水资源优化战略论文
水资源优化战略
The Water Resources Optimization Strategy
摘要
Abstract
本文就水资源战略问题从水资源的调配、储存、脱盐及保护四方面进行分析。利用模糊聚类对水资源盈缺现状进行分区并根据源数据对中国29个省市建立回归预测模型，筛选出严重缺少水资源区域并对其进行分析以达到模型简化。本文得到北京、天津、河北、宁夏、江苏和上海六省到2025年持续处于缺水状态。这样，本文就以河北省为例对水资源战略部署，以周边地区为供水源进行求解。
This article mainly analyzes water resources allocation, storage, desalination and protection from the strategic problems of water resources. According to the source data, regression prediction models of 29 provinces and cities in China are established and partitions of the present situation of water resources are made according to fuzzy clustering, and then screen out areas lack of water severely and carries on the analysis to achieve simplified model.
就水资源储存问题通过建立蜂窝模型在供水源地区建立水库，本文得到当其形状为六边形时模型最优，并解释了最少建立五层时（27个水库）可以将供水源地区完全覆盖。
引入多目标规划模型对省际间水资源调配进行最优化处理，使其综合造价达到最低。并且考虑到区域内水分配问题对模型进行补充，从两方面对文章低成本要求作出回应。
以天津市为例从海水淡化工程及工业废水治理两方面对脱盐及保护问题进行讨论。根据统计学理论，利用SPSS对海水淡化年产量进行回归预测，可知2025年可补充21425吨淡水。对照天津市缺水的年平均水平得到就目前海水淡化及污水处理能力并不能满足水资源需大于求形势。基于此观点提出建议应加大海水淡化工程的快速发展。
关键词：模糊聚类，蜂窝模型，多目标规划，回归预测，水资源
一、问题重述Problem Restatement
问题背景：淡水是世界上大多数地区发展的限制因素。构建一个数学模型，为2013年提出有效、可行、低成本的水资源战略（水资源利用策略），以满足2025年中国的水资源规划需求，并且决定最优化的水资源战略（水资源利用策略）。
Question Background: Fresh water is the limiting constraint for development in much of the world. Build a mathematical model for determining an effective, feasible, and cost-efficient water strategy for 2013 to meet the projected water needs of China in 2025, and identify the best water strategy (Water resource utilization strategy).
待求解问题：1.模型需解决水资源的储存和调配、脱盐和保护问题。
2.利用所建模型讨论该战略对经济、物理、和环境方面的影响。
3.向政府提供一份非技术性的规划书，概述模型方法、可行性、和成本，以及为什么该战略是最佳选择。
待解决问题
Problems to be solved: 1. to address the storage and movement; de-salinization; and conservation of water resource.
2. to discuss the economic, physical, and environmental implications of the strategy.
3. Provide a non-technical position paper to governmental leadership outlining the approach, its feasibility and costs, and why it is the “best water strategy choice”.
二、模型假设
二Model Assumption
1.假设数据真实有效；
2.假设不存在战争等突发事件，社会稳定发展；
3.假设每年的水资源为定值；
4.假设区域之间建立水库的资金不存在差异。
1. Assume the data to be true and reliable
2. Assume emergencies such as, war, don’t exist; society develops stably
3. Assume that water resources are constant value each year
4. Assume that capital to establish the reservoir between areas does not exist differences
三、问题分析
三Problem Analysis
引入模糊聚类模型对中国29省市进行分区，筛选出水资源匮乏地区。选取任一省市为例进行分析，通过建立蜂窝水库模型实现对水资源的收集及储存问题，为满足成本最低等要求将问题转化为求解水库数量最小值。对缺水地区的调配问题优先考虑从其接壤省份输送水资源，再考虑实际情况对本环节的影响，建立多目标规划模型降低其综合成本。最后，利用SPSS软件对天津市的海水淡化和水资源保护问题进行回归预测。
Fuzzy clustering models are introduced to classify 29 provinces and cities according to the water resource amount in each area and screen out areas lack of water. Choose one cities as an example and build Cell reservoir model to collect and store water resources. To meet the minimum cost requirements, the problem is transformed into solve the minimum number of reservoir. The movement of water for water shortage area is given priority and move water from the border provinces, then consider the influence of the actual situation on the part. Establish multi-objective programming model to reduce the comprehensive cost. Finally, using the SPSS software to make regression prediction of desalination and water resources protection problems in Tianjin city in China .
四、符号说明
四Symbol Description
IP：单位时间地区i的水资源总量
i
i IP : In unit time, the total water resources of the region i OP ：单位时间地区i 水的使用总量 i OP : In unit time the use of water amount
i R ：单位时间地区i 经脱盐碱、污水处理的淡水量（R 为负值时表示向外地输出）
i R : In unit time by to take off the saline, sewage treatment holds (negative said outwards
output)
i S ：单位时间地区i 水资源总量经使用及人工水后的水量变化。
五、模型建立及求解
问题1：水资源的储存和调配、脱盐和保护问题 1. 水资源分类的模糊聚类循环迭代模型
设有对模糊概念A 聚类的n 个样本组成的集合：
{}
123=,,,
,n
X x x x x (1) 用m 个指标特征值向量{}123=,,,
,j j j j mj x x x x x 对样本进行聚类，则待聚类的样本
集可用m n ?阶指标特征值矩阵：()=m n ij m n X x ??，其中ij x 为样本j 指标i 的特征值；
=1,2,
,; =1,2,
,i m j n 。
由于m 个指标特征物理量纲不同，在进行聚类之前先消除量纲差异，即将指标特征值变换为对模糊概念A 的指标相对隶属度，常用的规格化公式有以下几种，对于越大越优目标（效益型目标）
=ij ij ij j
r x x ∨或()()=--ij ij ij
ij
ij
j
j
j
r x x x x ∨∨∧
对于越越优目标（成本型目标）
=ij ij ij j
r x x ∧或()()=--ij ij ij
ij
ij
j
j
j
r x x x x ∨∨∧
其中，ij r 为对象j 目标i 的相对优属度，∧∨、分别表示取大取小运算符，
ij j
x ∧、ij j
x ∨表示对全体样本集对目标i 的特征值取大、取小。
根据问题的性质选用效益型目标和成本型目标中合适的形式，将指标矩阵变为对应的隶属度矩阵：()=m n ij m n R r ??。
设n 个样本依据m 个指标特征值按照C 个类别进行聚类，其类别隶属度矩 阵为：()=c n hj c n U u ??，其中=1,2,
,h C ，hj u 表示样本j 对类别h 的相对隶属度。C
个类别的聚类中心可以表示为：()=m c ih m c S s ??。
考虑到不同指标对聚类影响不同，引入指标权重矩阵：()=m c ih m c W w ??，则样本j 与C 个类别的差异综合权衡度量式表示为：
()()2
c 2
h=1=1,,=-m
j j hj
ih ij ih i f u s w u w r s ?
?
?? ??? ??
?
∑∑ 建立目标函数：
()()()
()(){
}
1122=min ,,=,,,,,,,j n n F f u s w f u s w f u s w f u s w
满足约束条件：
=1
-1=0c
hj
h u
∑，=1
-1=0m
ih i w ∑（,;h j ??0<<1hj u ；0<<1ih w ）
通过构造拉格朗日函数，解得模糊聚类循环迭代模型如下：
()()-12=12
=1=10=0,-,0-1=0kj m ih ij ih c i hj hj m k ih ij ik i hj d k j w r s u d w r s d ≠?
??????????
????≠??????
?????????
?
??
∑∑∑，， ()()-1
2
j=1
2
=1j=1-=-n
hj ij ih m ij m k hj kj kh u r s w u r s ??????????????
????????
∑∑∑ 22=122=1
=
n
hj ih ij
j ih n hj
ih
j u
w r s u
w
∑∑
上述模糊循环迭代模型，给出任意一个，其余两个未知者分别构成循环迭代模型。通常情况下，由专家给出权重矩阵，其余两个构成模糊聚类循环迭代模型，这种聚类模型应用最为广泛。
求解模糊聚类循环迭代模型的步骤如下(给定权重矩阵的情况如下)： （1） 给定聚类数C 及迭代计算精度12,εε；
（2） 设初始模糊聚类矩阵hj
u '，初始模糊聚类中心矩阵ih s '，=0l ；采用上述模 型进行计算
+1
l hj
u ，+1l ih s ；
若满足
2111m ax ,m ax εε≤-≤-++l
hj l hj l hj l hj s s u u
迭代结束，+1l hj u ，+1
l ih s 可作为满足计算精度12,εε的最优模糊聚类中心矩阵和最优模糊聚类矩阵hj u *，ih s *，否则，+1l l ?，转步骤（3）继续进行迭代计算。
本文采用径流总量、地下水总量、产水模数、人均水资源总量4个指标进行模糊迭代聚类分析，得到我国水资源分区归类结果，见表1。
表1 water resources partition of China
地区
北京 天津 河北 山西 内蒙古 辽宁 黑龙江 上海 江苏 浙江
级别值 5.77 5.77 5.97 4.92 4.65 4.91 4.44 5.43 5.76 3.50 地区
安徽 福建 江西 山东
河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 级别值 4.41 3.14 3.02 4.96 4.79 3.94 3.06 3.07 3.08 3.76 地区
四川 贵州 云南 西藏
陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 级别值 2.13 3.90 2.12 1.00
4.89
4.92
4.45
5.73 3.64
根据表1，我们得到我国水资源分区情况如下：{西藏}，{云南，四川}，{江西，湖南，广东，广西，浙江，福建}，{黑龙江，安徽，湖北，海南，贵州，青海，新疆}，{山西，内蒙古，辽宁，山东，河南，陕西}，{北京，天津，河北，江苏，上海，甘肃，宁夏}。 2. 水的供需状况分析
为了制定2025年的水战略，我们需要对未来12年的需水总量进行预测。采用衡算方程进行未来水的供求分析，其方程如下：
i i i i S R OP IP =+-
得到如下结论，见表2。
表2 不同地区水资源需求情况表
0>i S （单位时间内）
0=i S （单位时间内）
0
地区i 的水能满足需求 地区i 的水刚好满足需求 地区i 的水不能满足需求 首先我们对中国整个地区用以上方程进行计算，分析全国在2025年的需水量并对进行预测。我们知道中国是一个人口大国且人口继续增长，发展国家对水的需求在未来将呈现增长趋势，以时间为变量现根据已有的年用水总量数据进行线性和对数方程回归。
表3 回归模型预测用水总量表
模型汇总和参数估计值
因变量：water
方程
模型汇总
参数估计值
R 方
F
df1 df2 Sig.
常数
b1 线性 .937 89.240 1 6 .000 -181829.962
93.487
对数 .937 89.563 1
6 .000 -1420805.929 187602.571 自变量：year
调整判定系数2R 依据该表可以进行回归方程的拟合优度检验。调整的判定系数越接近于937.02=R 较接近于1，回归方程的拟合优度越好，说明被解释变量可 以被模型解释的部分较多。
图1 用水量随时间回归曲线
由表3分析可知线性和对数回归方程在数值上均可预测，为了简单化采用线性方程进行预测：
962.181829487.93-=t OP 预测结果如表所示:
year 用水总量 year 用水总量 year 用水总量 2011 6172.395 2017 6733.317 2023 7294.239 2012 6265.882 2018 6826.804 2024 7387.726 2013 6359.369 2019 6920.291 2025 7481.213 2014 6452.856 2020 7013.778 2015 6546.343 2021 7107.265 2016
6639.83
2022 7200.752
取年水资源总量的平均值作为常值8.26569=IP 亿立方米。由于中国科技相对薄弱，在人工水方面年产量远远小于用水量，此处暂时忽略R 的影响。则在未来13年内的供需状况如下：
∑∑∑===+-=
2025
2013
20252013
2025
2013
t t
t t
t t
R OP IP S
为了明确各地区的水资源短缺量，将中国以省、自治区、直辖市（不含港、澳、台）划分为29个地区，即29=i ，则全国年用水量∑==29
1i i OP OP ，因为全国用
水量是各省市用水量的线性加和，所以我们将各个地区的用水量变化也看做近似线性变化，当用水量呈递减趋势时其2025年的值以最近一年的值代替，这样与实际较为符合。各个地区的水资源取年水资源总量的平均值作为常值。对29个地区2025年时水的供需状况进行预测分析，如下表：
表4 部分）供需分析表
i
IP OP ? )2025(OP )2025(S
北京 25.95 0.23 38.97 -13.02 天津 13.89 0.00 23.37 -9.48 河北 143.60 -2.93 193.72 -50.11 上海 34.12 1.67 150.25 -116.13 江苏 429.99 -3.04 549.23 -119.24 宁夏
9.22
0.41
78.39
-69.18
2012到2013年期间每年的供需状况计算式为：OP i S S i ?--=)2025(2025 由表三可以看出北京、天津、上海、江苏、河北、宁夏地区的水资源不能满足需求，需要从其它地区调配。因此，本文侧重对该六省进行分析，研究其水资源调配问题。
图2 中国严重缺水省份分布图
3. 水资源储存
假设2区富余水量为2a ，1区富余水量为1a ，根据源数据可知12a a ，但由
于2区面积2
1b b ，
区域间单位面积上富余水量无明显差异，联系水资源调配问题，其水资源储备问题主要依靠建造水库收集区域内水资源，并通过蜂窝模型实现水资源储存及传递过程。 蜂窝模型：
每个水库在平面上都可以形成一个半径为r 的圆假设一个半径为40R =的圆形区域。利用蜂窝覆盖法实现对该区域的覆盖。蜂窝覆盖法是每一个圆都恰有N 个与之相交并且关于它圆心对称的圆，相当于每个圆中都内接一个正N 边形（图）。相邻圆的公共面积计算公式为：
???
? ??+++???
? ??++=ij j j ij i i ij
j j
ij j j ij i j ij i i ij i j ij i i ij d r d r r d r d r r d r d r r d r d r r S 2-arccos
2sin 21-2r -arccos
2r -arccos
2sin 21-2r -arccos 222222
2222222222
其中，,r i j r 为两个圆的半径，ij d 为两个圆的距离。特殊的：当r r r j i ==时
???????
????? ??
=r d r d S ij ij 2arccos 2sin -2arccos 2r 2ij0 两个圆的重叠率为：???
?????
???? ??=
=
r d r d r S ij ij ij 2arccos 2sin -2arccos 212
ππβ，其中：r d ij 3=，%77.5=β。
（1）圆内接正三边形的面积：()2
3r
132
3+=S ，完全覆盖区域所需要的中继
站的最小数目为：3
3S S
n =
； （2）圆内接正四边形的面积：242r =S ，完全覆盖区域所需要的中继站的最小数目为：4
4S S
n =
； （3）圆内接正六边形的面积：2
62
33r S =，完全覆盖区域所需要的中继站的最小数目为：6
6S S
n =
； 假设水库影响覆盖半径为40R km =，圆形区域面积为：2S R π=。蜂窝覆盖
法中每一个圆都恰有N 个与之相交并且关于它圆心对称的圆，且每个圆中都内接一个正三角形时，存在两种情况，如下： 覆盖呈正三角形区域的情况分析：
情况一：当正三角形的中心作为中继站的中心时（如图所示）：
层数
1 2
3 4 5 6 … K 第N 层 1 12 24 36 48 60 … 12(K-1)
K 层总 1 13 37
73
121
181 … 1662+-K K
半径
r 2r
2
6
3r 5r 2
174
r 8r
… ()()??
???=-+=+-2N K 15.112493492K N K K K 若是整个圆形区域被水库覆盖，则水库无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
()[]S K >-112r 2
332
得到：4≥K 。
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：
36112n min =-=）（K
情况二：当6个三角形的焦点作为三角形的中心时（如图所示）：
层数 1 2 3 4 5 6 …
K
第N 层 6 18 30 42
54
66
… 12K-6
K 层总 1 24 54 96 150 216 … 26K
半径
1.5r
3r
4.5r
6r
7.5r
9r
…
1.5K
若是整个圆形区域被中继站覆盖，则中继站无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
[]S >6-12K r 2
332
得到：3≥K 。
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：30612n min =-=K 。 覆盖呈正方形区域的情况分析：
情况一：当4个正方形的交点作为水库的中心时（如图所示）：
层数 1 2 3 4 5 6 … K
第N 层 4 12 20 28 36 44 … 8K-4 K 层总 4
16
36
64
100
144
…
4K
半径
2r 22r 23r 24r 25r 26r … K 2
若是整个圆形区域被中继站覆盖，则中继站无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
[]S K >-48r 2
332
得到：4≥K 。
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：2848n min =-=K 。
情况二：当正方形的中心作为中继站的中心时：
层数 1 2 3 4 5 6 … K
第N 层 1 9 25 49 81 121 … ()212-K
K 层总 1 8 16 24 32 40 … 88-K
半径
r
3r
5r
7r
9r
11r
…
()1-2K
若是整个圆形区域被中继站覆盖，则中继站无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
()S K >-2
212r 2
33
得到：4≥K 。
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：
()4912n 2
=-=K
覆盖呈正六角形区域的情况分析：
情况一：当正六边形的中心最为中继站的中心时：
层数
1 2
3 4 5 6 … K 第N 层 1 6 12 18 24 30 … 6K-6
K 层总 1 7 19
37 61
91 …
1332+-K K
半径
r 2r
623r
5r
2
174
r 8r … ()??
???=-+=+-2N K 15.1)12(493492K N K K K 若是整个圆形区域被中继站覆盖，则中继站无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
[]S K >-66r 2
332
得到：6≥K 。
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：3066n =-=K 。
情况二：当3个正六边形的交点作为中继站的中心时：
层数 1 2 3 4 5 6 … K
第N 层 3 9 15 21 27 33 … ()123-?K
K 层总
3
12
27
48
75
118
…
()2
1123K
K +-?
半径 1 2
30 4
2126 7
2
294 …
()()??
?
??+=+-+=-12N K 2323
4912N K 5.05.12K K K
若是整个圆形区域被中继站覆盖，则中继站无漏洞覆盖区域面积大于整个圆形区域面积，即：
[]S K >-36r 2
332
得到：5≥K
为使得圆形区域内安的中继站数目最小，K 取最小值4。由此得最小中继站的数目为：2736n =-=K 。
综上，得到如下结论。
覆盖区域图形 情况一层数
情况二层数
情况一中继站数目 情况二中继站数目 正三角形 4 3 36 30 正方形 4 4 28 49 正六边形
6
5
30
27
当覆盖面积为六边形，层数为5时，建立的水库个数最少为27个。水库所需
数目与PL 的关系为：{}5427,30,49,28,30,36m ax <。每个水库都至少有一个PL 与之相应，即信号之间不会产生干扰。上述结果符合实际。 4. 水资源调配
4.1 区域间水资源调配的多目标优化模型
根据调配既定体积水资源的基本原则——调配费用最低，我们建立了P 值越小、调配方案越优的模型：
=ij ij ij ij P x a l
以i 水源地调配到j 缺水区的水量ij x 作为决策变量一，则决策矩阵为：
11
121621
22261
1
1
6i i i i x x x x x x X x x x x ?? ? ?= ? ???
以i 水源地调配到j 缺水区的距离ij l 作为决策变量二，则决策矩阵为：
1112162122
2612
6i i i l l l l l l L l l l ?? ? ?= ?
???
得到水资源合理调配的多目标优化模型：
24
1111
1
24
2222
124
1min i i i i i i i i i i ij ij ij ij i P x a l P x a l P x a l ===?
=??
?
=????
?
=??
∑∑
∑
()0
.0
G X st X ≤???≥?? 其中，()G X 为约束条件集，表示：缺水区需水能力约束：
??
?????????≥≥≥∑
∑
∑
===241
2412224
111i j ij i i i i S x S x S x 和水源地供水能力约束：
???
??
????????≤≤≤∑
∑
∑
===6
1
242461226
1114.04.04.0j j j j j j R x R x R x
其中，ij P 表示由水源地i 向缺水区j 调水所需的费用；ij x 表示由水源地i 向缺水区j 调用的水量；ij a 表示水源地()124i i ≤≤向缺水区j 以每单位路程调用单位体积水资源所需的费用；ij l 表示水源地i 至缺水区j 的距离；j S 表示缺水区()16j j ≤≤的缺水量；i R 表示水源地i 可供调用的水量（当向外调的水量为0.4j R 时认为能保证i 地区水资源量持续稳定）。
根据水资源合理调配的多目标优化模型，可求解出当ij P 最小时ij x 的值。 实例研究，我们选取华北部分省市（内蒙古、辽宁、山东、河南、山西、河北、北京、天津）求解2025年最优化的水资源调配方案。此处设定1ij a =。各地之间的距离（千米）如下表:
表5 华北部分省市之间距离分布表
水源地 内蒙古 辽宁 山东 河南 山西
河北 744.1 950 303.8 723 345.3 北京 485 683.7 432.4 689 503.8 天津
627.3
662
326
702
468
缺水区
经以上模型列出目标函数及约束条件，使用LINGO 软件计算ij x 的值。我们得到2025年时最优的调配方案如下:
0033.22016.896.320 6.70000
3.79
ij x InnerMongolia Liaoning
Shandong Henan Shanxi Hebei Beijing Tianjin
4.2 区域内水资源合理调度
水资源包括河流、湖泊、水库中的地表水、地下水、洪水以及经过高新技术处理后的脱盐水，而且还包括污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的再生水。
遵循水资源战略的基本原则：有效、可行以及低成本，我们建立了河北省内水资源可持续优化配置模型。
假设省内有5种供水水源，用=1,2,3,4,5j 表示，其中=1j 表示外调水供给（包括外调地表水和外调地下水），=2j 表示当地地下水供给，=3j 表示当地地表水供给，=4j 表示海水淡化供给，=5j 表示再生水供给；各区域内的水资源用途分为7类，用途=1,2,3,4,5,6,7k ，其中=1k 表示城镇综合生活用水，=2k 表示城镇工业建筑仓储用水，=3k 表示城镇市政杂用水，=4k 表示城镇其它用水，=5k 表示农村生活用水，=6k 表示农业用水，=7k 表示城镇以外区域河湖湿地生态用水。
以j 水源分配到k 用途的水量jk x 作为决策变量，则决策矩阵为：
11
121721
222751
52
57=x x x x x x X x x x ????????????
水资源战略优化配置模型，一般形式如下：
()()()()()(){}123456=min ,,,,,Z f X f X f X f X f X f X
()0.0
G X st X ≤???≥?? 其中，X 为决策矩阵，由不同区域、水源和用途的水资源组成；()()12,f X f X 为水资源开发利用的经济效益；()()()345,,f X f X f X 为水资源开发利用的，()6f X 为水资源开发利用的环境效益，()G X 为约束条件集，表示水资源的承载力方程。
目标函数1：以河北省用水费用最小表示
()571=1=1min =min jk jk j k f x x p ??
????
∑∑
其中，jk x 为决策矩阵X 中各分配量，即不同水源对各区域不同用途的水资源供应量(3m 万)；jk p 为每个jk x 对应的水资源使用价格（3m 元）。
目标函数2：以河北省供水设施建设费用最小表示
()7
57=1
2=1=1
-min =min -+jk j k jk j j j j k j x f x x ααβγφ??
??????????????? ???????????????
∑∑∑
其中，j α为现有各种水厂的规模，用各种水厂的产水量表示（3m α万）；j β为各种新建水厂的单位供水量建设成本（3m 元）；j φ为新建各种水厂的规模，各种水厂的产水量表示（3m α万）；j γ为各种新建水厂的固定成本（元座）。
目标函数3：以河北省加权总缺水量最小表示
()()()()()
753=1=1min =min --+-2jk jk jk jk jk jk k k j f x sig d x d x d x ω??????
????????????
∑∑
其中，jk d 为区域内k 用途所需j 种水源的需水量；k ω为k 用途缺水量相对在河北省量中所占的重要性权重。
目标函数4：以河北省新鲜水供给量最小表示
()574=1=1min =min jk j k f x x ??
????
∑∑
目标函数5：以各类水源水价与各区域人均可支配收入差值之和最小表示
()()57
5=1=1
min =min -jk jk j k x f x a p C ??????∑∑
其中，a 为区域内人均可支配收入；C 为区域内供水总量。
目标函数6：以供水水源水质与用途配置水质差值之和最小表示
()()()()75
61=1min =min -S -S +-S 2jk j jk j jk j jk k j x f x sig Q Q Q C =????????
???
∑∑ 其中，j Q 为第j 种水源的水质等级；jk S 为第k 种用途所匹配的最低水级。
约束条件：供水系统的供水能力（水源的可供水量）约束 {7
111
k k x W =≤∑，7
221
k k x W =≤∑，7
331
k k x W =≤∑，7
441
k k x W =≤∑，7
551
k k x W =≤∑}
其中，12345W W W W W 、、、、分别为省外调水、地下水、再生水、海水利用和当地地表水的可供水量。 5. 海水淡化及资源保护
以天津为例解释水资源治理与脱盐问题。
5.1 海水淡化问题
截至 2010 年已建成投产的 5套海水淡化装置合计产水量为21.7万13-?d m 。利用SPSS 软件对年份和海水淡化产量进行回归分析，得到如下结果：
系数
未标准化系数
标准化系数
t
Sig.
B
标准误 Beta 年份
2.500
.280
.982 8.929 .003 （常数） -5003.840 562.240
-8.900 .003
年份与海水淡化产量回归模型：5003.840 2.500y x =-+
表6 海水淡化预测表
年份 海水淡化（万吨/日）
2006 12.0 2007 13.2 2008 15.1 2009
18.8
数学建模关于水资源的论文
摘要 近年来，我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，水资源成为焦点话题。本文建立数学模型确定水资源主要风险因子和对水资源短缺风险进行等级划分综合评价，以及调控预测。 对于问题一的主要风险因子的确定，我们采用的是层次分析模型，由1979年～2008年的水资源的统计资料来进行各因子的对比（避免了层次分析模型的的主观偏差），由此模型使用matlab软件计算出了各个因子的权重，权重较大的即为主要风险因子。 对于问题二的水资源短缺风险综合评价等级划分，我们参考文献选取了五个评价指标即风险率、易损性、风险可恢复性、事故周期（重现期）、风险度，每个评价指标都有5级划分标准. 对于问题三的未来两年的水资源短缺风险预测，根据五个评价指标并利用模糊理论计算出水资源短缺情况的综合评价。并且对评价结果提出了合理化建议，从而采取相应的应对措施，来降低风险等级。的未来两年的水资源短缺风险预测，对于问题四，我们结合已经计算得到的数据，写了一份建议报告。 关键词： 层次分析模型、水资源短缺风险评价指标、水资源短缺风险的模糊综合评价方法
一、问题的重述 对于问题一，水资源的风险因子众多，怎样确定哪个风险因子是。 北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 本题需要我们建立数学模型，主要解决以下问题： (1) 评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？ (2) 对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分并陈述理由。 (3) 对主要风险因子,如何进行调控，使得风险降低？ (4) 对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。 (5) 以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。 二、问题的分析 对于问题一：为了对水资源风险的主要因子进行识别，我们使用的是层次分析模型。由于气候条件、水利工程设施决定着水资源总量，工业污染决定着工业用水，农业用水决定着农业用水，管理制度、人口规模决定着第三产业及生活等其他用水，所以我们可以由水资源总量、农业用水、工业用水、第三产业及其他生活用水、总供水量这五项的权重来比较得出主要的风险因子。需要指出的是，其中因为题目中也给出了总供水量的数据，而且不影响风险因子权重的比较，所以我们将总供水量也加入计算。 以往在使用层次分析法时，由于主观因素会造成评价结果可能由于人的主观因素而形成偏差，但是我们在使用层析分析法的时候避开主观因素而根据题中所给的数据，就能很大程度上的消除人的主观偏差因素。 根据题中所给的数据，使用层次分析法就可以计算出各项的权重进而识别主
水资源利用及保护论文
水资源利用及保护论文 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
水资源保护与利用 摘要：水是生命之源，它不仅是基础性的自然资源，也是战略性的经济资源。随着全球气候变暖、城市化进程的加快和农业用水量的增加，我国水资源日益匮乏。合理使用水资源是我们迫切要解决的问题，加强对水资源保护的力度，将对社会的发展、人类的生存产生极大影响。针对我国水资源匮乏的严峻现状，本文对如何合理的利用水资源、保护水资源的问题进行了讨论分析。提出提高我国水资源高效利用的措施，节约优先，高效利用，确保水资源可持续利用。 关键词：水资源保护；现状；节约；可持续利用 1水资源的特点[1] 水资源，有广义和狭义之分。广义上的水资源，是指以各种形式存在于地球上的水，包括咸水和淡水、液态水和气态水、地表水和地下水等等，与通常意义上的水概念等同。狭义的水资源，仅指在一定经济技术条件下可以被人类利用并能逐年恢复的淡水的总称［2］。从法律层面来讲，作为研究对象的水资源则属于狭义的范畴。水资源具有以下几个特点。 ( 1) 水资源本身具有不可替代性。水是地球上一切生物存在的必要条件，没有水就不可能有生命。水对地球而言，又具有不可替代性。在突发情况下，人没有食物可以维持生存七天，但没有水，存活的时间一般不会超过二十四小时。所以不难看出，水对于一切生物来说，是其他资源所不可替代的。 ( 2) 水资源本身具有不断更新性。水资源与其他的矿藏资源不同，在一定的条件下，它可以不断地被更新补充，只要我们进行合理的开发利用，水资源是可以实现永久持续利用的。水资源本身具有一定的自我调节能力，如果外界发生了巨大变化，水资源可以利用自身的不断更新性，来进行自我恢复。要想和其他可更新资源一样做到永久持续利用，水资源还需要具备一定的条件，因为它的更新恢复能力是受到自然条件制约的，比如对污染物的自净能 力等。 ( 3) 水资源本身具有广泛性。水资源除了给人们提供必要的生命和生活所需之外，还可以被用来发电、灌溉、航运、养殖等，这些用途表现出了它具有功能上的广泛性。( 4) 水资源本身具有公共性。在水资源中，特别是在流域水资源中，它的公共资源属性明显，表现出自然性和整体流动性，比如供应的联合性、使用的分散性、相互依存性等。而水的流动性又决定了它的流域性，在同一流域内，水不会因为地域的行政划分而改变其本身的自然属性，而在同一流域内的地表水和地下水、上游和下游、左岸和右岸则共同构成了一个完整的生态流域系统。 2我国水资源保护的现状 我国是一个人口基数大、经济不发达、水资源相对匮乏的国家。由于环境污染，再加上环境管理制度的相对落后，我们的生存环境越来越差。近些年来，由于人们环境保护意识的不断提高，环境保护工作也逐渐得到了大家的重视。在水资源保护方面，我们运用行政、经济、法律的手段来保护水资源; 在水资源的开发利用方面，我们进行
水资源系统分析期末复习资料
系统：是由相互作用和依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体，而其本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。 系统的功能：把系统输入转换为输出就是系统的功能。 系统的类型：1.按组成部分的属性分类：自然系统、人工系统、复合系统；2.按系统组成部系统的形态分类：实体系统、概念系统3.按系统与环境的关系分类：封闭系统、开放系统；4.按系统所处的状态分类：静态系统、动态系统；5.按系统的规模分类：小型、中型、大型、超大型系统。 系统分析：是系统工程的量化和定性分析发放，它通过研究确定系统的有关要素、结构、功能、状态、行为等之间的关系以及系统与环境之间的相互关系，并通过推理和理算的定量途径，找出可行方案；再经过分析、综合与评价技术，选出可行方案的最佳者，供决策者参考。 系统分析方法：传统的系统分析方法主要有数学规划、对策论、排队论、集合论、多目标决策技术、网络技术、模拟技术等。 水资源系统：是自然与社会相结合的开放性动态复合系统，其结构、功能受自然规律的制约，对社会、环境的影响效应受人类意识的支配。根据研究的范围，水资源系统可分为跨流域水资源系统、流域水资源系统、区域（行政区域、供水区域等）水资源系统等。 水资源系统模拟分类：1.水资源系统表现形式(物理模型、数学模型)解析模型、随机模型2.表现形式抽象模型、实际模型3.模拟模型的动态性：静态模型、动态模型。 水资源系统的分析步骤：1.系统描述2.目标选择3.方案确定4.约束分析5.模型建立6.模型求解7.模型检验与方案评价8.决策与实施 遗传算法（GA）求解步骤：1.解函数的编码2.初始父代个体群的生成3.父代个体的解码4.父代个体的概率选择5.父代个体的杂交6.子代个体的变异7.进化迭代 遗传算子种类：选择算子、交叉算子、变异算子。 标准粒子群算法（PSO）的原理：通过个体间的协作与竞争，在复杂空间中搜索最优解。首先生成初始种群，即在可行解空间中随机初始化一群粒子，每个例子都为优化问题的一个潜在的解，并由目标函数为之确定一个适应值。每个粒子将在解空间中运动，并经逐代搜索最后得到最优解。每一代中粒子追踪两个极值：最优解、最优助解。蚁群算法（ACA）的原理：模拟蚂蚁群体寻找最优路径的过程而形成，用蚂蚁的行走路径表示待求问题的可行解，每只蚂蚁根据问题依赖的准则，从备选的初始状态出发，在解空间独立地搜索可行解或者是解的一个组成部分。解的质量越好，在行走路径是留下的信息素越多，信息素浓度增高，选择的蚂蚁相应增多，在正反馈机制下找到最优解的路径。 人工鱼群算法（AFSA）的原理：利用了鱼群的觅食、聚群和追尾行为，以构造一条鱼的底层行为作为起始，通过鱼群中各个体的局部寻优，最终达到全局最优值在群体中凸显出来的目的。 鱼群觅食的几种典型行为：随机行为、觅食行为、聚群行为、追尾行为 人工鱼群算法流程图（步骤） 1.初始化设置。 2.计算初始鱼群各个体适应值，取最优人工鱼状态及其值赋予公告牌。 3.对每个个体进行评价，对其要执行的行为进行选择，包括 觅食、聚群、追尾和随机行为。 4.执行人工鱼的行为，更新自己，形成新鲜鱼 5.评价所有个体，若个体优于公告栏，则将公告牌更新为该个体 6.当公告牌最优解达到满意误差内时，算法结束，否则转3
水资源论文()
关于生活污水回用典型工艺的初探 摘要：本文通过各国对水资源的一个利用情况，指出污水回用的必要性，并引 出污水处理的典型工艺-----生物膜法，分别从生物膜的四种膜反应器(生物转盘、生物流化床、生物接触氧化池、生物滤池)一一介绍了其构造，反应原理以及其工艺流程，让我们对膜处理工艺有了更深一步的了解与认识。最后分析了膜处理工艺的可行性。并对本文的介绍进行了总结。 关键词：生活污水；再生利用；膜处理工艺 1 引言 水是人类赖以生存和发展的珍贵资源。地球上虽然“三分陆地七分水”，水资源总量达14亿立方公里，但海洋咸水占97.2%，淡水仅占2.8%，储量仅3.7亿亿立方米，其中绝大部分蕴藏在南极冰原和北极冰山中，人类生产和生活能利用的地表淡水仅为105万亿立方米。[1]从上个世纪90年代以来，世界淡水资源日渐短缺，污染日益严重，水、旱灾害愈演愈烈，使地球生态系统的平衡和稳定遭到破坏，并直接威胁着人类的生存和发展。 随着人口的增长和经济的发展，人类对水的需求增长越来越快，许多国家陷入缺水困境，经济发展也受到制约。然而，水资源开发的多部门性，各部门在水资源开发与管理方面政出多门，阻碍了水资源的综合利用，使水资源供需矛盾加剧。城市污水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源。因此，城市污水的再生利用是解决当前缺水问题的一种有效的途径。 2 污水再生利用状况及必要性 水是生命之源，是地球上非常丰富的自然资源，遍布于海洋及陆地上。城市污水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源。因此，城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一。 2.1再生水利用现状 早在 1950 年，美国污水研究者俱乐部就利用模型进行了污水深度处理试验研究，1965年将其成果用于加利福尼亚的南塔湖污水处理厂，处理能力达到了28400m3/d。目前，美国城市污水回用量达260×104m3/d，其中62%的再生水用于农业灌溉，30%用于工业，其余用于城市设施和地下水回灌。众所周知，以色列是一个水资源极度贫乏的国家，因此污水已经成为该国重要的水资源之一。目前，以色列 100%的生活污水和 72%的城市污水得到了回用。现有200多个污水回用工程，规模最小为 27m3/d，最大为20×104m3/d，处理后的污水42%用于农灌、30%用于地下水回灌，其余用于工业及市政建设等。早在20世纪80年代中期，日本的城市污水回用量就达到了0.63×108m3/d。污水再生后用于中水道系统、农田或城市灌溉、河道补给等。[4] 我国的再生水利用理论研究和实践经历了“六五”期间的起步阶段，“七五”到“九五”期间的技术储备和示范工程引导阶段和目前的发展阶段，十五期间，在
水资源系统分析作业
1．用EXCEL 规划求解或Matlab 优化工具求解下列随机线性规划问题（10分） 目标函数：max E (z)=E (C 1).x 1+ E (C 2).x 2 约束条件: P(5 x 1+4x 2≤b 1)≥0.975 P(2 x 1+3x 2≤b 2)≥0.985 式中, C 1、C 2、b 1、b 2均为正态分布的随机变量 C 1，N （9，32）；C 2，N （8，22）；b 1，N （30，82）；b 2，N （20，72） （要求附规划求解的屏幕拷贝图，或Matlab 程序求解的屏幕拷贝图） 解：(1) 目标函数：21221189)()()(m ax x x x C E x C E z E +=+= 约束条件： 在上述模型中，对于机会约束，查正态分布表得到与025.0975.01=-和015.0985.01=-对应的960.1-=z 和170.2-=z ，于是 320.14)960.1(*830)025.0(1 =-+=b 810.4)170.2(*720) 015.0(2 =-+=b 原约束转化为确定性约束： 810 .432320.14452121≤+≤+x x x x (2) 在MATLAB 中求解，问题如下： Obj: 2189)(m ax x x z E += Sb.to: 810 .432320.14452121≤+≤+x x x x 即目标函数的最大值为25.2514，在x 1=3.3886，x 2=-0.6557时取得。
2. 某水源地可供水量为Q,可以分配给3个用户，分配水量x j 给用户j 时所产生的效益可近似表示为E j =a j x j 2+b j x j +c j ，j=1,2,3。如何分配水量才能使总效益最大？列出数学模型，并用Lagrange 乘子法求解。如果Q=19.25，a 1=-0.5，a 2=-0.4，a 3=-0.5，b 1=7.65，b 2=6.40，b 3=6.85，c 1=1710，c 2=1650，c 3=1580，求出具体的水量分配方案（15分） 解：(1) 以分配水量获得的总效益最大为目标函数，根据题意建立如下数学模型： 目标函数： ∑=++=3 1 2max j j j j j j c x b x a Z 4940 *85.6*5.0*40.6*4.0*65.7*5.01580*85.6*5.01650*40.6*4.01710*65.7*5.032 322 212 1323222121++-+-+-=++-++-++-=x x x x x x x x x x x x 约束条件： ,,25.19321321≥=≤++x x x Q x x x (2) 构造拉格朗日函数： 4940*85.6*5.0*40.6*4.0*65.7*5.0),(32 322 212 1++-+-+-=x x x x x x X L λ )25.19(*2321θλ+-+++x x x 其驻点满足条件： 040.68.0065.72211 =++-=??=++-=??λλx x L x x L 0**2025.19085.6232133 ==??=+-++=??=++-=??θλθ θλλL x x x L x x L (3) 解得： 考虑到θλ,至少有一个为0，则存在以下三种情况。 ① 0==θλ 解得：85.6,8,65.7321===x x x ，不符合约束条件，因而舍去。 ② 0,0≠=θλ 此时，约束条件不起作用，解得：85.6,8,65.7321===x x x ，也不符合条件，因而也舍去。 ③ 0,0=≠θλ 解得：85.5,75.6,65.6,1321===-=x x x λ。
水资源利用与水环境保护论文
《水资源利用与水环境保护》课程论文 专业： 班级： 姓名： 学号： 时间： 摘要：水是人类赖以生存、经济社会赖以发展的基础自然资源之一，而当今世界普遍存在的水资源短缺、水环境污染、洪水灾害问题，都影响到了水资源长久有效的利用，影响到人类社会可持续发展的实现。有效地解决各种水资源危机的一个重要方法就是进行科学的水资源管理。通过水资源的合理分配、优化调度、科学管理，科学合理地开发利用水资源和保护水资源，才能保障经济社会的资源基础，实现人类社会的可持续发展 一、水资源污染日趋严重 水污染按污染物质的类型可分为以下几种： （1）病原体污染。 （2）需氧物质污染。 （3）植物营养物质污染。 （4）石油污染。 （5）热污染。 （6）有毒化学物质污染，主要是重金属和难分解有机物的污染。 （7）无机物污染。 （8）放射性污染。
水污染日益严重，水环境恶化的趋势没有有效扭转。苏州乃至整个太湖流域水体污染的问题由来已久，并已引起了各个方面的高度关注。1999年1月1日由国务院9部委联合开展了“聚焦太湖零点行动”，虽然取得了一定成绩，但包括苏州在内的整个太湖流域水体污染、水质恶化的趋势并未得到有效遏制。 水生态日益恶化，湿地沼泽大量减少，水生生物多样性受到严重破坏，水系的自净能力不断下降。湖泊、河道、湿地以及各类养殖水体，构成了苏州水域生态环境，在调节气候、维护生态等方面起着重要作用，维护着城市肌体的健康运行。然而，随着工业化、城市化步伐的不断加快，苏州的水生态环境遭到了严重破坏，作为“城市之肾”的功能已日趋衰竭。 地下水超采严重，地质灾害隐患依然存在。随着地表水水质的日益恶化，不少工厂转而使用地下水。但地下水的超强度开采大大超过了自然补给量，导致地下水资源趋于枯竭，形成大面积的超采漏斗区，造成地面下沉等地质灾害。虽然自1997年开始对地下水进行控采，较大地压缩了地下水的开采量，尤其是2001年省人大立法对苏锡常实施地下水禁采后，地下水位有所上升，地面沉降的速率开始趋缓，但今年二季度最低水位仍达米（地下水水位距基准面的距离），地质灾害的隐患还远远没有消除。由于地面下沉的危害性是在经历漫长的过程后才被人们觉察出来的，其灾害不像洪水暴发来得急促，也不像沙漠化那样一目了然，常常被人们所忽略。这种状况如不改变，一旦地面下沉到与海平面近乎同一水平线上的时候，那将是比黄河、长江的洪涝灾害，比草原沙漠化的灾害更为严重。 城市废水污水排放总量增大，而污水处理能力则严重不足。农业面源污染量大面广，农村落后的生产生活方式成为影响水质的重要原因。河道水系严重破坏，河水的自然流动速率和自净能力大大降低。管理体制不顺，九龙治水导致水务管理处于混乱状态。 诚然，政府在科学发展观的指导下，进行了一系列的水环境整治措施，取得了一定阶段性的成果，苏州水资源状况确实有所改善，但是水污染形势依然不容乐观，我们依然要积极努力寻找对策，解决问题，以下提出一些水资源可持续利用的建议与措施。 一是做好防洪抗旱工作。防洪减灾工作是一项长期而重要的任务，必须高度重视，常抓不懈。正确处理人与洪水的关系，给洪水以出路，这一思路，不仅要体现在抗洪期间，还要在经济社会建设中予以高度重视。“十一五”期间，初步建成我国大江大河防洪工程体系，基本建立完善的防洪管理制度，确保大江大河、重要城市和重点地区的防洪安全；做好抗旱工作，保障人民群众的生活用水，确保经济社会的正常运行。 二是保障饮水安全。把保证饮水安全、维护人民群众的生命健康作为水利工作的首要任务抓紧抓好。“十一五”期间，解决1亿农村人口的饮水安全问题，使农村存在饮水安全问题的人口减少1/3。加强水资源保护，
水资源利用与水环境保护论文修订稿
水资源利用与水环境保 护论文 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-
《水资源利用与水环境保护》课程论 文 专业： 班级： 姓名： 学号： 时间： 摘要：水是人类赖以生存、经济社会赖以发展的基础自然资源之一，而当今世界普遍存在的水资源短缺、水环境污染、洪水灾害问题，都影响到了水资源长久有效的利用，影响到人类社会可持续发展的实现。有效地解决各种水资源危机的一个重要方法就是进行科学的水资源管理。通过水资源的合理分配、优化调度、科学管理，科学合理地开发利用水资源和保护水资源，才能保障经济社会的资源基础，实现人类社会的可持续发展 一、水资源污染日趋严重 水污染按污染物质的类型可分为以下几种： （1）病原体污染。
（2）需氧物质污染。 （3）植物营养物质污染。 （4）石油污染。 （5）热污染。 （6）有毒化学物质污染，主要是重金属和难分解有机物的污染。 （7）无机物污染。 （8）放射性污染。 水污染日益严重，水环境恶化的趋势没有有效扭转。苏州乃至整个太湖流域水体污染的问题由来已久，并已引起了各个方面的高度关注。1999年1月1日由国务院9部委联合开展了“聚焦太湖零点行动”，虽然取得了一定成绩，但包括苏州在内的整个太湖流域水体污染、水质恶化的趋势并未得到有效遏制。 水生态日益恶化，湿地沼泽大量减少，水生生物多样性受到严重破坏，水系的自净能力不断下降。湖泊、河道、湿地以及各类养殖水体，构成了苏州水域生态环境，在调节气候、维护生态等方面起着重要作用，维护着城市肌体的健康运行。然而，随着工业化、城市化步伐的不断加快，苏州的水生态环境遭到了严重破坏，作为“城市之肾”的功能已日趋衰竭。 地下水超采严重，地质灾害隐患依然存在。随着地表水水质的日益恶化，不少工厂转而使用地下水。但地下水的超强度开采大大超过了自然补给量，导致地下水资源趋于枯竭，形成大面积的超采漏斗区，造成地面下沉等地质灾害。虽然自1997年开始对地下水进行控采，较大地压缩了地下水的开采量，尤其是2001年省人大立法对苏锡常实施地下水禁采后，地下水位有所上升，地面沉降的速率开始趋缓，但今年二季度最低水位仍达57.06米（地下水水位距基准面的距离），地质灾害的隐
水资源系统分析研究生教学大纲001.pdf
《水资源系统分析》研究生课程 教学大纲 研究生课程教学大纲 课程编号：s2908460课程名称：水资源系统分析 课程英文名称：Water Resources Systems Analysis 开课单位：水文水资源系 教学大纲撰写人： 课程学分：2分课内学时：40学时 课程类别：必修课程性质：非学位课 授课方式：讲授考核方式：笔试开卷 适用专业：水文水资源，水利工程，地质工程 先修课程：水力学，水文学，水资源综合利用 指定教材参考书目： 教材水资源系统分析董增川，中国水利水电出版社; 第1版(2008年7月1日) ISBN: 7508453719 水资源系统分析付强中国水利水电出版社;第1版(2012年6月1日) ISBN: 7508498895 参考书目水资源系统分析方法及应用尚松浩清华大学出版社; 第1版(2006年1月1日) ISBN: 7302119619 课程中文简介 本课程系统介绍了水资源系统分析的主要内容，包括水资源系统和水资源系统分析的基本概念，建立水资源系统模型的一般方法，水资源系统分析中常用的最优化技术与模拟技术，以及风险型决策、不确定型决策、多目标决策和大系统优化的主要方法，为研究生今后从事水资源系统规划、设计和管理工作打下基础。
课程英文简介 This course systematically introduces the primary contents of water resources system analysis. The course includes the basic concepts and theories of water resources system analysis, the general methods of water resources system models, frequently-used optimization technology and simulation technology in water resources system analysis and the main methods of risk type decision, uncertain type decision, multi-objective decision and big system optimization. It helps graduate students that work in the field about planning, design and management of water resources system in the future building foundation. 教学大纲 1学时分配表 0绪论 ξ0.1 水资源系统规划与管理（学时 1 ） ξ0.2 水资源系统分析的发展概况（学时1 ） 第一章水资源系统分析的基础知识 ξ1.1水资源系统分析的特点及步骤（学时 1 ） ξ1.2水资源系统规划目标（学时1 ） ξ1.2多目标问题（学时 1） 第二章最优化技术 ξ2.1 最优化概述（学时 1） ξ2.2 线性规划及应用（学时 4） ξ2.3 整数规划概述（学时 2） ξ2.4 非线性规划和动态规划概述（学时 2） ξ2.5 智能优化算法（学时 4） 第三章动态规划及应用 ξ3.1概述（学时 1） ξ3.2 动态规划法（学时 2） ξ3.3动态规划的基本定理及应用（学时 2）
水资源利用与水环境保护论文
《水资源利用与水环境保护》课程论 文 专业： 班级： 姓名： 学号： 时间：
摘要：水是人类赖以生存、经济社会赖以发展的基础自然资源之一，而当今世界普遍存在的水资源短缺、水环境污染、洪水灾害问题，都影响到了水资源长久有效的利用，影响到人类社会可持续发展的实现。有效地解决各种水资源危机的一个重要方法就是进行科学的水资源管理。通过水资源的合理分配、优化调度、科学管理，科学合理地开发利用水资源和保护水资源，才能保障经济社会的资源基础，实现人类社会的可持续发展 一、水资源污染日趋严重 水污染按污染物质的类型可分为以下几种： （1）病原体污染。 （2）需氧物质污染。 （3）植物营养物质污染。 （4）石油污染。 （5）热污染。 （6）有毒化学物质污染，主要是重金属和难分解有机物的污染。 （7）无机物污染。 （8）放射性污染。 水污染日益严重，水环境恶化的趋势没有有效扭转。苏州乃至整个太湖流域水体污染的问题由来已久，并已引起了各个方面的高度关注。1999年1月1日由国务院9部委联合开展了“聚
焦太湖零点行动”，虽然取得了一定成绩，但包括苏州在内的整个太湖流域水体污染、水质恶化的趋势并未得到有效遏制。 水生态日益恶化，湿地沼泽大量减少，水生生物多样性受到严重破坏，水系的自净能力不断下降。湖泊、河道、湿地以及各类养殖水体，构成了苏州水域生态环境，在调节气候、维护生态等方面起着重要作用，维护着城市肌体的健康运行。然而，随着工业化、城市化步伐的不断加快，苏州的水生态环境遭到了严重破坏，作为“城市之肾”的功能已日趋衰竭。 地下水超采严重，地质灾害隐患依然存在。随着地表水水质的日益恶化，不少工厂转而使用地下水。但地下水的超强度开采大大超过了自然补给量，导致地下水资源趋于枯竭，形成大面积的超采漏斗区，造成地面下沉等地质灾害。虽然自1997年开始对地下水进行控采，较大地压缩了地下水的开采量，尤其是2001年省人大立法对苏锡常实施地下水禁采后，地下水位有所上升，地面沉降的速率开始趋缓，但今年二季度最低水位仍达57.06米（地下水水位距基准面的距离），地质灾害的隐患还远远没有消除。由于地面下沉的危害性是在经历漫长的过程后才被人们觉察出来的，其灾害不像洪水暴发来得急促，也不像沙漠化那样一目了然，常常被人们所忽略。这种状况如不改变，一旦地面下沉到与海平面近乎同一水平线上的时候，那将是比黄河、长江的洪涝灾害，比草原沙漠化的灾害更为严重。 城市废水污水排放总量增大，而污水处理能力则严重不足。农业面源污染量大面广，农村落后的生产生活方式成为影响水质的重要原因。河道水系严重破坏，河水的自然流动速率和自净能力大大降低。管理体制不顺，九龙治水导致水务管理处于混乱状态。 诚然，政府在科学发展观的指导下，进行了一系列的水环境整治措施，取得了一定阶段性的成果，苏州水资源状况确实有所改善，但是水污染形势依然不容乐观，我们依然要积极努力寻找对策，解决问题，以下提出一些水资源可持续利用的建议与措施。 一是做好防洪抗旱工作。防洪减灾工作是一项长期而重要的任务，必须高度重视，常抓不懈。正确处理人与洪水的关系，给
关于水资源论文保护水资源论文
关于水资源论文保护水资源论文 浅析水资源利用与保护 [摘要] 水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础，本人就水资源利用与保护谈点粗浅的认识。 [关键词] 水资源利用与保护 水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源，水既是人体的重要组成，又是人体新陈代谢的介质，人体的水含量占体重的2/3，维持人类正常的生理代谢，每天每人至少需要2-3L 水。同时工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。随着人口的增长，城市化、工业化以及灌溉对水的需求日益增加，21世纪将出现许多用水紧缺问题。但是当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。 尤其做为西北内陆地区的宁夏在可供淡水有限的情况下，应积极采取措施保护宝贵的资源。因此，保护水资源是人类最伟大、最神圣的天职。 首先，要树立惜水意识，开展水资源警示教育。长期以来，大多数人们普遍认为水是取之不尽，用之不竭的“聚宝盆”，使用中挥霍浪费，不知道自觉珍惜。其实，地球上水资源并不是用之不尽的，尤其是我国的人均水资源量并不丰富，地区分布也不均匀，而且年内变化
莫测，年际差别很大，再加上污染严重，造成水资源更加紧缺的状况，黄河水多处多次断流就是生动体现。国家启动“引黄工程”、“南水北调”等水资源利用课题，目的是解决部分地区水资源短缺问题，但更应引起我们深思：黄河水枯竭时到哪里“引黄”?南方水污染了如何“北调”?所以说，人们一定要建立起水资源危机意识，把节约水资源作为我们自觉的行为准则，采取多种形式进行水资源警示教育。 其次，必须合理开发水资源，避免水资源破坏。水资源的开发包括地表水资源开发和地下水资源开发。水资源属于国家所用，因此，生产和生活用水的开发必须遵守《中华人民共和国水法》的有关规定，作到全面规划，统筹兼顾。 现代水利工程，如防洪、发电、航运、灌溉、养殖供水等在发挥一种或多种经济效益的同时，对工程所在地、上下游、河口乃至整个流域的自然环境和社会环境都会产生一定的负面影响，也可能造成一定范围内水资源破坏，因此，自20世纪70年代以来，许多国家对水利工程进行环境评价。我国要求在水利工程可行性研究阶段即进行环境评价，大型工程和一般中型工程要编写环境影响报告，对环境影响较小的中型工程和小型工程要编写环境影响评价表。另外，一些采矿行业对水资源的破坏不容忽视，如煤炭开采中每采一吨煤要排漏0．88立方米水，按我省年采煤3亿吨计算，每年仅因采煤损失地下水资源高达2．5亿立方米，并对地下水体地质构造造成极大的破坏。
水资源的有效利用及其保护论文
水资源的有效利用及其保护论文 水作为人类的生存之源，是人类生产和生活所必不可少的重要组成部分。随着这些年来我国面临着严重的水资源匮乏和污染的问题，其主要原因在于对水资源的过度利用，在农业、工业乃至是人类生活中对水资源利用和保护方面存在的不合理状况造成的。所以，我们必须对水资源进行有效的利用和保护，不断增加水资源的利用效率，从而不断保护好我们赖以生存的水资源。 1水资源的有效利用和保护的意义分析 水资源自身不仅具有重要的经济效益，而且还具有丰富的社会效益的价值体现，是一种对人类生存和发展都具有重要意义和影响的不可或缺的自然资源。水资源作为一种宝贵的自然资源，是人类赖以生存的重要的生产资料和物质基础。水资源又是一种具有生态效益的环境资源形式，是人类得以生存和发展的重要组成要素，不仅具有一定的气候调节和平衡生态的功能，而且在具体的气温恒定方面也能够发挥着重要的促进作用。水资源又是一种重要的生产资源，是工业和农业赖以生存和发展的基础条件，特别是完全依赖于水资源的防治、机械加工、发电以及造纸等行业当中对水资源的利用极大，因此，水是工业进行生产所不可或缺的重要组成部分。由于当今社会工业的发展以及人口的迅速增加，对水资源的利用上存在着严重的污染和浪费。并且还导致了在水资源的可重复利用上呈现出了严重的下滑状态，然而随着人口数量的持续增加，对水资源的利用需求在不断的增加，严重的水污染问题摆在了人类面前，因此，针对水资源的开发和利用的问题成为了当今社会人类普遍关注的焦点议题。 2水资源开发与保护的具体方法和措施
2.1在工业方面加强水资源的循环使用效率 人类社会系消耗水资源的重要方面就是工业用水，在工业当中的诸多领域都需要利用大量的水资源，甚至是有些生产领域还把水资源作为其基本原料，在一定条件下由于工业使用以后所造成的水污染也是非常严重的，对水资源的循环使用造成了严重的破坏。因此，我们必须对水资源在工业领域中的有效运用问题给与有效的解决，对工业领域当中的用水总量给与适当的减少和控制。 2.2在生活领域要把节约用水作为其生存前提 生活用水作为整个水资源利用当中的重要环节，家家户户在生活当中都需要使用水资源，其不仅在使用范围上比较广，而且在具体的使用种类上也非常多，在具体的生活当中经常会出现一些不起眼的事情但是对水资源却容易造成比较严重的污染和浪费的现象。因此，针对生活用水方面应采取相应的节约用水措施：（1）可以使用相应的节水器从而达到水资源使用的计量供应，在具体的生活当中应使用那些具有节水功能的水龙头、洗衣机以及坐便器等生活用品，还要对供水管网进行定期的检查和维护，从而防止因相关的管网问题所造成的对水资源造成的浪费问题。在生活当中还要安装能够有效节水的水表，从而达到计量供应的目的，并根据相应的用数量采用付费的方法来加强节约用水的目的，还可以不断提高水资源的利用效率。 （2）对生活污水进行合理处理，从相关数据中我们可以看出，通过对污水进行有效处理，能够有效的节约相关城市用水的5%以上。 2.3运用科学灌溉的方法推动农业生产 在我国的农业生产领域当中，其对农业的灌溉经常采用漫灌的方法，这样的灌溉方式不仅劳动强度大而且还会造成水资源的严重浪费。因此，在具体的灌溉
水资源保护论文
中国水资源危机 关键词：水资源，水环境，水污染，开发利用，水危机，环保意识，生态文明。 摘要：处于社会转型期的当代中国面临着众多环境问题,水资源问题尤为突出。水资源压力过大,水生态严重恶化成为令人十分堪忧的问题。《水问》真实全面地告诉观众中国正面临着怎样的用水困难,并深刻解析了中国水资源状况。本文旨在研究《水问》引发的保护水资源的思索,并强调培养大众环保意识的重要,通过建设“生态文明”和声张“生态正义”,应对环境恶化,走人与自然和谐发展之路。本文综观我国水资源情况，面对水污染日益严重的形势，结合工作实践，提出了解决水环境问题的对策: 减少耗水量、建立城市污水处理系统、产业结构调整、控制农业面源污染、开发新水源、加强水资源的规划管理，对我国的水资源管理问题发表了自己的看法。 水是生命的源泉，它滋润了万物、哺育了生命。我们赖以生存的地球表面就有70%是被水覆盖着，而其中97%为海水，与我们平常生活关系最为密切的淡水只占3%，而淡水中又有78%为冰川淡水，目前还很难利用。因此，人类所能利用的淡水资源是有限的，并且受到污染的威胁。农业、工业和城市供水需求量的不断提高导致了有限的淡水资源的分配竞争。为了避免水危机，我们必须保护水资源，对供水和需水进行管理，减少污染和降低不断增长的人口对环境的影响。水是万物生命之源,是人类发展的命脉。水问题不仅关乎每个人的生活,也涉及到一个民族的前途和命运。在文明不断进步的同时,水资源的短缺也时刻警醒着我们。《水问》以极具思考深度并令人注目的方式,用无可争议、令人震惊的实例,向观众展现了大量伴随水资源危机而产生的巨大危害。《水问》含有“水的哭诉”、“水的呐喊”之意,直接而尖锐,急促而紧迫。该片的总编导王猛说:“水是宽容的,因为这种宽容才产生了生命,也因为这种宽容,它容纳了这个世界所有肮脏的东西。中国的工业文明发展浓缩了西方两百年的时间,作为代价,中国的河流与湖泊也浓缩了西方两百年的污染史”。水默默的维护人类的干净、舒适、健康,也默默地承受人类交给它的肮脏。水是有生命、有感知的,它会释放情感,在饱受污染时,它也有哭诉的愿望。 目前我国的工业化、城市化都以世界前所未有的速度快速发展着。但当我们沉浸于自己取得的骄人成绩时,却也开始尝到了自己酿制的苦果[2]。巨大成就的背后,隐藏着严重的生态和环境危机,其中以水资源危机最为突出和严重,也最为直观。事实上水危机不是即将到来,而是已经从四面八方开始蔓延。清茶一杯是中国传统的待客之道,但在甘肃省的很多地区,能喝上一杯干净的水已经变成一种奢侈,很多人因为水源干涸而不得背井离乡。华北地区的打井高潮时,每年打井在三百万眼以上,而如今,这些井已经无水可取。在衡水市,以前打井只需要100多米便可,如今须打300多米才可见水,取水工具最初是离心泵,后来是工业泵,现在必
水资源可持续利用论文
淮河水资源可持续利用研究 【摘要】水是人类社会经济发展的基础自然资源，也是人们生存、生活不可替代的生命源泉。随着淮河水资源环境的恶化，水资源危机已经成为影响淮河流域经济社会发展的制约因素。本文对淮河水资源的可持续利用进行了研究。 【关键词】淮河水资源可持续发展 一、淮河水资源概况 淮河是我国第三大河流，发源于河南南部的桐柏山，全长1000公里，流域面积27万平方公里，西起伏牛山，东临黄海，北至黄河堤和沂蒙山脉，南以大别山和皖山余脉与长江流域分界，跨豫、皖、苏、鲁4省。流域西部、西南部以及东北部为山区、丘陵区，其余为广阔的平原地区。 淮河流域多年平均降雨量为2390亿立方米；平均地表水资源量621亿立方米，仅占全国地表水资源量的2.2%；浅层地下水资源量374亿立方米，占全国地下水资源量的4.5%，扣除两者重复部分，水资源总量854亿立方米，占全国水资源总量的3.0%。目前，淮河流域水资源利用率73.7%，全流域人均水资源488立方米，是全国人均水量的18%，每公顷平均水量为4935立方米，仅占全国每公顷平均水量的19%，水资源相当贫乏。 二、淮河水资源利用的现状 淮河流域是我国水资源开发较早较多的一个地区。建国后随着大量水利工程的兴建，该流域已形成蓄、引、提、抽、调等水利体系。目前，淮河流域各类水资源工程的总供水能力约为500亿立方米。其中，地表水250亿立方米，利用率40%；利用地下水90亿立方米，利用率31%；利用长江水110亿立方米，黄河水50亿立方米。在保证率50%，75%和95%的年份，可供水量仅及需水量的76%，71%和52%，平水年份缺水12亿立方米，中等干旱年份缺水40亿立方米，特枯年份缺水高达114亿立方米。流域内超过666.7万hm 2 的有效灌溉面积中，每年实灌面积一般只有533.3万hm 2 左右，只占淮河总耕地面积的40%左右。在水资源使用量中，农业用水占80%以上。该流域水资源开发利用量约占全国的1/9。
水资源水环境论文
浅谈城市水资源危机及对策 班级：水利水电081班 姓名：王向 学号：0803220134
浅谈城市水资源危机及对策 摘要：加快城市化进程是我国全面建设小康社会的重要战略步骤之一，而水是生命之源保障城市供水用水安全是城市化工作的重点。城市用水主要是人们的生活饮用水和工业用水。随着我国小城市及县城城市化进程的加快发展人口也更加集中到城市，对城市水资源配置、供给，水环境保护就提出了更高的要求，也是城市化建设的一个重要内容，水资源是人类社会可持续发展的基本保证。本文浅述了城市水资源危机及其对策。 关键词：城市水资源水资源危机可持续利用污水处理污染 前言：水是生命之源。水是人类社会发展不可少的和不可替代的资源，所以水资源应成为人类可持续利用的宝贵资源。城市是人口和工业集中的地方。城市用水主要是人们的生活饮用水和工业用水。城市用过的水中常会有许多废弃物，排出废弃物一旦超出了水体的自净能力，水质就会恶化，从而使水体遭到污染。受污染的水体，将丧失和部分丧失使用功能，从而影响水资源的可持续利用，并加剧水资源短缺的危机。水环境污染，现已成为世界性的重大问题，而我国的水环境污染尤其严重，已使国民经济遭受重大损失。我国水资源总量为2.81万亿m3，居世界第6位，按13亿人口计算，人均水资源仅为2251m3，不及世界人均占有量的1/4，是世界上公认的13个水资源匮乏的国家之一。从城市的状况看，由于人口密集、工业发达，用水需求过度集中，人均拥有的可利用淡水资源量就更加稀少，远远低于全国平均水平。我国水资源的空间分布极不平衡，西北内陆、长江以北、长江以南3个区域水资源量的比例大致为5∶15∶80，长江以南地区大中型以上的城市较少，长江以北地区却较多。这种水资源分布格局与城市分布不相适应，加剧了我国城市水资源短缺的矛盾。解决水资源问题，缓解水资源危机已迫在眉睫。 正文： （一）我国城市水资源的可持续问题主要有： （1）水资源供需矛盾日益尖锐： 2006年全国城镇人口57706万(5.77亿)，占全国总人口比重为43.9%，用水总量约630亿m3。据预测，到2010年和2030年，城市人口分别为6.5亿和7.5亿时，相应的需水量将分别增加到910亿m3和1320亿m3。我国经济现在正处于快速增长期，工业用水大幅度增长，水资源供需矛盾将更加突出。 （2）水资源短缺与浪费现象并存：我国工业和城市生活用水存在着严重的浪费，用水效率极为低下。由于工艺设备和管理的落后，我国工业用水量远远大于发达国家，我国工业万元产值用水量为100m3，是国外先进水平的10倍，工业节水的潜力很大。城市生活用水同样存在浪费，城市生活用水跑冒滴漏现象十分普遍，多数城市仅供水管网及用水器具跑冒滴漏损失率超过20％。 （3）水资源污染严重，水环境恶化加剧：目前，全国城市污水处理率达到30％，二级处理率为15％，许多城市至今还没有污水处理厂。大量城市污水未经处理直接排入水域，使我国城市水环境质量所面临的形势十分严峻。环境污染进一步加剧了水资源的短缺程度，也使一些水资源丰富的城市出现了污染型水资源危机。 （4）城市水资源管理体制尚不完善：我国目前的水资源管理体制是部门切割式的管理，由此造成水务管理中政出多门而又缺乏协调，因而人为地增加了市政管理的难度。。“多龙管水”的水权体制已成为实现水资源管理现代化和水资源优化配置的极大障碍。 （二）为解决水资源短缺危机，可行的有以下途径： （1）节水
水资源利用及水环境污染防治论文
水资源利用及水环境污染防治论文 课题名称：水资源利用及环境污染防治论文 指导教师：潘立新 系别：国土信息工程系 专业：10地专 姓名：李慧
摘要 水和空气一样，是人类赖以生存的必要因素。水在人类生活和生产中的作用是不言而喻的。有人把水称作“工业的血液、生命的乳浆”。没有足够的水，工农业生产无法进行；没有足够的清洁的淡水，人类社会将无法生存下去。水又是构成生物体的一个最基本的要素，是生命发生、发育和繁衍的源泉。随着现代科学技术的发展，人类不断向太空发射宇宙探测器，其主要目的是揭开外星人是否存在之谜。宇宙探测器的首要任务是确定其它星球上是否存在水，这也从侧面说明，没有水的星球，不可能存在生物。 关键词：水生命人
目录 前言 (4) 一、水资源现状 (5) 二、水环境问题 (5) 三、水环境污染防治的意义 (6) 四、解决缺水问题主要途径…………………………………….7. 五、结束语 (8) 参考文献 (9)
前言 水和空气一样，是人类赖以生存的必要因素。水在人类生活和生产中的作用是不言而喻的。有人把水称作“工业的血液、生命的乳浆”。没有足够的水，工农业生产无法进行；没有足够的清洁的淡水，人类社会将无法生存下去。水又是构成生物体的一个最基本的要素，是生命发生、发育和繁衍的源泉。随着现代科学技术的发展，人类不断向太空发射宇宙探测器，其主要目的是揭开外星人是否存在之谜。宇宙探测器的首要任务是确定其它星球上是否存在水，这也从侧面说明，没有水的星球，不可能存在生物。
一、水资源现状 随着人类的进步和工农业生产的发展，人们逐渐认识到，水并不是取之不尽用之不竭的资源，而是人类社会正面临的紧缺资源。日益严重的水资源短缺和严重的水环境污染困扰着国计民生，而且也已成为制约社会经济可持续发展的主要因素。据不完全统计，目前全世界有一百多个国家缺水，其中严重缺水的国家已达四十多个。我国同样面临水资源紧缺的现实。我国人均占有水资源2700m3，仅相当于世界平均值的1/4。近年来，生产和生活用水需要量不断增加，因此甚感水资源之不足。尤其是北方地区气候干旱，雨水烯少，水资源更加缺乏。特别是在人口稠密、工业集中的城市、地区，如北京、天津、河北、山西、豫北、胶东和辽河流域，人口占全国的17.6%，土地占全国的6%，工农业产值却占全国的25%，而水资源仅占全国的3.4%，人均仅517m3/人，为全国人均值的1/5。 日趋严重的水污染，使本来有限的水资源的相当部分失去了使用价值。据统计，由于水资源短缺，我国山东、辽宁、江苏、黑龙江、陕西五省94个城市1989年影响工业产值127亿元左右。 以北京市为例，北京市地处华北平原北端，年降雨量多年平均仅600mm左右，而且由于受季风气候及地形的影响，降雨的时空分布极不均匀，年际变化悬殊，年降雨也很集中。为解决北京市用水问题，除勘探、开采地下水外，还修建了密云、官厅等水库来存蓄地表径流，对解决北京市用水问题起到了很大作用。随着城市建设的不断发展，目前全市工农业及城市环境等总用水量已经接近本市可供水源的能力，市区地下水已经严重超量开采。“南水北调”计划正是为解决北京、天津等北方城市用水及农业用水而制定的，但工程投资大、难度大、周期长，而且，如不加强污染治理和节约用水，将会造成更大的环境问题。 二、水环境问题 随着人口的增长，世界用水量大幅度增加，主要表现在：一、工业与城市用水量激增。由于人口激增和工业化的发展，用水量急剧增加。二、农业耗水量增加。同时，水污染又加剧了水资源紧缺的局面。据报道，称目前全世界每年约有4200多亿立方米污水排入江河湖海。据联合国第二次人类居住区大会称：到2010年，世界城市将面临非常严重的缺水危机，水危机将成为“21世纪城市里最容易引起争端的问题。” 从目前我国水环境存在的问题看，主要有以下五个方面的问题。第一，江河水污染问题。据近期的水资源评价反映，在评价的700条河流中，水质良好的占评价河长的32.2%，受污染的河长占评价河长的46.5%。全国七大江河中，淮河、黄河、海河的水质最差，均有70%的河段受到污染。黄河、淮河、海河等中下游发生的断流现象，导致河口严重淤积；不少中小河流由于城镇工业的超量排