，03
48．水淼，陆浑灌区水资源优化配置技术研究，专题研究，2002
49．孙冠昌，李占华，王俊荣，黄河下游引黄灌区多目标供水水资源优化分配数学模型，河北工程技术高等
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52．贺学海等．包头市水资源-环境-经济综合管理模型的研究，河海大学学报，1998，26，57-61
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61．刘肇伟，灌排工程系统分析(第二版)，中国水利水电出版社，2001，08
62．郭元裕，李寿声，灌排工程最优规划与管理，水利水电出版社，1994，10
63．史鉴，陈兆丰等，关中地区水资源合理开发利用与生态环境保护，黄河水利出版社，2002，12
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65．傅家翼等，工业技术经济学(第三版)，清华大学出版社，2000，01
66．开封市水资源公报，开封市水利局，2000、2001
67．河南省开封市水资源现状分析及开发利用规划，开封市水利局，1998，05
68．王沫然，肖劲松，MATLB 5.X与科学计算，清华大学出版社，2000，05
69．纪哲锐，Mathcad 2001详解，清华大学出版社，2002，02
70．《华北地区节水型农业技术》，胡毓骐等编著 北京 中国农业科技出版社 1995
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