水資源優化配置的不確定性有哪些
① 奎屯河流域水資源優化配置
一、水資源與開發利用現狀概況
奎屯河流域地處位於新疆天山北坡經濟帶西緣的「金三角」地帶，流域內年平均地表水資源量為16.21×108 m3，地下水天然補給量1.62×108 m3，水資源總量為17.83×108 m3。平原區地下水總補給量8.41×108 m3，其中轉化資源量6.79×108 m3，占總補給量的81%。地下水可開采量為6.25×108 m3，2003年實際開采量3.39×108 m3。
2003年奎屯河流域總用水量為14.65×108 m3，其中生活用水量為0.34×108 m3，占總用水量的2%；生產用水量11.28×108 m3，占總用水量的77%，而其中的農業用水量為10.54×108 m3，占總用水量的72%；人工生態用水1.8×108 m3，占總用水量的12%。
奎屯河流域總用水量為水資源總量的82%，地表水資源利用率70%，幾條主要河流奎屯河、四棵樹河、古爾圖河的引水率均超過了80%，水資源利用程度明顯偏高，造成國民經濟用水擠占生態用水，致使本區生態狀況呈惡化趨勢。因此，必須調整用水結構，強化節水，充分考慮生態用水的基本需求，促使奎屯河流域社會、經濟與生態的協調發展。
二、水資源利用效率分析
在奎屯河流域，農業用水佔全部用水量的70%以上，用水量水消耗系數為7.87 m3/kg，遠遠超過了全國平均水平（1.102 m3/kg），農業水資源利用效率系數僅為0.13kg/m3。工業用水的重復利用率為40%左右，流域除獨山子區工業萬元產值用水量24 m3，其他地區萬元產值耗水量平均165 m3，比全國平均水平高60%以上。
以單位用水量產出的GDP衡量用水效率，2003年奎屯河流域平均用水效率為5.6元/m3，僅為2000年全國平均水平的34%，水資源有效利用率僅為54%。
三、水資源開發利用中存在的問題
隨著流域人口增加和經濟、社會的發展，奎屯河流域水資源開發利用程度不斷提高，流域出現了典型的資源性缺水現象，致使進入下游水量急劇減少，導致河流下游斷流。從而，一方面造成流域灌區內部地下水位升高，土壤鹽漬化，作物減產，土地棄耕；對於非耕地亦造成草木生長稀疏，林木退化；流域下游區域地下水位下降，甘家湖天然林保護區及艾比湖流域生態環境惡化河流中下游斷流，地下水位持續下降。流域下游地區環境惡化。
四、奎屯河流域水資源優化配置的指導思想
為遏止奎屯河流域生態環境惡化的趨勢，要以生態建設為根本，以水資源的科學管理、優化配置、高效利用和有效保護為核心，上、中、下游統籌規劃，工程措施和非工程措施相結合，生態效益與經濟效益兼顧，協調生活、生產和生態用水，充分運用法律、行政、經濟、科技、宣傳、教育手段，進行綜合治理的指導思想。從全局利益的高度著眼，以水資源的可持續利用促進當地經濟社會可持續發展為目標，系統全面考慮流域較長時期的發展需求，調整產業結構和用水結構，進一步協調生活、生產和生態用水，逐步形成符合奎屯河流域特點的、完善的水資源統一管理和生態環境保護體系，實現流域人口、資源、環境與經濟社會的協調發展。
五、奎屯河流域水資源優化配置目標
此確定奎屯河流域水資源優化配置的總目標為：通過合理調度地表水，優化開采地下水，在保證人民生活用水的前提下，維持艾比湖、甘家湖天然林保護區現狀的基礎上，合理分配工業、農業用水比例，逐步恢復古爾圖河、四棵樹河下游末端林地。其次是恢復奎屯河在保護區范圍內的衰敗林項，保障其需水量，使水資源開發獲得最佳的經濟、環境、社會效益，使區域經濟向良性循環方向發展。
六、奎屯河流域水資源優化配置方案生成
根據奎屯河流域水資源優化配置目標、原則及具體問題，結合奎屯河流域規劃、新疆「十一五」跨流域調水工程規劃，主要從開源和節流角度擬定奎屯河流域水資源配置可行的方案集，如表9-26。
表9-26 奎屯河流域水資源配置可行方案設置表
在現狀供水條件下，將各種可能的配置措施投入組合成其他的配置方案。其中挖潛，指對流域現有蓄、引、排工程挖潛改造；節水，包括工農業節水。通過工農業節水技術的實施，不同規劃水平年高、中、低三種需水方案比現狀條件下需水可減少2010年0.45×108～1.17×108m3、2020年1.53×108～2.85×108m3、2030年2.03×108～4.42×108 m3。污水回用，指城鎮生活及工業用水排放量，給下游天然生態供水，規劃不同水平年污水回用水量分別為：2010年0.63×108m3、2020年1.2×108m3、2030年1.88×108m3。地下水開采工程，按流域規劃，統一開采地下水；山區調蓄工程，即流域規劃奎屯河上的特門水庫、將軍廟水庫、紅山水庫和四棵樹河上的吉爾格勒水庫，總庫容1.95×108 m3；跨流域調水工程，從國際河流伊犁喀什河向奎屯河流域調水5.0×108m3。
七、奎屯河流域供需水分析
（一）奎屯河流域現狀2003年供需平衡分析
奎屯河流域現狀2003年需水量18.21×108 m3，其中生活、生產、生態需水分別為0.34×108 m3、13.48×108 m3、4.39×108 m3，各占總需水量的1.8%、74.1%、24.1%，而生產需水中，農業需水為12.74×108 m3，占總需水量的70%。依據統計資料，奎屯河流域2003年供水量為15.42×108 m3，其中地表水供水量為11.32×108 m3，地下水供水量為3.39×108 m3，側向排入艾比湖0.42×108 m3，排入奎屯河下游排鹼渠0.29×108 m3，缺水2.84×108 m3。詳見表9-27。
表9-27 2003年供需平衡分析表（單位：108 m3）
由表中可以看出，現狀條件下，奎屯河流域缺水2.79×108 m3，其中農業缺水0.91×108 m3，天然生態缺水1.88×108 m3。
（二）奎屯河流域不同水平年不同配置方案供需分析
1.現狀可供水量分析
可供水量是指在不同水平年、不同來水保證率的情況下，通過各類水利工程設施可以為各行政區、各部門提供的水量。可供水量的大小與水資源的總量、水利工程的供水能力及用水水平有關，同時也受國家、地方或各用水戶之間的分水方案制約，在用水水平、水資源總量一定的情況下，可供水量主要取決於水源工程的類別、數量、設計規模和運行方式等。
現狀水利工程、用水水平、分水方案條件下，奎屯河流域不同來水保證率情況下的可供水量詳見表9-28。
表9-28 奎屯河流域不同來水保證率時的可供水量表（單位：108 m3）
由表中可以看出，在來水保證率50%（平水年）時，可供水量為14.95×108 m3，其中地表水可供水量10.89×108 m3，地下水開采量3.39×108 m3，地下水側向排入艾比湖0.40×108 m3，排入下游排鹼渠0.27×108 m3。
2.現狀條件下，不同規劃水平年，來水保證率50%時供需分析
奎屯河流域2003年地下水開采量為3.39×108 m3，地下水可開采量為6.25×108 m3。由於現狀地下水開采沒有統一規劃，在奎屯市、烏蘇市、八十四戶鄉、甘河子鄉等地開采較集中，開采量大，已成為超采區。奎屯河流域規劃按地貌單元、水文地質條件，將奎屯河流域平原區分為控制開采區、調蓄開采區、禁止開采區（指自然生態單元）等地下水開發利用分區。規劃到2010，地下水開采量為3.47×108 m3；到2020年，地下水開采量為4.41×108 m3；2030年，地下水開采量為6.25×108 m3。據此，不同規劃水平年多年平均2010年、2020年、2030年可供水量分別為15.03×108 m3、15.97×108 m3、17.81×108 m3。
3.來水保證率50%、中等需水情況下，不同配置方案供需分析
由表9-29中可以看出，來水保證率50%時，不同規劃水平年不同需水方案，均缺水。2010水平年缺水5.12×108～8.08×108 m3，2020水平年缺水5.99×108～11.1×108 m3，2030水平年缺水4.8×108～11.61×108 m3，缺水占總需水量比例均大於20%。偏旱年、乾旱年缺水會更明顯。
表9-29 不同規劃水平年來水保證率50%年供需分析表
由表9-30中可以看出，中等需水情況下，各種配置方案除外流域調水方案6外均缺水。方案1現狀配置條件下，2030年缺水達總需水量的48%，將嚴重影響國民經濟發展和人民生活水平的提高。方案2在挖潛改造和工農業節水情況下，一方面可供水量增加；另一方面，需水量相對減少。此方案配置條件下，到2030年缺水仍達37%，比方案1缺水量占總需水量的比例減少11%。配置方案3污水回用後缺水減少，但缺水也達到需水量的26%～30%。配置方案4實行地下水開采工程，缺水有逐步減少的趨勢，到規劃水平年2030年僅缺水18%。配置方案5修建山區調蓄水庫後，可有效地緩解缺水情況。只有在配置方案6外流域調水情況下，可供水量大於流域內需水量，可向艾比湖供水0.14×108～1.55×108 m3，有利於改善該區的生態環境現狀。由此，隨著人口增加和經濟的快速發展，奎屯河流域缺水將日漸嚴重。為實現奎屯河流域生態、社會和經濟的可持續發展，必須採取工程和非工程措施，對有限的水資源進行優化配置。
八、奎屯河流域水資源優化配置模型建立及求解
（一）模型規劃
1.管理區的劃分
根據奎屯河流域的地理特徵、水資源條件、灌區分布、生態環境現狀、行政區劃及發展規劃，可將流域劃分為若乾子區（圖9-2）。子區劃分遵循以下原則：
1）盡量按照流域地形、地貌條件劃分，以便計算可利用水資源量；
2）盡可能與行政分區一致，以方便資料收集整理，增加實施的可能性；
3）分區要與水資源調查評價中的分區相協調，以便採用水資源評價的成果。
依據以上原則可將奎屯河流域劃分為Q個子區，某個子區用l表示，l=1，2，…，Q，Q=12。在每個子區內結合地下水位埋深進一步劃分次級單元，次級單元不同埋深用不同的編碼表示。
2.水源類型
根據奎屯河流域的實際情況，其供水水源有當地地表水、地下水、回用水、跨流域調水四種類型。
3.用水部門
區域用水一般可分為生活用水、生產用水和生態用水三大類。根據奎屯河流域實際，每一類用水可分為若干具體的用水部門。如生活用水分城鎮居民、農村居民（包括牲畜用水）生活用水；生產用水包括工業用水、農業用水；生態用水包括人工生態用水、天然生態用水等。
表9-30 不同配置方案平水年可供水量表（單位：108 m3）
（二）多目標優化配置模型構建
1.決策變數
通過操縱可控變數，對水資源系統進行調控，並使系統的目標最終達到最優，該可控變數即為決策變數。根據奎屯河流域實際情況，水資源優化配置模型的決策變數是不同水源分配給不同用水部門的水量。分別用下式表示，即
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
式中：為i水源供給l子區j部門的水量。
圖9-2 奎屯河流域水資源優化配置分區圖
依據奎屯河流域實際，考慮到各用水部門的季節性及水源類型的差異，作如下說明：①生活用水考慮到用水的便利性、清潔性及用水習慣，全部使用地下水；②工業用水考慮到集中供水及處理方便等因素，全部使用地下水；③農業用水由地表水和地下水共同提供；④生態用水只考慮用地表水灌溉的植被面積，而對地下水維系的生態系統通過約束地下水位調控。
2.目標函數
奎屯河流域水資源優化配置的目標是在維持水資源可持續利用的條件下，實現區域經濟、社會和生態環境綜合效益最大。其中涉及經濟目標、社會目標、生態目標等，而反應經濟、社會、生態效益的指標非常多，且部分社會效益和生態效益指標不易量化，所以建立水資源優化配置模型時盡量選擇能定量、有代表性的效益指標構造優化模型的目標函數。
（1）經濟效益目標選擇
在經濟學中反應效益的目標眾多，如產值、利潤、國民經濟總產值和國內生產總值等。本次計算選用工農業產值最大作為經濟目標。
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
式中：為l子區j部門的工業、農業用水量；為l子區j部門單位水量產值系數；對工業用水部門可用萬元產值用水定額推求，乾旱區沒有灌溉就沒有農業，對農業用水部門用灌溉定額、灌溉面積和農業產值推求；為i水源分配給l子區j用水部門的水量。
工農業生產總值最大，反映了同等水量在不同用水部門間優化配置後取得的經濟效益，但是，一方面，同一部門的水量來自不同的水源時，由於單位供水成本存在差異，從不同水源獲得同等量供水的費用不同；另一方面，為滿足經濟社會對水資源需求，實現水資源可持續利用和經濟社會協調發展，在工農業產值最大的情況下，要求水量消耗最少，且水資源配置系統的總投入費用最小作為經濟效益目標。依據奎屯河流域實際情況，不同水源間以優先使用當地地表水、地下水、回用水，最後使用外調水。
水資源消耗量最小目標：
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
式中：W為流域消耗的總水量，108 m3；為i水源分配給l子區j用水部門的水量，108 m3。
（2）社會目標選擇
社會目標極其廣泛，包括社會穩定、生活質量、就業率、文化教育等。建模時，首先保證城市和農村的生活用水，作為保障生活質量的間接反映，並作為約束條件處理。另一方面，從社會發展的角度講，糧食供應是社會穩定的主要影響因素之一，可選擇糧食產量作為社會目標的表徵指標。據此，根據規劃水平年的人口發展，確定糧食種植面積，保證自給自足。
（3）生態目標選擇
水資源優化配置的生態目標是維持現有生態系統平衡、恢復或改善生態系統等。從水資源利用的角度講，生態供水量是生態平衡狀態的間接度量。據此，選擇在基本保證生態需水的前提下，水量的分配。
3.約束條件
（1）資源約束
1）地表水約束。各子區不同用水部門引用地表水量之和應小於可供地表水量。
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
2）地下水約束。考慮到地下水維系天然植被的功能，各子區不同用水部門引用的地下水量應小於允許開采量。
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
3）目標約束。最大程度地滿足人民生活及各種經濟活動對水資源的需求。
准噶爾盆地地下水資源及其環境問題調查評價
式中：需水量（min）=α×需水量（max），α為基本用水系數，α=1，表示生活用水及天然生態需水必須保證；0.5＜α＜1.0，表示生產（工業、農業）用水可適量減少；0.6＜α＜1.0，表示人工生態用水應盡量保證。
（2）地下水位約束
為防止由於地下水位過高或地下水位過低，導致土壤鹽漬化和沙漠化，必須將灌區地下水位調控在一定的范圍內。鑒於奎屯河流域下游平原區地下水以垂向交換為主，因此，在忽略單元之間水平方向水量交換的前提下，第l單元地下水位約束可用如下不等式表示：
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（3）非負約束
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（三）多目標優化配置模型求解
1.計算方法概述
本次採用MATLAB 遺傳演算法優化工具箱對上述模型進行求解。
2.遺傳演算法基本原理
生物的進化是一個奇妙的優化過程，它通過選擇淘汰，突然變異，基因遺傳等規律產生適應環境變化的優良物種。遺傳演算法是根據生物進化思想而啟發得出的一種全局優化演算法。
遺傳演算法的概念最早是由Bagley J D在1967年提出的；而開始遺傳演算法的理論和方法的系統性研究的是1975年，這一開創性工作是由Michigan大學的J.H.Holland所實行。當時，其主要目的是說明自然和人工系統的自適應過程。
3.遺傳演算法的求解步驟
遺傳演算法提供了一種求解復雜系統優化問題的通用框架，它不依賴於問題的領域和種類。對一個需要進行優化計算的實際應用問題，一般可按下述步驟來進行遺傳演算法求解。
圖9-3 遺傳演算法的基本流程
1）確定決策變數及其各種約束條件，即確定出個體的表現型和問題的解空間。
2）建立優化模型，確定出目標函數的類型，是求目標函數的最大值還是求最小值，並確定目標函數的數學描述形式或量化方法。
3）確定表示可行的染色體編碼方法，也即確定出個體的基因型及遺傳演算法的搜索空間。
4）確定解碼方法，即確定出由個體基因型到個體表現型的對應關系或轉換方法。
5）確定個體適應度的量化評價方法，即確定出由目標函數值到個體適應度的轉換規則。
6）設計遺傳運算元，即確定出選擇運算、交叉運算、變異運算等遺傳運算元的具體操作方法。
7）確定遺傳演算法的有關運行參數，即確定出遺傳演算法的群體規模、最大迭代代數、選擇運算元、交叉運算元、變異運算元等參數。具體詳見圖9-3。
4.參數選擇
（1）各目標權重系數
通過對各個目標進行加權，並不斷調整各目標的權重值以達到一個較理想的規劃方案，最終確定多目標模型中水資源節約目標的權重系數為0.6，工農業經濟目標權重系數各為0.2。生態環境方面由於目標難以定量化，所以把它考慮在生態環境需水量和地下水位約束條件中。
（2）可供水量
可供水量包括地表水可供水量和地下水可供水量。不同的來水頻率和配置方案，可供水量不同。通過水利工程挖潛改造，工農業節水，污水回用及地下水開采工程的實施，可有效緩解奎屯河流域缺水，但缺水仍達20%以上。修建山區調蓄水庫和外流域調水是從根本上解決奎屯河流域缺水的必要措施，因此本次主要計算在來水50%（多年平均）保證率、中等需水情況下，充分利用當地水資源即配置方案5的水量分配。
（3）需水量
不同水平年需水量、農業用水定額、工業萬元產值用水量，在需水預測計算時已詳述。
（4）地下水位約束
奎屯河流域存在的生態環境問題與地下水位密切相關，因此，確定合理的地下水位，對於奎屯河流域生態環境保護至關重要，而地下水位的高低直接受控於地下水資源的開發利用模式。因此，為遏止奎屯河流域生態環境惡化，必須採用合理的地下水開發利用模式，協調生活、生產和生態用水，實現流域人口、資源、環境與經濟社會的協調發展。
1）山前洪積礫質傾斜平原區。該區地下水位要有利於地下水水庫調蓄，獲得最大的地下水水庫庫容，從而發揮地下水含水層的最大調蓄能力。
2）沖積平原灌區。自溢出帶至一二六團，該區是奎屯河流域的農業灌溉區。該區地下水位主要研究如何控制地下水位，使得灌溉期前，有利於灌溉水入滲補給地下水，灌溉期後又不造成土壤鹽漬化。根據觀測資料，對灌區地下水生態水位在灌溉期前控制在4～6 m，灌溉期後，控制在3～5 m，以形成最大的地下庫容，且土壤不產生鹽漬化。
3）沖湖積平原甘家湖天然林保護區。根據調查研究，天然植被的生長狀態與地下水埋深關系詳見表9-31。
表9-31 准噶爾盆地南緣主要植被生長狀態與地下水埋深關系表
根據調查研究成果，該區地下水位控制在1.5～7 m，天然植被生長較好。為此，在維持現狀的基礎上，應考慮逐步改善該區的生態環境現狀，規劃各水平年2010年、2020年、2030年進入甘家湖地區的水量分別為1.92×108 m3、3.13×108 m3、3.54×108 m3。
九、水資源優化配置模型求解結果及分析
（一）計算結果
採用MATLAB 遺傳演算法優化工具箱對上述模型進行求解，其結果詳見表9-32～表9-35。
（二）結果分析
1.現狀水平的水資源優化配置成果及分析
現狀水平，奎屯河流域水資源總量為17.83×108 m3，其中地表水資源16.21×108 m3，山前側向補給資源1.11×108 m3，降水補給0.51×108 m3。奎屯河流域總需水量18.21×108 m3，其中生活需水量0.34×108 m3，工業需水量0.74×108 m3，農業需水量12.74×108 m3，人工生態需水1.80×108 m3，天然生態需水2.59×108 m3。生活用水占總用水量2%，工業用水佔5%，農業用水占的77%，生態用水佔16%。
按烏蘇市與農七師分水協議，採用水資源優化配置模型進行現狀水平水資源優化配置計算，見表9-32，流域平均總供水量15.37×108 m3，其中地表水供水量11.27×108 m3，地下水供水量4.1×108 m3，總缺水量2.84×108 m3，缺水率15.6%。缺水分布為：中游農田灌溉缺水0.91×108 m3，下游天然生態缺水1.88×108 m3，無地表徑流進入甘家湖區。
地下水開采比例在細土平原區地下水埋深1～5 m區，農業開采地下水比例在20%～30%，鹽漬化嚴重；在水位埋深5～10 m區農業開采地下水比例在15%～25%。在山前傾斜礫質平原水位埋深大於50 m區，農業未開采地下水。
2.2010年水平水資源優化配置成果及分析
2010年水平，奎屯河流域水資源總量為17.83×108 m3，其中地表水資源16.21×108 m3，山前側向補給資源1.11×108 m3，降水補給0.51×108 m3。奎屯河流域總需水量22.44×108 m3，其中生活需水量0.71×108 m3，工業需水量1.18×108 m3，農業需水量10.6×108 m3，人工生態需水7.36×108 m3，天然生態需水2.59×108 m3。生活用水占總用水量3%，工業用水佔5%，農業用水占的47%，生態用水佔45%。
按配置方案5及烏蘇市與農七師分水協議，採用水資源優化配置模型進行現狀水平水資源優化配置計算，見表9-33，流域平均總供水量17.52×108 m3，其中地表水供水量13.38×108 m3，地下水供水量4.14×108 m3，總缺水量4.7×108 m3，缺水率22%。缺水分布為：中游農田灌溉缺水2.71×108 m3，人工生態缺水2.21×108 m3，有1.92×108 m3地表徑流進入甘家湖區。
表9-32 2003年奎屯河流域水資源優化結果表（單位：104 m3）
表9-33 2010年奎屯河流域水資源優化結果表（單位：104 m3）
地下水開采比例在細土平原區地下水埋深1～5 m區，農業開采地下水比例在16%～30%之間；在水位埋深5～10 m區農業開采地下水比例在13%～20%之間，詳見圖9-4。在山前傾斜礫質平原水位埋深大於50 m區，農業未開采地下水。
3.2020年水平水資源優化配置成果及分析
2020年水平，奎屯河流域水資源總量為17.83×108 m3，其中地表水資源16.21×108 m3，山前側向補給資源1.11×108 m3，降水補給0.51×108 m3。奎屯河流域總需水量24.11×108 m3，其中生活需水量0.95×108 m3，工業需水量2.42×108 m3，農業需水量9.39×108 m3，人工生態需水7.55×108 m3，天然生態需水3.80×108 m3。生活用水占總用水量4%，工業用水佔10%，農業用水占的39%，生態用水佔47%。
按配置方案5及烏蘇市與農七師分水協議，採用水資源優化配置模型進行現狀水平水資源優化配置計算，見表9-34，流域平均總供水量19.17×108 m3，其中地表水供水量14.09×108 m3，地下水供水量5.08×108 m3，總缺水量4.94×108 m3，缺水率21%。缺水分布為：工業缺水0.62×108 m3，中游農田灌溉缺水2.39×108 m3，人工生態缺水1.93×108 m3，有3.13×108 m3地表徑流進入甘家湖區。
圖9-4 奎屯河流域灌區地下水開采所佔比例等值線圖
地下水開采比例在細土平原區地下水埋深1～5 m區，農業開采地下水比例在20%～35%；在水位埋深5～10 m區農業開采地下水比例在16%～25%，農業開采地下水比例增加。在山前傾斜礫質平原水位埋深大於50 m區，農業未開采地下水。
4.2030年水平水資源優化配置成果及分析
2030年水平，奎屯河流域水資源總量為17.83×108 m3，其中地表水資源16.21×108 m3，山前側向補給資源1.11×108 m3，降水補給0.51×108 m3。奎屯河流域總需水量25.27×108 m3，其中生活需水量1.18×108 m3，工業需水量4.15×108 m3，農業需水量8.32×108 m3，人工生態需水7.41×108 m3，天然生態需水4.21×108 m3。生活用水占總用水量5%，工業用水佔16%，農業用水占的33%，生態用水佔46%。
表9-34 2020年奎屯河流域水資源優化結果表（單位：104 m3）
按配置方案5及烏蘇市與農七師分水協議，採用水資源優化配置模型進行現狀水平水資源優化配置計算，見表9-35，流域平均總供水量21.21×108 m3，其中地表水供水量14.28×108 m3，地下水供水量6.93×108 m3，總缺水量4.06×108 m3，缺水率16%。缺水分布為：工業缺水1.18×108 m3，中游農田灌溉缺水1.52×108 m3，人工生態缺水1.36×108 m3，有3.54×108 m3地表徑流進入甘家湖區。
表9-35 2030年奎屯河流域水資源優化結果表（單位：104 m3）
地下水開采比例在細土平原區地下水埋深1～5 m區，農業開采地下水比例在25%～41%；在水位埋深5～10 m區農業開采地下水比例在20%～30%，農業開采地下水比例增加。在山前傾斜礫質平原水位埋深大於50 m區，農業未開采地下水。
各水平年優化結果中生活、生產、生態用水比例，詳見表9-36。由表中可以看出，生活用水比例不斷增加，由現狀的2%，增加到2030年的6%；生產用水比例不斷減少，由現狀的82%，減少到2030年的50%，而其中的農業用水比例減少，工業用水比例增加；生態用水比例由現狀的16%，增加到44%。由現狀無地表徑流進入甘家湖區，到2030年有3.5×108 m3地表徑流進入甘家湖區，將逐漸改善該區及艾比湖的生態環境現狀。
表9-36 奎屯河流域不同水平年各用水部門用水比例優化結果表
5.流域內不同水平年地表水與地下水利用量優化結果
2003年地下水用水量占總用水量的27%，地表水佔73%；2010年地下水用水量占總用水量的32%，地表水佔68%；2020年地下水用水量占總用水量的23%，地表水佔67%；2030年地下水用水量占總用水量的32%，地表水佔68%，見表9-37。這表明流域內以引用地表水為主，開采地下水為輔；各規劃水平年地下水用水比例保持在32%左右，對現狀灌區鹽漬化有明顯的改善。
表9-37 奎屯河流域不同水平年用水優化結果中地表水、地下水用水量表
總之，優化結果基本體現了生態保護與國民經濟發展，人民生活水平提高與節約水資源相協調的原則。
② 資源優化配置的應用范疇
以國民經濟發展中最重要也是最基本的兩個要素：土地資源和水資源為例： 土地是人類社會生存和發展的物質基礎。在社會經濟的可持續發展過程中，土地資源是一個重要的基礎和根本保證。隨著經濟的不斷發展和工業化、城市化進程的加快，土地非農化和土地生態環境惡化削弱了農業可持續發展的資源基礎，實現土地可持續利用就成為一個非常重要的議題。
土地資源優化配置是指為了達到一定的社會、經濟和生態目標，根據土地特性，利用一定的科學技術和管理手段，對一定數量的土地資源進行合理分配，實現土地資源可持續利用。土地資源優化配置是土地可持續利用的重要途徑，是國民經濟可持續發展的重要保障，科學、合理、有效的土地利用方式是緩解資源、人口、環境問題的一個重要方面。
土地資源優化配置是一項復雜的系統工程，是一個多目標、多層次的持續擬合與決策過程，主要通過構建土地資源優化配置模型，採用多學科的多種方法論，包括動態模擬、數學規劃、系統動態學、工程學等理論和方法進行土地資源優化配置研究。 水資源優化配置是指在一個特定流域或區域內，工程與非工程措施並舉，對有限的不同形式的水資源進行科學合理的分配，其最終目的就是實現水資源的可持續利用，保證社會經濟、資源、生態環境的協調發展。水資源優化配置的實質就是提高水資源的配置效率，一方面是提高水的分配效率，合理解決各部門和各行業（包括環境和生態用水）之間的競爭用水問題。統計資料表明，無論是從時間過程還是從不同國家的橫向對比來看，隨著社會經濟的發展提高，農業用水將大量被工業和生活用水所取代。另一方面則是提高水的利用效率，促使各部門或各行業內部高效用水。
水資源優化配置包括需水管理和供水管理兩方面的內容。在需水方面通過調整產業結構與調整生產力布局，積極發展高效節水產業抑制需水增長勢頭，以適應較為不利的水資源條件。在供水方面則是協調各單位競爭性用水，加強管理，並通過工程措施改變水資源天然時空分布與生產力布局不相適應的被動局面。 第一，基本內涵不同.資源優化配置指的是能夠帶來高效率的資源使用，其著眼點在於"優化",它既包括企業內部的人，財，物，科技，信息等資源的使用和安排的優化，也包括社會范圍內人，財，物資源配置的優化.人們經常所說的"勞動優化組織","改善企業經營管理","下崗分流，減員增效"等，主要就是從這個角度來講的.資源的合理配置是指符合社會生產，生活需要的有效的資源使用，其著眼點在於"有效","有用".從微觀角度看，企業內部有效的資本投資方向，資產結構，產品創新機制等能達到資源配置的合理化；從宏觀上看，則主要是指資源的安排能可持續地滿足社會各部門，企業，社會各階層等多方面利益.當前經濟活動中，保持經濟總量的基本平衡，產業結構的調整，國有經濟布局的戰略性調整，國有企業的戰略性改組，制止不合理的重復建設，再就業工程和社會保障工程的實施，西部大開發戰略的實施等，主要是從資源配置的合理化，有效性角度來說的.
第二，衡量的標准不同.資源配置是否優化，其標准主要是看資源的使用是否帶來了生產的高效率和企業經濟效益的大幅度提高.市場優勝劣汰的競爭機制，必然導致一部分企業的破產倒閉.一般說來，那些在同行業中科技水平不高，生產效率低，經濟效益差的劣勢企業，會因其產品和服務缺乏市場競爭力而遭淘汰.因此，從資源使用這個角度看，歸根到底是看有沒有實現生產的高效率，高效益.資源配置是否合理，主要是資源的使用是否符合社會生產，生活的需要.中國過去國有企業組織結構中的大而全，小而全的重復建設，其資源配置就是不合理的.這不僅造成資源的嚴重浪費，也造成生產的專業化程度低，經濟規模小,缺乏競爭力，根本無法適應市場經濟的發展，中國資源使用中出現的西部地區水土流失，耕地減少，東西部經濟差距拉大等現象，就不利於經濟，社會的可持續性發展和社會主義共同富裕的實現。
第三，實現途徑不同。資源的優化配置主要靠的是市場途徑，資源的合理配置則既依靠市場，又依靠國家宏觀調控.由於市場經濟具有平等性，競爭性，法制性和開發性的特點和優點，它能夠自發地實現對商品生產者和經營者的優勝劣汰的選擇，促使商品生產者和經營者實現內部的優化配置，調節社會資源向優化配置的企業集中，進而實現整個社會資源的優化配置.因此，市場經濟是實現資源優化配置的一種有效形式.由於市場調節作用的有限性以及市場調節的自發性，盲目性，滯後性等弱點，社會生產和再生產所需要的供求的總量平衡，經濟和社會的可持續發展，社會公共環境等，必然由國家的宏觀調控來實現.企業內部，部門或地區資源的合理使用，則主要是由市場途徑來實現的.優勝劣汰的競爭機制，促使企業改進技術，改善經營管理，提高勞動生產力，降低生產成本，提高經濟效益，實現資源優化配置.同時，也促進企業面向市場組織生產,優化資產結構，形成合理的創新機制，從而在微觀的企業，部門或地區范圍內實現資源的合理配置.為此，市場手段既能實現資源的合理配置，又能實現資源的優化配置，這就是人們在談及市場經濟條件下資源配置時經常把資源的優化配置和合理配置結合起來使用的原因。 資源的配置問題是任何以分工為基礎的社會都面臨的重大經濟問題，作為資源的兩種姿態，在市場經濟條件下，資源的優化配置和合理配置有著緊密的聯系。
首先，合理配置是優化配置的前提條件.整個社會生產是一個由各個部門構建的復雜系統，它要求人，財，物等資源在各個部門的配置保持一定的比例.只有比例協調，社會再生產才能順利進行.在中國計劃經濟體制下，由於忽視價值規律作用的盲目建設，重復建設，造成資源的浪費和破壞，在這種情況下，根本無法談及資源優化配置.在市場經濟條件下，如果產品結構，產業結構等經濟結構不合理，被淘汰的不僅是劣者，具有某種優勢者，而且國家從整個經濟的全局考慮，某些強勢企業也可能被砍掉.因此，資源的優化配置是以合理配置為前提，是以經濟和社會的可持續發展，以整個社會經濟的協調發展為前提的。
其次，優化配置是合理配置的最終目標.人類社會的生產過程，就是運用資源,實現資源配置的過程.由於資源的有限性，投入到某種產品生產的資源的增加必然會導致投入到其他產品生產的這種資源的減少，因此，人們被迫在多種可以相互替代的資源使用方式中，選擇較優一種，以達到社會的最高效率和消費者，企業及社會利益的最大滿足.從這個意義講，人類社會的發展過程，就是人們不斷追求實現資源的優化配置，爭取使有限的資源得到充分利用，最大限度地滿足自己生存和發展需要的歷程.在市場經濟中，市場對生產資料和勞動力在社會各部門之間大體保持適當的比例關系的調節，國家宏觀調控在制定國民經濟和社會發展戰略目標，搞好經濟發展的規劃及總量控制，重大結構和重大生產力布局等方面的作用，從整個社會發展來看，其目的都是為了保證社會生產的順利進行，保證有限的資源得以最大限度地利用。
③ 地表水資源環境存在問題及防治對策和建議
一、地表水資源環境存在的主要問題
隨著經濟和社會的發展，山東半島水資源供需矛盾日益突出，水資源總量不足和供水不足已成為制約經濟社會可持續發展的「瓶頸」因素。山東半島水資源開發利用中存在的主要問題表現在以下幾個方面:
1)有限的水資源不能得到合理有效地利用，尚未實現水資源的優化配置。
2)水管理體制不順，管理水平有待提高。
3)水污染程度不斷加劇。
4)供水水價偏低，水資源費和污水處理費徵收不到位。
5)水權不明晰，水市場不發育，極大地影響了水資源的優化配置。
二、地表水資源環境合理開發利用對策和建議
1.節約用水，建立節水型社會
解決缺水問題，一靠開源，二靠節流。由於受當地水資源的影響，開源具有一定的限制，相比之下，節流即節約用水顯得更為可行。節約用水的核心是高效地使用水資源，提高水資源的利用率，使有限的水資源產生盡量大的經濟效益。因此，我國水資源可持續發展戰略的首條就是節水。
2.多方舉措確保地表水資源環境的保護和可持續利用
1)建立健全水法規體系，用《水法》、河道管理條例等相關法律、法規進行水資源管理，進一步完善水法規體系，加快《黃河法》的立法進程，全面推進依法治水，加大行政執法力度，明確責任，依法制定水資源利用規劃，實行取水許可證制度。
2)加強水污染和治理，控制水環境的變異。認真貫徹《環境保護法》，從嚴掌握和控制排污總量，建立排污許可證制度。必須在工廠企業內實行污水處理，以達到排放標准。在水源地附近，要設立一定范圍的衛生防護帶，嚴禁採取滲坑、滲井等地下排污方法。把水資源管理和環境保護工作納入地區國民經濟建設的軌道，努力實現經濟效益、社會效益和生態效益的統一。
3)繼續加強水利工程建設，繼續加強流域工程建設，進一步完善工程體系，通過對黃河幹流大型骨幹水庫的聯合調度，有效調節河川徑流，協調天然來水與國民經濟需水之間的矛盾，協調生產、生活和生態環境用水的關系。加強水資源保護和水土保持工作，實行城鄉統籌，合理調配，優化配置水資源。
4)進一步深化水利改革。大力推進水利工程管理體制改革，制定並完善相關政策，逐步建立一個以水權為核心、水價為手段、水資源有償使用的水利發展新機制，充分發揮價格在水資源配置中的杠桿作用，多渠道籌集水利建設和管理資金，促進經營者和使用者對水資源的合理開發利用，提高水資源利用的經濟、社會和生態效益，促進全社會節約用水、合理用水、保護水資源。
3.水資源聯合調度
水資源聯合調度包括地表水與地下水、當地水與客水等的聯合調度。
大氣降水、地表水、地下水三者關系密切，而地表水與地下水又存在著相互轉化關系。隨著下墊面條件的改變和人類活動的增加，地下水與地表水之間的相互轉化關系變得更加復雜，因此應對地表水、地下水、客水實行聯合調度，在豐水季節或豐水年份盡可能多蓄、多用地表水，並設法利用多餘洪水對地下水進行回灌補源，盡量減少或不開采地下水;在枯水年份或枯水季節適當增采地下水，做到以井保豐，以河補源，統籌安排，相互補償。
山東半島水資源聯合調度的原則是:優先利用當地地表水，合理開采地下水，充分利用黃河水，科學調引長江水;供水要從當地水資源的實際情況出發，因地制宜，城鄉、工農業統一安排，優化調度，貫徹「優水優用」的原則，優質水要優先滿足生活用水;對水質要求不高的工業和農業及環境用水，盡量使用污水處理後的再生水;對現有水源採取有效工程措施，防止供水衰減。
④ 在進行水資源優化管理配置時，應遵循以下哪些原則
從水資源方面分析，它具有流動性、隨機性、易污染型、利害兩重性等不同於其他自然資源的特有屬性。在用水戶屬性上分析，從平面位置上，它們分布在河流的上下游、左右岸甚至跨流域；從用水時間上，他們可以是現在的用水戶，也可以是將來的用水戶；從用水戶的性質上，他們可以是人口、工業、農業、生態環境等；從用水的主體上，它們可以是自然人、社會法人、社會組織、社會公眾（如生態環境用水）等。這些屬性決定了水資源分配方式較其他自然資源的分配方式更復雜。
現階段，水資源配置時一般原則：時問上的優先順序為現狀用水戶、潛在用水戶（將來增加的需水量）；在空間上的優先順序為先上游、後下游，先本流域後外流域；用水產性質的優先順序為生活用水、生產用水、生態環境用水。按照上述原則分配水資源有其局限性，表現為：外流域現狀用水戶對本流域潛在用水戶的用水影響，上游潛在用水戶對下游現狀用水戶的用水影響，生態環境用水不足造成的生活和生產上有水無用的影響。
⑤ 區域水資源優化配置方法
當今全球性水資源短缺危機嚴重威脅人類的生存安全，特別是區域性的水資源緊張越來越嚴重地制約著社會的進步、經濟發展和人們生存環境的改善。對於缺水區域而言，水資源是有限的，具有稀缺性，其中部分地區的水資源開發具有競爭性。由此決定了區域水資源必須優化配置，以使其發揮最大的經濟、社會、環境效益，保證區域經濟社會的可持續發展。徐振辭對區域水資源優化配置方法進行了如下闡述[5]：
第一，確定優化目標、可行決策方案和約束條件。有時，優化目標只有一個，如可確定水的經濟效益最大或供水量最大，也可確定幾個目標值，如分別選經濟、環境、社會等方面的代表性目標。確定可行決策方案是指水資源系統中所有的可行決策方案，如供用水工程的確定或調配計劃可行性等。在分析系統的優化時，也應將所有的約束條件確定，如果約束條件遺漏或設計不正確，優化方案可能是不正確的或不是最優的。
第二，建立數學模型，即用數學模型來模擬描述系統內各影響因素的特徵以及相互影響關系和影響力度。在實際規劃中，有些決策變數難以用數字表達，應採用特定的技術解決非結構化問題。
第三，數學模型求解，按照選擇的數學模型確定模型的計算參數，選擇適當的分析計算方法，得出優化解。最後還要進行靈敏度分析，分析模型中所含參數變化范圍及其對最優解的影響作用。
第四，計算結果的驗證，最好的率定方法是，選取可靠的實際系統記錄與模型性能及輸出結果進行比較，然後通過調整率定參數，保證模型輸出結果准確可靠。
此外，丘林等結合實例，提出了區域水資源優化配置大系統分解協調模型、作物非充分灌溉制度的多目標優化模型和作物間水量優化分配及作物種植結構模型，並進行了區域間水量的優化配置研究[6]。
參考文獻
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⑥ 水利工程的不確定性體現在哪些方面,是如何影響水利工程的安全的
水利工程建設導致氣候環境差異性擴大，氣溫升高。水利工程建設對於降雨量、氣溫、大氣、風力、霧氣等氣候環境的影響是十分顯著的。
主要原因是水庫大壩等水利工程擴展建設，使得原本的水資源系統發生改變，河流水、地表水、地下水等水系統因為人為作用聚集或分散，造成局部水因子聚集量超標或驟減，產生水量失衡，破壞了原有的氣候環境。
注意事項：
首先，例如在水庫大壩灌溉工程分布密集的地區，因為水分子集中在水庫上空，造成水庫區域內濕度高，蒸發量也會有所增加，減少了庫區降雨量，城市地區則會相對增加降雨量，並且由於降雨量的增加，再加上城市廢氣污染嚴重極易導致城市地區出現霧霾天氣，影響人們生活的同時更加有害人類的身體健康。
其次，由於水庫等水利工程的建設是將大量水資源引入到人工開鑿的地面區域內，這樣的工程模式改變了水量平衡，讓原本的陸地聚集了大量水源影響空氣內部結構，造成氣溫年平均值呈上升趨勢，加快溫室效應程度，導致氣溫持續升高。
⑦ 水資源的研究報告
我很無語
1.水資源價值
沈大軍,梁瑞駒,王浩,蔣雲鍾文獻來自:水利學報1998年第05期CAJ下載PDF下載
以上是作者對資源和水資源定義及水資源價值的討論和認識.對於不同的水資源來講,特別是對於不同時間和空間上的水資源,它們的價值所包含的內容會有所不同...
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2.區域水資源承載力研究
賈嶸,薛惠峰,解建倉,蔣曉輝文獻來自:西安理工大學學報1998年第04期CAJ下載PDF下載
在水資源系統,通過對區域水資源的現狀評價、水資源的潛力和水資源的優化配置的研究,確定在不同水平年、不同配置方案下的可供水量大小。在宏觀經濟社會系統,通過對工業、農業和社會的發展規模水平的研究,確定在不同水平年、不...
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3.水資源合理配置淺析
甘泓,李令躍,尹明萬文獻來自:中國水利2000年第04期CAJ下載PDF下載
水資源分配機制的多樣性將會使水資源分配趨於合理,最終實現水資源可持續利用的目的。●水資源合理配置淺析@甘泓$中國水利水電科學研究院@李令躍$中國水利水電科學研究院@尹明萬$中國水利水電科學研究...
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4.論水資源安全與水資源安全預警
鄭通漢文獻來自:中國水利2003年第11期CAJ下載PDF下載
水資源安全要求對水資源的開發利用必須是在水資源承載能力以內,超出水資源承載能力提供的水資源哪怕是滿足了需求也是不安全的。因為水資源承載能力體現的是水資源「自身能夠持續支撐的經濟社會發展規模和維系良好生態系統的能...
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5.區域水資源承載力研究
馮耀龍,韓文秀,王宏江,練繼建,黃津明文獻來自:水科學進展2003年第01期CAJ下載PDF下載
對區域水資源承載力進行了科學界定;揭示了其內涵與實質,認為區域水資源承載力具有"流體"的特徵,即,一定狀況下,區域水資源承載能力是一定的,但其表現形式可是多種多樣的;以"承載人口數"作為其綜合指標,採用系統優化方法建立了區域水資源承載力的計算模型。並對天津地區現...
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6.現代水資源評價及水資源學學科體系研究
王浩,王建華,秦大庸,陳傳友,江東,姚治君文獻來自:地球科學進展2002年第01期CAJ下載PDF下載
如水資源生態學、水資源環境學、水資源法學、水資源經濟學、水資源管理學、水資源工程學、水資源信息學等,大多屬於交叉學科。因此,水資源學與水利科學存在著既有區別又有聯系的辨證關系,而且後者是水資源變為經濟優勢的...
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7.中國水資源與可持續發展
張岳文獻來自:中國農村水利水電1998年第05期CAJ下載PDF下載
而且由於水環境的變化和水質的惡化,水資源短缺的形勢越來越嚴峻。解決水資源短缺的途徑,一是加強水資源的全面規劃,對天上水、地表水、地下水包括土壤水要進行總體規劃,並加強水資源的?...100053水資源;;節水灌溉;;農業節水;;可持續發展從世界水資源緊缺的現實出發,論述了中國水資源與可持續發展的關系...
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8.流域水資源集成管理
曾維華,程聲通,楊志峰文獻來自:中國環境科學2001年第02期CAJ下載PDF下載
也是流域水資源集成管理的核心,因此,水資源集成管理也稱作水資源沖突管理.4.3流域水資源集成管理的技術路線流域水資源集成管理的技術路線涉及流域水環境復雜大系統的系統分析,在此基礎上對水資源的多用途進行分解協調,為各...
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9.水資源價值模型研究
姜文來文獻來自:資源科學1998年第01期CAJ下載PDF下載
其主要原因在於水資源來源———降水的不確定性、水資源用途多樣性、水資源不可替代性、水資源供求的區域性以及水資源利用對自然環境的影響目前尚難全面把握...
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10.水資源水資源價值水資源影子價格
汪黨獻,王浩,尹明萬文獻來自:水科學進展1999年第02期CAJ下載PDF下載
水資源價值實現在於水資源的合理利用,水資源影子價格是水資源價值計算的基礎。水資源水資源價值水資源影子價格@汪黨獻@王浩@尹明萬$中國水利水電科學研究院水資源,水資源價值,水資源影子價格在探討水資源、水資源價值和...