水资源优化配置的不确定性有哪些
① 奎屯河流域水资源优化配置
一、水资源与开发利用现状概况
奎屯河流域地处位于新疆天山北坡经济带西缘的“金三角”地带，流域内年平均地表水资源量为16.21×108 m3，地下水天然补给量1.62×108 m3，水资源总量为17.83×108 m3。平原区地下水总补给量8.41×108 m3，其中转化资源量6.79×108 m3，占总补给量的81%。地下水可开采量为6.25×108 m3，2003年实际开采量3.39×108 m3。
2003年奎屯河流域总用水量为14.65×108 m3，其中生活用水量为0.34×108 m3，占总用水量的2%；生产用水量11.28×108 m3，占总用水量的77%，而其中的农业用水量为10.54×108 m3，占总用水量的72%；人工生态用水1.8×108 m3，占总用水量的12%。
奎屯河流域总用水量为水资源总量的82%，地表水资源利用率70%，几条主要河流奎屯河、四棵树河、古尔图河的引水率均超过了80%，水资源利用程度明显偏高，造成国民经济用水挤占生态用水，致使本区生态状况呈恶化趋势。因此，必须调整用水结构，强化节水，充分考虑生态用水的基本需求，促使奎屯河流域社会、经济与生态的协调发展。
二、水资源利用效率分析
在奎屯河流域，农业用水占全部用水量的70%以上，用水量水消耗系数为7.87 m3/kg，远远超过了全国平均水平（1.102 m3/kg），农业水资源利用效率系数仅为0.13kg/m3。工业用水的重复利用率为40%左右，流域除独山子区工业万元产值用水量24 m3，其他地区万元产值耗水量平均165 m3，比全国平均水平高60%以上。
以单位用水量产出的GDP衡量用水效率，2003年奎屯河流域平均用水效率为5.6元/m3，仅为2000年全国平均水平的34%，水资源有效利用率仅为54%。
三、水资源开发利用中存在的问题
随着流域人口增加和经济、社会的发展，奎屯河流域水资源开发利用程度不断提高，流域出现了典型的资源性缺水现象，致使进入下游水量急剧减少，导致河流下游断流。从而，一方面造成流域灌区内部地下水位升高，土壤盐渍化，作物减产，土地弃耕；对于非耕地亦造成草木生长稀疏，林木退化；流域下游区域地下水位下降，甘家湖天然林保护区及艾比湖流域生态环境恶化河流中下游断流，地下水位持续下降。流域下游地区环境恶化。
四、奎屯河流域水资源优化配置的指导思想
为遏止奎屯河流域生态环境恶化的趋势，要以生态建设为根本，以水资源的科学管理、优化配置、高效利用和有效保护为核心，上、中、下游统筹规划，工程措施和非工程措施相结合，生态效益与经济效益兼顾，协调生活、生产和生态用水，充分运用法律、行政、经济、科技、宣传、教育手段，进行综合治理的指导思想。从全局利益的高度着眼，以水资源的可持续利用促进当地经济社会可持续发展为目标，系统全面考虑流域较长时期的发展需求，调整产业结构和用水结构，进一步协调生活、生产和生态用水，逐步形成符合奎屯河流域特点的、完善的水资源统一管理和生态环境保护体系，实现流域人口、资源、环境与经济社会的协调发展。
五、奎屯河流域水资源优化配置目标
此确定奎屯河流域水资源优化配置的总目标为：通过合理调度地表水，优化开采地下水，在保证人民生活用水的前提下，维持艾比湖、甘家湖天然林保护区现状的基础上，合理分配工业、农业用水比例，逐步恢复古尔图河、四棵树河下游末端林地。其次是恢复奎屯河在保护区范围内的衰败林项，保障其需水量，使水资源开发获得最佳的经济、环境、社会效益，使区域经济向良性循环方向发展。
六、奎屯河流域水资源优化配置方案生成
根据奎屯河流域水资源优化配置目标、原则及具体问题，结合奎屯河流域规划、新疆“十一五”跨流域调水工程规划，主要从开源和节流角度拟定奎屯河流域水资源配置可行的方案集，如表9-26。
表9-26 奎屯河流域水资源配置可行方案设置表
在现状供水条件下，将各种可能的配置措施投入组合成其他的配置方案。其中挖潜，指对流域现有蓄、引、排工程挖潜改造；节水，包括工农业节水。通过工农业节水技术的实施，不同规划水平年高、中、低三种需水方案比现状条件下需水可减少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，指城镇生活及工业用水排放量，给下游天然生态供水，规划不同水平年污水回用水量分别为：2010年0.63×108m3、2020年1.2×108m3、2030年1.88×108m3。地下水开采工程，按流域规划，统一开采地下水；山区调蓄工程，即流域规划奎屯河上的特门水库、将军庙水库、红山水库和四棵树河上的吉尔格勒水库，总库容1.95×108 m3；跨流域调水工程，从国际河流伊犁喀什河向奎屯河流域调水5.0×108m3。
七、奎屯河流域供需水分析
（一）奎屯河流域现状2003年供需平衡分析
奎屯河流域现状2003年需水量18.21×108 m3，其中生活、生产、生态需水分别为0.34×108 m3、13.48×108 m3、4.39×108 m3，各占总需水量的1.8%、74.1%、24.1%，而生产需水中，农业需水为12.74×108 m3，占总需水量的70%。依据统计资料，奎屯河流域2003年供水量为15.42×108 m3，其中地表水供水量为11.32×108 m3，地下水供水量为3.39×108 m3，侧向排入艾比湖0.42×108 m3，排入奎屯河下游排碱渠0.29×108 m3，缺水2.84×108 m3。详见表9-27。
表9-27 2003年供需平衡分析表（单位：108 m3）
由表中可以看出，现状条件下，奎屯河流域缺水2.79×108 m3，其中农业缺水0.91×108 m3，天然生态缺水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.现状可供水量分析
可供水量是指在不同水平年、不同来水保证率的情况下，通过各类水利工程设施可以为各行政区、各部门提供的水量。可供水量的大小与水资源的总量、水利工程的供水能力及用水水平有关，同时也受国家、地方或各用水户之间的分水方案制约，在用水水平、水资源总量一定的情况下，可供水量主要取决于水源工程的类别、数量、设计规模和运行方式等。
现状水利工程、用水水平、分水方案条件下，奎屯河流域不同来水保证率情况下的可供水量详见表9-28。
表9-28 奎屯河流域不同来水保证率时的可供水量表（单位：108 m3）
由表中可以看出，在来水保证率50%（平水年）时，可供水量为14.95×108 m3，其中地表水可供水量10.89×108 m3，地下水开采量3.39×108 m3，地下水侧向排入艾比湖0.40×108 m3，排入下游排碱渠0.27×108 m3。
2.现状条件下，不同规划水平年，来水保证率50%时供需分析
奎屯河流域2003年地下水开采量为3.39×108 m3，地下水可开采量为6.25×108 m3。由于现状地下水开采没有统一规划，在奎屯市、乌苏市、八十四户乡、甘河子乡等地开采较集中，开采量大，已成为超采区。奎屯河流域规划按地貌单元、水文地质条件，将奎屯河流域平原区分为控制开采区、调蓄开采区、禁止开采区（指自然生态单元）等地下水开发利用分区。规划到2010，地下水开采量为3.47×108 m3；到2020年，地下水开采量为4.41×108 m3；2030年，地下水开采量为6.25×108 m3。据此，不同规划水平年多年平均2010年、2020年、2030年可供水量分别为15.03×108 m3、15.97×108 m3、17.81×108 m3。
3.来水保证率50%、中等需水情况下，不同配置方案供需分析
由表9-29中可以看出，来水保证率50%时，不同规划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，缺水占总需水量比例均大于20%。偏旱年、干旱年缺水会更明显。
表9-29 不同规划水平年来水保证率50%年供需分析表
由表9-30中可以看出，中等需水情况下，各种配置方案除外流域调水方案6外均缺水。方案1现状配置条件下，2030年缺水达总需水量的48%，将严重影响国民经济发展和人民生活水平的提高。方案2在挖潜改造和工农业节水情况下，一方面可供水量增加；另一方面，需水量相对减少。此方案配置条件下，到2030年缺水仍达37%，比方案1缺水量占总需水量的比例减少11%。配置方案3污水回用后缺水减少，但缺水也达到需水量的26%～30%。配置方案4实行地下水开采工程，缺水有逐步减少的趋势，到规划水平年2030年仅缺水18%。配置方案5修建山区调蓄水库后，可有效地缓解缺水情况。只有在配置方案6外流域调水情况下，可供水量大于流域内需水量，可向艾比湖供水0.14×108～1.55×108 m3，有利于改善该区的生态环境现状。由此，随着人口增加和经济的快速发展，奎屯河流域缺水将日渐严重。为实现奎屯河流域生态、社会和经济的可持续发展，必须采取工程和非工程措施，对有限的水资源进行优化配置。
八、奎屯河流域水资源优化配置模型建立及求解
（一）模型规划
1.管理区的划分
根据奎屯河流域的地理特征、水资源条件、灌区分布、生态环境现状、行政区划及发展规划，可将流域划分为若干子区（图9-2）。子区划分遵循以下原则：
1）尽量按照流域地形、地貌条件划分，以便计算可利用水资源量；
2）尽可能与行政分区一致，以方便资料收集整理，增加实施的可能性；
3）分区要与水资源调查评价中的分区相协调，以便采用水资源评价的成果。
依据以上原则可将奎屯河流域划分为Q个子区，某个子区用l表示，l=1，2，…，Q，Q=12。在每个子区内结合地下水位埋深进一步划分次级单元，次级单元不同埋深用不同的编码表示。
2.水源类型
根据奎屯河流域的实际情况，其供水水源有当地地表水、地下水、回用水、跨流域调水四种类型。
3.用水部门
区域用水一般可分为生活用水、生产用水和生态用水三大类。根据奎屯河流域实际，每一类用水可分为若干具体的用水部门。如生活用水分城镇居民、农村居民（包括牲畜用水）生活用水；生产用水包括工业用水、农业用水；生态用水包括人工生态用水、天然生态用水等。
表9-30 不同配置方案平水年可供水量表（单位：108 m3）
（二）多目标优化配置模型构建
1.决策变量
通过操纵可控变量，对水资源系统进行调控，并使系统的目标最终达到最优，该可控变量即为决策变量。根据奎屯河流域实际情况，水资源优化配置模型的决策变量是不同水源分配给不同用水部门的水量。分别用下式表示，即
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
式中：为i水源供给l子区j部门的水量。
图9-2 奎屯河流域水资源优化配置分区图
依据奎屯河流域实际，考虑到各用水部门的季节性及水源类型的差异，作如下说明：①生活用水考虑到用水的便利性、清洁性及用水习惯，全部使用地下水；②工业用水考虑到集中供水及处理方便等因素，全部使用地下水；③农业用水由地表水和地下水共同提供；④生态用水只考虑用地表水灌溉的植被面积，而对地下水维系的生态系统通过约束地下水位调控。
2.目标函数
奎屯河流域水资源优化配置的目标是在维持水资源可持续利用的条件下，实现区域经济、社会和生态环境综合效益最大。其中涉及经济目标、社会目标、生态目标等，而反应经济、社会、生态效益的指标非常多，且部分社会效益和生态效益指标不易量化，所以建立水资源优化配置模型时尽量选择能定量、有代表性的效益指标构造优化模型的目标函数。
（1）经济效益目标选择
在经济学中反应效益的目标众多，如产值、利润、国民经济总产值和国内生产总值等。本次计算选用工农业产值最大作为经济目标。
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
式中：为l子区j部门的工业、农业用水量；为l子区j部门单位水量产值系数；对工业用水部门可用万元产值用水定额推求，干旱区没有灌溉就没有农业，对农业用水部门用灌溉定额、灌溉面积和农业产值推求；为i水源分配给l子区j用水部门的水量。
工农业生产总值最大，反映了同等水量在不同用水部门间优化配置后取得的经济效益，但是，一方面，同一部门的水量来自不同的水源时，由于单位供水成本存在差异，从不同水源获得同等量供水的费用不同；另一方面，为满足经济社会对水资源需求，实现水资源可持续利用和经济社会协调发展，在工农业产值最大的情况下，要求水量消耗最少，且水资源配置系统的总投入费用最小作为经济效益目标。依据奎屯河流域实际情况，不同水源间以优先使用当地地表水、地下水、回用水，最后使用外调水。
水资源消耗量最小目标：
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
式中：W为流域消耗的总水量，108 m3；为i水源分配给l子区j用水部门的水量，108 m3。
（2）社会目标选择
社会目标极其广泛，包括社会稳定、生活质量、就业率、文化教育等。建模时，首先保证城市和农村的生活用水，作为保障生活质量的间接反映，并作为约束条件处理。另一方面，从社会发展的角度讲，粮食供应是社会稳定的主要影响因素之一，可选择粮食产量作为社会目标的表征指标。据此，根据规划水平年的人口发展，确定粮食种植面积，保证自给自足。
（3）生态目标选择
水资源优化配置的生态目标是维持现有生态系统平衡、恢复或改善生态系统等。从水资源利用的角度讲，生态供水量是生态平衡状态的间接度量。据此，选择在基本保证生态需水的前提下，水量的分配。
3.约束条件
（1）资源约束
1）地表水约束。各子区不同用水部门引用地表水量之和应小于可供地表水量。
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
2）地下水约束。考虑到地下水维系天然植被的功能，各子区不同用水部门引用的地下水量应小于允许开采量。
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
3）目标约束。最大程度地满足人民生活及各种经济活动对水资源的需求。
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
式中：需水量（min）=α×需水量（max），α为基本用水系数，α=1，表示生活用水及天然生态需水必须保证；0.5＜α＜1.0，表示生产（工业、农业）用水可适量减少；0.6＜α＜1.0，表示人工生态用水应尽量保证。
（2）地下水位约束
为防止由于地下水位过高或地下水位过低，导致土壤盐渍化和沙漠化，必须将灌区地下水位调控在一定的范围内。鉴于奎屯河流域下游平原区地下水以垂向交换为主，因此，在忽略单元之间水平方向水量交换的前提下，第l单元地下水位约束可用如下不等式表示：
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
（3）非负约束
准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价
（三）多目标优化配置模型求解
1.计算方法概述
本次采用MATLAB 遗传算法优化工具箱对上述模型进行求解。
2.遗传算法基本原理
生物的进化是一个奇妙的优化过程，它通过选择淘汰，突然变异，基因遗传等规律产生适应环境变化的优良物种。遗传算法是根据生物进化思想而启发得出的一种全局优化算法。
遗传算法的概念最早是由Bagley J D在1967年提出的；而开始遗传算法的理论和方法的系统性研究的是1975年，这一开创性工作是由Michigan大学的J.H.Holland所实行。当时，其主要目的是说明自然和人工系统的自适应过程。
3.遗传算法的求解步骤
遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架，它不依赖于问题的领域和种类。对一个需要进行优化计算的实际应用问题，一般可按下述步骤来进行遗传算法求解。
图9-3 遗传算法的基本流程
1）确定决策变量及其各种约束条件，即确定出个体的表现型和问题的解空间。
2）建立优化模型，确定出目标函数的类型，是求目标函数的最大值还是求最小值，并确定目标函数的数学描述形式或量化方法。
3）确定表示可行的染色体编码方法，也即确定出个体的基因型及遗传算法的搜索空间。
4）确定解码方法，即确定出由个体基因型到个体表现型的对应关系或转换方法。
5）确定个体适应度的量化评价方法，即确定出由目标函数值到个体适应度的转换规则。
6）设计遗传算子，即确定出选择运算、交叉运算、变异运算等遗传算子的具体操作方法。
7）确定遗传算法的有关运行参数，即确定出遗传算法的群体规模、最大迭代代数、选择算子、交叉算子、变异算子等参数。具体详见图9-3。
4.参数选择
（1）各目标权重系数
通过对各个目标进行加权，并不断调整各目标的权重值以达到一个较理想的规划方案，最终确定多目标模型中水资源节约目标的权重系数为0.6，工农业经济目标权重系数各为0.2。生态环境方面由于目标难以定量化，所以把它考虑在生态环境需水量和地下水位约束条件中。
（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。不同的来水频率和配置方案，可供水量不同。通过水利工程挖潜改造，工农业节水，污水回用及地下水开采工程的实施，可有效缓解奎屯河流域缺水，但缺水仍达20%以上。修建山区调蓄水库和外流域调水是从根本上解决奎屯河流域缺水的必要措施，因此本次主要计算在来水50%（多年平均）保证率、中等需水情况下，充分利用当地水资源即配置方案5的水量分配。
（3）需水量
不同水平年需水量、农业用水定额、工业万元产值用水量，在需水预测计算时已详述。
（4）地下水位约束
奎屯河流域存在的生态环境问题与地下水位密切相关，因此，确定合理的地下水位，对于奎屯河流域生态环境保护至关重要，而地下水位的高低直接受控于地下水资源的开发利用模式。因此，为遏止奎屯河流域生态环境恶化，必须采用合理的地下水开发利用模式，协调生活、生产和生态用水，实现流域人口、资源、环境与经济社会的协调发展。
1）山前洪积砾质倾斜平原区。该区地下水位要有利于地下水水库调蓄，获得最大的地下水水库库容，从而发挥地下水含水层的最大调蓄能力。
2）冲积平原灌区。自溢出带至一二六团，该区是奎屯河流域的农业灌溉区。该区地下水位主要研究如何控制地下水位，使得灌溉期前，有利于灌溉水入渗补给地下水，灌溉期后又不造成土壤盐渍化。根据观测资料，对灌区地下水生态水位在灌溉期前控制在4～6 m，灌溉期后，控制在3～5 m，以形成最大的地下库容，且土壤不产生盐渍化。
3）冲湖积平原甘家湖天然林保护区。根据调查研究，天然植被的生长状态与地下水埋深关系详见表9-31。
表9-31 准噶尔盆地南缘主要植被生长状态与地下水埋深关系表
根据调查研究成果，该区地下水位控制在1.5～7 m，天然植被生长较好。为此，在维持现状的基础上，应考虑逐步改善该区的生态环境现状，规划各水平年2010年、2020年、2030年进入甘家湖地区的水量分别为1.92×108 m3、3.13×108 m3、3.54×108 m3。
九、水资源优化配置模型求解结果及分析
（一）计算结果
采用MATLAB 遗传算法优化工具箱对上述模型进行求解，其结果详见表9-32～表9-35。
（二）结果分析
1.现状水平的水资源优化配置成果及分析
现状水平，奎屯河流域水资源总量为17.83×108 m3，其中地表水资源16.21×108 m3，山前侧向补给资源1.11×108 m3，降水补给0.51×108 m3。奎屯河流域总需水量18.21×108 m3，其中生活需水量0.34×108 m3，工业需水量0.74×108 m3，农业需水量12.74×108 m3，人工生态需水1.80×108 m3，天然生态需水2.59×108 m3。生活用水占总用水量2%，工业用水占5%，农业用水占的77%，生态用水占16%。
按乌苏市与农七师分水协议，采用水资源优化配置模型进行现状水平水资源优化配置计算，见表9-32，流域平均总供水量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，总缺水量2.84×108 m3，缺水率15.6%。缺水分布为：中游农田灌溉缺水0.91×108 m3，下游天然生态缺水1.88×108 m3，无地表径流进入甘家湖区。
地下水开采比例在细土平原区地下水埋深1～5 m区，农业开采地下水比例在20%～30%，盐渍化严重；在水位埋深5～10 m区农业开采地下水比例在15%～25%。在山前倾斜砾质平原水位埋深大于50 m区，农业未开采地下水。
2.2010年水平水资源优化配置成果及分析
2010年水平，奎屯河流域水资源总量为17.83×108 m3，其中地表水资源16.21×108 m3，山前侧向补给资源1.11×108 m3，降水补给0.51×108 m3。奎屯河流域总需水量22.44×108 m3，其中生活需水量0.71×108 m3，工业需水量1.18×108 m3，农业需水量10.6×108 m3，人工生态需水7.36×108 m3，天然生态需水2.59×108 m3。生活用水占总用水量3%，工业用水占5%，农业用水占的47%，生态用水占45%。
按配置方案5及乌苏市与农七师分水协议，采用水资源优化配置模型进行现状水平水资源优化配置计算，见表9-33，流域平均总供水量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，总缺水量4.7×108 m3，缺水率22%。缺水分布为：中游农田灌溉缺水2.71×108 m3，人工生态缺水2.21×108 m3，有1.92×108 m3地表径流进入甘家湖区。
表9-32 2003年奎屯河流域水资源优化结果表（单位：104 m3）
表9-33 2010年奎屯河流域水资源优化结果表（单位：104 m3）
地下水开采比例在细土平原区地下水埋深1～5 m区，农业开采地下水比例在16%～30%之间；在水位埋深5～10 m区农业开采地下水比例在13%～20%之间，详见图9-4。在山前倾斜砾质平原水位埋深大于50 m区，农业未开采地下水。
3.2020年水平水资源优化配置成果及分析
2020年水平，奎屯河流域水资源总量为17.83×108 m3，其中地表水资源16.21×108 m3，山前侧向补给资源1.11×108 m3，降水补给0.51×108 m3。奎屯河流域总需水量24.11×108 m3，其中生活需水量0.95×108 m3，工业需水量2.42×108 m3，农业需水量9.39×108 m3，人工生态需水7.55×108 m3，天然生态需水3.80×108 m3。生活用水占总用水量4%，工业用水占10%，农业用水占的39%，生态用水占47%。
按配置方案5及乌苏市与农七师分水协议，采用水资源优化配置模型进行现状水平水资源优化配置计算，见表9-34，流域平均总供水量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，总缺水量4.94×108 m3，缺水率21%。缺水分布为：工业缺水0.62×108 m3，中游农田灌溉缺水2.39×108 m3，人工生态缺水1.93×108 m3，有3.13×108 m3地表径流进入甘家湖区。
图9-4 奎屯河流域灌区地下水开采所占比例等值线图
地下水开采比例在细土平原区地下水埋深1～5 m区，农业开采地下水比例在20%～35%；在水位埋深5～10 m区农业开采地下水比例在16%～25%，农业开采地下水比例增加。在山前倾斜砾质平原水位埋深大于50 m区，农业未开采地下水。
4.2030年水平水资源优化配置成果及分析
2030年水平，奎屯河流域水资源总量为17.83×108 m3，其中地表水资源16.21×108 m3，山前侧向补给资源1.11×108 m3，降水补给0.51×108 m3。奎屯河流域总需水量25.27×108 m3，其中生活需水量1.18×108 m3，工业需水量4.15×108 m3，农业需水量8.32×108 m3，人工生态需水7.41×108 m3，天然生态需水4.21×108 m3。生活用水占总用水量5%，工业用水占16%，农业用水占的33%，生态用水占46%。
表9-34 2020年奎屯河流域水资源优化结果表（单位：104 m3）
按配置方案5及乌苏市与农七师分水协议，采用水资源优化配置模型进行现状水平水资源优化配置计算，见表9-35，流域平均总供水量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，总缺水量4.06×108 m3，缺水率16%。缺水分布为：工业缺水1.18×108 m3，中游农田灌溉缺水1.52×108 m3，人工生态缺水1.36×108 m3，有3.54×108 m3地表径流进入甘家湖区。
表9-35 2030年奎屯河流域水资源优化结果表（单位：104 m3）
地下水开采比例在细土平原区地下水埋深1～5 m区，农业开采地下水比例在25%～41%；在水位埋深5～10 m区农业开采地下水比例在20%～30%，农业开采地下水比例增加。在山前倾斜砾质平原水位埋深大于50 m区，农业未开采地下水。
各水平年优化结果中生活、生产、生态用水比例，详见表9-36。由表中可以看出，生活用水比例不断增加，由现状的2%，增加到2030年的6%；生产用水比例不断减少，由现状的82%，减少到2030年的50%，而其中的农业用水比例减少，工业用水比例增加；生态用水比例由现状的16%，增加到44%。由现状无地表径流进入甘家湖区，到2030年有3.5×108 m3地表径流进入甘家湖区，将逐渐改善该区及艾比湖的生态环境现状。
表9-36 奎屯河流域不同水平年各用水部门用水比例优化结果表
5.流域内不同水平年地表水与地下水利用量优化结果
2003年地下水用水量占总用水量的27%，地表水占73%；2010年地下水用水量占总用水量的32%，地表水占68%；2020年地下水用水量占总用水量的23%，地表水占67%；2030年地下水用水量占总用水量的32%，地表水占68%，见表9-37。这表明流域内以引用地表水为主，开采地下水为辅；各规划水平年地下水用水比例保持在32%左右，对现状灌区盐渍化有明显的改善。
表9-37 奎屯河流域不同水平年用水优化结果中地表水、地下水用水量表
总之，优化结果基本体现了生态保护与国民经济发展，人民生活水平提高与节约水资源相协调的原则。
② 资源优化配置的应用范畴
以国民经济发展中最重要也是最基本的两个要素：土地资源和水资源为例： 土地是人类社会生存和发展的物质基础。在社会经济的可持续发展过程中，土地资源是一个重要的基础和根本保证。随着经济的不断发展和工业化、城市化进程的加快，土地非农化和土地生态环境恶化削弱了农业可持续发展的资源基础，实现土地可持续利用就成为一个非常重要的议题。
土地资源优化配置是指为了达到一定的社会、经济和生态目标，根据土地特性，利用一定的科学技术和管理手段，对一定数量的土地资源进行合理分配，实现土地资源可持续利用。土地资源优化配置是土地可持续利用的重要途径，是国民经济可持续发展的重要保障，科学、合理、有效的土地利用方式是缓解资源、人口、环境问题的一个重要方面。
土地资源优化配置是一项复杂的系统工程，是一个多目标、多层次的持续拟合与决策过程，主要通过构建土地资源优化配置模型，采用多学科的多种方法论，包括动态模拟、数学规划、系统动态学、工程学等理论和方法进行土地资源优化配置研究。 水资源优化配置是指在一个特定流域或区域内，工程与非工程措施并举，对有限的不同形式的水资源进行科学合理的分配，其最终目的就是实现水资源的可持续利用，保证社会经济、资源、生态环境的协调发展。水资源优化配置的实质就是提高水资源的配置效率，一方面是提高水的分配效率，合理解决各部门和各行业（包括环境和生态用水）之间的竞争用水问题。统计资料表明，无论是从时间过程还是从不同国家的横向对比来看，随着社会经济的发展提高，农业用水将大量被工业和生活用水所取代。另一方面则是提高水的利用效率，促使各部门或各行业内部高效用水。
水资源优化配置包括需水管理和供水管理两方面的内容。在需水方面通过调整产业结构与调整生产力布局，积极发展高效节水产业抑制需水增长势头，以适应较为不利的水资源条件。在供水方面则是协调各单位竞争性用水，加强管理，并通过工程措施改变水资源天然时空分布与生产力布局不相适应的被动局面。 第一，基本内涵不同.资源优化配置指的是能够带来高效率的资源使用，其着眼点在于"优化",它既包括企业内部的人，财，物，科技，信息等资源的使用和安排的优化，也包括社会范围内人，财，物资源配置的优化.人们经常所说的"劳动优化组织","改善企业经营管理","下岗分流，减员增效"等，主要就是从这个角度来讲的.资源的合理配置是指符合社会生产，生活需要的有效的资源使用，其着眼点在于"有效","有用".从微观角度看，企业内部有效的资本投资方向，资产结构，产品创新机制等能达到资源配置的合理化；从宏观上看，则主要是指资源的安排能可持续地满足社会各部门，企业，社会各阶层等多方面利益.当前经济活动中，保持经济总量的基本平衡，产业结构的调整，国有经济布局的战略性调整，国有企业的战略性改组，制止不合理的重复建设，再就业工程和社会保障工程的实施，西部大开发战略的实施等，主要是从资源配置的合理化，有效性角度来说的.
第二，衡量的标准不同.资源配置是否优化，其标准主要是看资源的使用是否带来了生产的高效率和企业经济效益的大幅度提高.市场优胜劣汰的竞争机制，必然导致一部分企业的破产倒闭.一般说来，那些在同行业中科技水平不高，生产效率低，经济效益差的劣势企业，会因其产品和服务缺乏市场竞争力而遭淘汰.因此，从资源使用这个角度看，归根到底是看有没有实现生产的高效率，高效益.资源配置是否合理，主要是资源的使用是否符合社会生产，生活的需要.中国过去国有企业组织结构中的大而全，小而全的重复建设，其资源配置就是不合理的.这不仅造成资源的严重浪费，也造成生产的专业化程度低，经济规模小,缺乏竞争力，根本无法适应市场经济的发展，中国资源使用中出现的西部地区水土流失，耕地减少，东西部经济差距拉大等现象，就不利于经济，社会的可持续性发展和社会主义共同富裕的实现。
第三，实现途径不同。资源的优化配置主要靠的是市场途径，资源的合理配置则既依靠市场，又依靠国家宏观调控.由于市场经济具有平等性，竞争性，法制性和开发性的特点和优点，它能够自发地实现对商品生产者和经营者的优胜劣汰的选择，促使商品生产者和经营者实现内部的优化配置，调节社会资源向优化配置的企业集中，进而实现整个社会资源的优化配置.因此，市场经济是实现资源优化配置的一种有效形式.由于市场调节作用的有限性以及市场调节的自发性，盲目性，滞后性等弱点，社会生产和再生产所需要的供求的总量平衡，经济和社会的可持续发展，社会公共环境等，必然由国家的宏观调控来实现.企业内部，部门或地区资源的合理使用，则主要是由市场途径来实现的.优胜劣汰的竞争机制，促使企业改进技术，改善经营管理，提高劳动生产力，降低生产成本，提高经济效益，实现资源优化配置.同时，也促进企业面向市场组织生产,优化资产结构，形成合理的创新机制，从而在微观的企业，部门或地区范围内实现资源的合理配置.为此，市场手段既能实现资源的合理配置，又能实现资源的优化配置，这就是人们在谈及市场经济条件下资源配置时经常把资源的优化配置和合理配置结合起来使用的原因。 资源的配置问题是任何以分工为基础的社会都面临的重大经济问题，作为资源的两种姿态，在市场经济条件下，资源的优化配置和合理配置有着紧密的联系。
首先，合理配置是优化配置的前提条件.整个社会生产是一个由各个部门构建的复杂系统，它要求人，财，物等资源在各个部门的配置保持一定的比例.只有比例协调，社会再生产才能顺利进行.在中国计划经济体制下，由于忽视价值规律作用的盲目建设，重复建设，造成资源的浪费和破坏，在这种情况下，根本无法谈及资源优化配置.在市场经济条件下，如果产品结构，产业结构等经济结构不合理，被淘汰的不仅是劣者，具有某种优势者，而且国家从整个经济的全局考虑，某些强势企业也可能被砍掉.因此，资源的优化配置是以合理配置为前提，是以经济和社会的可持续发展，以整个社会经济的协调发展为前提的。
其次，优化配置是合理配置的最终目标.人类社会的生产过程，就是运用资源,实现资源配置的过程.由于资源的有限性，投入到某种产品生产的资源的增加必然会导致投入到其他产品生产的这种资源的减少，因此，人们被迫在多种可以相互替代的资源使用方式中，选择较优一种，以达到社会的最高效率和消费者，企业及社会利益的最大满足.从这个意义讲，人类社会的发展过程，就是人们不断追求实现资源的优化配置，争取使有限的资源得到充分利用，最大限度地满足自己生存和发展需要的历程.在市场经济中，市场对生产资料和劳动力在社会各部门之间大体保持适当的比例关系的调节，国家宏观调控在制定国民经济和社会发展战略目标，搞好经济发展的规划及总量控制，重大结构和重大生产力布局等方面的作用，从整个社会发展来看，其目的都是为了保证社会生产的顺利进行，保证有限的资源得以最大限度地利用。
③ 地表水资源环境存在问题及防治对策和建议
一、地表水资源环境存在的主要问题
随着经济和社会的发展，山东半岛水资源供需矛盾日益突出，水资源总量不足和供水不足已成为制约经济社会可持续发展的“瓶颈”因素。山东半岛水资源开发利用中存在的主要问题表现在以下几个方面:
1)有限的水资源不能得到合理有效地利用，尚未实现水资源的优化配置。
2)水管理体制不顺，管理水平有待提高。
3)水污染程度不断加剧。
4)供水水价偏低，水资源费和污水处理费征收不到位。
5)水权不明晰，水市场不发育，极大地影响了水资源的优化配置。
二、地表水资源环境合理开发利用对策和建议
1.节约用水，建立节水型社会
解决缺水问题，一靠开源，二靠节流。由于受当地水资源的影响，开源具有一定的限制，相比之下，节流即节约用水显得更为可行。节约用水的核心是高效地使用水资源，提高水资源的利用率，使有限的水资源产生尽量大的经济效益。因此，我国水资源可持续发展战略的首条就是节水。
2.多方举措确保地表水资源环境的保护和可持续利用
1)建立健全水法规体系，用《水法》、河道管理条例等相关法律、法规进行水资源管理，进一步完善水法规体系，加快《黄河法》的立法进程，全面推进依法治水，加大行政执法力度，明确责任，依法制定水资源利用规划，实行取水许可证制度。
2)加强水污染和治理，控制水环境的变异。认真贯彻《环境保护法》，从严掌握和控制排污总量，建立排污许可证制度。必须在工厂企业内实行污水处理，以达到排放标准。在水源地附近，要设立一定范围的卫生防护带，严禁采取渗坑、渗井等地下排污方法。把水资源管理和环境保护工作纳入地区国民经济建设的轨道，努力实现经济效益、社会效益和生态效益的统一。
3)继续加强水利工程建设，继续加强流域工程建设，进一步完善工程体系，通过对黄河干流大型骨干水库的联合调度，有效调节河川径流，协调天然来水与国民经济需水之间的矛盾，协调生产、生活和生态环境用水的关系。加强水资源保护和水土保持工作，实行城乡统筹，合理调配，优化配置水资源。
4)进一步深化水利改革。大力推进水利工程管理体制改革，制定并完善相关政策，逐步建立一个以水权为核心、水价为手段、水资源有偿使用的水利发展新机制，充分发挥价格在水资源配置中的杠杆作用，多渠道筹集水利建设和管理资金，促进经营者和使用者对水资源的合理开发利用，提高水资源利用的经济、社会和生态效益，促进全社会节约用水、合理用水、保护水资源。
3.水资源联合调度
水资源联合调度包括地表水与地下水、当地水与客水等的联合调度。
大气降水、地表水、地下水三者关系密切，而地表水与地下水又存在着相互转化关系。随着下垫面条件的改变和人类活动的增加，地下水与地表水之间的相互转化关系变得更加复杂，因此应对地表水、地下水、客水实行联合调度，在丰水季节或丰水年份尽可能多蓄、多用地表水，并设法利用多余洪水对地下水进行回灌补源，尽量减少或不开采地下水;在枯水年份或枯水季节适当增采地下水，做到以井保丰，以河补源，统筹安排，相互补偿。
山东半岛水资源联合调度的原则是:优先利用当地地表水，合理开采地下水，充分利用黄河水，科学调引长江水;供水要从当地水资源的实际情况出发，因地制宜，城乡、工农业统一安排，优化调度，贯彻“优水优用”的原则，优质水要优先满足生活用水;对水质要求不高的工业和农业及环境用水，尽量使用污水处理后的再生水;对现有水源采取有效工程措施，防止供水衰减。
④ 在进行水资源优化管理配置时，应遵循以下哪些原则
从水资源方面分析，它具有流动性、随机性、易污染型、利害两重性等不同于其他自然资源的特有属性。在用水户属性上分析，从平面位置上，它们分布在河流的上下游、左右岸甚至跨流域；从用水时间上，他们可以是现在的用水户，也可以是将来的用水户；从用水户的性质上，他们可以是人口、工业、农业、生态环境等；从用水的主体上，它们可以是自然人、社会法人、社会组织、社会公众（如生态环境用水）等。这些属性决定了水资源分配方式较其他自然资源的分配方式更复杂。
现阶段，水资源配置时一般原则：时问上的优先顺序为现状用水户、潜在用水户（将来增加的需水量）；在空间上的优先顺序为先上游、后下游，先本流域后外流域；用水产性质的优先顺序为生活用水、生产用水、生态环境用水。按照上述原则分配水资源有其局限性，表现为：外流域现状用水户对本流域潜在用水户的用水影响，上游潜在用水户对下游现状用水户的用水影响，生态环境用水不足造成的生活和生产上有水无用的影响。
⑤ 区域水资源优化配置方法
当今全球性水资源短缺危机严重威胁人类的生存安全，特别是区域性的水资源紧张越来越严重地制约着社会的进步、经济发展和人们生存环境的改善。对于缺水区域而言，水资源是有限的，具有稀缺性，其中部分地区的水资源开发具有竞争性。由此决定了区域水资源必须优化配置，以使其发挥最大的经济、社会、环境效益，保证区域经济社会的可持续发展。徐振辞对区域水资源优化配置方法进行了如下阐述[5]：
第一，确定优化目标、可行决策方案和约束条件。有时，优化目标只有一个，如可确定水的经济效益最大或供水量最大，也可确定几个目标值，如分别选经济、环境、社会等方面的代表性目标。确定可行决策方案是指水资源系统中所有的可行决策方案，如供用水工程的确定或调配计划可行性等。在分析系统的优化时，也应将所有的约束条件确定，如果约束条件遗漏或设计不正确，优化方案可能是不正确的或不是最优的。
第二，建立数学模型，即用数学模型来模拟描述系统内各影响因素的特征以及相互影响关系和影响力度。在实际规划中，有些决策变量难以用数字表达，应采用特定的技术解决非结构化问题。
第三，数学模型求解，按照选择的数学模型确定模型的计算参数，选择适当的分析计算方法，得出优化解。最后还要进行灵敏度分析，分析模型中所含参数变化范围及其对最优解的影响作用。
第四，计算结果的验证，最好的率定方法是，选取可靠的实际系统记录与模型性能及输出结果进行比较，然后通过调整率定参数，保证模型输出结果准确可靠。
此外，丘林等结合实例，提出了区域水资源优化配置大系统分解协调模型、作物非充分灌溉制度的多目标优化模型和作物间水量优化分配及作物种植结构模型，并进行了区域间水量的优化配置研究[6]。
参考文献
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[2]甘泓，李令跃，尹明万.水资源合理配置浅析[J].中国水利，2000,（4）:20～23
[3]李晓明.浅析水资源优化配置[J].水利发展研究，2003,（12）:25～27
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[6]丘林，徐建新，陈南祥等.区域水资源可持续利用管理理论与应用[M].河南：黄河水利出版社，2003,79～98
[7]左其亭，陈曦.面向可持续发展的水资源规划与管理[M].北京：中国水利水电出版社，2003,142～143
[8]林洪孝主编.水资源管理理论与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2003,288～291
⑥ 水利工程的不确定性体现在哪些方面,是如何影响水利工程的安全的
水利工程建设导致气候环境差异性扩大，气温升高。水利工程建设对于降雨量、气温、大气、风力、雾气等气候环境的影响是十分显着的。
主要原因是水库大坝等水利工程扩展建设，使得原本的水资源系统发生改变，河流水、地表水、地下水等水系统因为人为作用聚集或分散，造成局部水因子聚集量超标或骤减，产生水量失衡，破坏了原有的气候环境。
注意事项：
首先，例如在水库大坝灌溉工程分布密集的地区，因为水分子集中在水库上空，造成水库区域内湿度高，蒸发量也会有所增加，减少了库区降雨量，城市地区则会相对增加降雨量，并且由于降雨量的增加，再加上城市废气污染严重极易导致城市地区出现雾霾天气，影响人们生活的同时更加有害人类的身体健康。
其次，由于水库等水利工程的建设是将大量水资源引入到人工开凿的地面区域内，这样的工程模式改变了水量平衡，让原本的陆地聚集了大量水源影响空气内部结构，造成气温年平均值呈上升趋势，加快温室效应程度，导致气温持续升高。
⑦ 水资源的研究报告
我很无语
1.水资源价值
沈大军,梁瑞驹,王浩,蒋云钟文献来自:水利学报1998年第05期CAJ下载PDF下载
以上是作者对资源和水资源定义及水资源价值的讨论和认识.对于不同的水资源来讲,特别是对于不同时间和空间上的水资源,它们的价值所包含的内容会有所不同...
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2.区域水资源承载力研究
贾嵘,薛惠峰,解建仓,蒋晓辉文献来自:西安理工大学学报1998年第04期CAJ下载PDF下载
在水资源系统,通过对区域水资源的现状评价、水资源的潜力和水资源的优化配置的研究,确定在不同水平年、不同配置方案下的可供水量大小。在宏观经济社会系统,通过对工业、农业和社会的发展规模水平的研究,确定在不同水平年、不...
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3.水资源合理配置浅析
甘泓,李令跃,尹明万文献来自:中国水利2000年第04期CAJ下载PDF下载
水资源分配机制的多样性将会使水资源分配趋于合理,最终实现水资源可持续利用的目的。●水资源合理配置浅析@甘泓$中国水利水电科学研究院@李令跃$中国水利水电科学研究院@尹明万$中国水利水电科学研究...
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4.论水资源安全与水资源安全预警
郑通汉文献来自:中国水利2003年第11期CAJ下载PDF下载
水资源安全要求对水资源的开发利用必须是在水资源承载能力以内,超出水资源承载能力提供的水资源哪怕是满足了需求也是不安全的。因为水资源承载能力体现的是水资源“自身能够持续支撑的经济社会发展规模和维系良好生态系统的能...
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5.区域水资源承载力研究
冯耀龙,韩文秀,王宏江,练继建,黄津明文献来自:水科学进展2003年第01期CAJ下载PDF下载
对区域水资源承载力进行了科学界定;揭示了其内涵与实质,认为区域水资源承载力具有"流体"的特征,即,一定状况下,区域水资源承载能力是一定的,但其表现形式可是多种多样的;以"承载人口数"作为其综合指标,采用系统优化方法建立了区域水资源承载力的计算模型。并对天津地区现...
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6.现代水资源评价及水资源学学科体系研究
王浩,王建华,秦大庸,陈传友,江东,姚治君文献来自:地球科学进展2002年第01期CAJ下载PDF下载
如水资源生态学、水资源环境学、水资源法学、水资源经济学、水资源管理学、水资源工程学、水资源信息学等,大多属于交叉学科。因此,水资源学与水利科学存在着既有区别又有联系的辨证关系,而且后者是水资源变为经济优势的...
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7.中国水资源与可持续发展
张岳文献来自:中国农村水利水电1998年第05期CAJ下载PDF下载
而且由于水环境的变化和水质的恶化,水资源短缺的形势越来越严峻。解决水资源短缺的途径,一是加强水资源的全面规划,对天上水、地表水、地下水包括土壤水要进行总体规划,并加强水资源的?...100053水资源;;节水灌溉;;农业节水;;可持续发展从世界水资源紧缺的现实出发,论述了中国水资源与可持续发展的关系...
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8.流域水资源集成管理
曾维华,程声通,杨志峰文献来自:中国环境科学2001年第02期CAJ下载PDF下载
也是流域水资源集成管理的核心,因此,水资源集成管理也称作水资源冲突管理.4.3流域水资源集成管理的技术路线流域水资源集成管理的技术路线涉及流域水环境复杂大系统的系统分析,在此基础上对水资源的多用途进行分解协调,为各...
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9.水资源价值模型研究
姜文来文献来自:资源科学1998年第01期CAJ下载PDF下载
其主要原因在于水资源来源———降水的不确定性、水资源用途多样性、水资源不可替代性、水资源供求的区域性以及水资源利用对自然环境的影响目前尚难全面把握...
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10.水资源水资源价值水资源影子价格
汪党献,王浩,尹明万文献来自:水科学进展1999年第02期CAJ下载PDF下载
水资源价值实现在于水资源的合理利用,水资源影子价格是水资源价值计算的基础。水资源水资源价值水资源影子价格@汪党献@王浩@尹明万$中国水利水电科学研究院水资源,水资源价值,水资源影子价格在探讨水资源、水资源价值和...