1、河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理城城 市市 水水 资资 源源 利利 用用 与与 管管 理理河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.1 供需分析的概念及分类 在特定的水资源条件和需水要在特定的水资源条件和需水要求下，充分发挥水利工程的作用，求下，充分发挥水利工程的作用，通过水利工程的调节计算可得到水通过水利工程的调节计算可得到水利工程供水和需水之间的关系，即利工程供水和需水之间的关系，即水资源供需分析水
2、资源供需分析供需分析的概念供需分析的概念水资源时空分水资源时空分布不均与社会布不均与社会经济及生态需经济及生态需水不匹配水不匹配水水利工程调节利工程调节满足需求满足需求Qtq工程供水能力：工程供水能力：工程措施充分发挥工程措施充分发挥其设计能力时可提供的水量其设计能力时可提供的水量Q Q日平均河道可引日平均河道可引 Q Qc c渠道渠道，全引，全引Q Q日平均河道可引日平均河道可引 Q Qc c渠道渠道，q q引引Q Qc c渠道渠道水资源供需分析水资源供需分析未来社经需求未来社经需求预测需水预测需水拟定方案拟定方案实现平衡实现平衡可供水量：可供水量：给定来水条件下，考虑供水对象的需水要求，水
3、工程可提供的水量给定来水条件下，考虑供水对象的需水要求，水工程可提供的水量Q需Q下Q（t）Qtt河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理从分析范围分从分析范围分供需分析的分类供需分析的分类计算单元的供需分析计算单元的供需分析河道流域的供需分析河道流域的供需分析整个区域的供需分析整个区域的供需分析河道外用水的供需分析：河道外用水的供需分析：消耗性水消耗性水河道内用水的供需分析：非消耗性水河道内用水的供需分析：非消耗性水4.1 供需分析的概念及分类现状水平年供需分析现状水平年供需分析规划水平年供需分析规划水平年供需分析一次供需分析一次供需分析二次供需
4、分析二次供需分析三次供需分析三次供需分析从分析深度分从分析深度分从用水发展分从用水发展分从用水性质分从用水性质分河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u 划分平衡区和计算单元划分平衡区和计算单元u 分析水资源供需现状和存在的一些问题分析水资源供需现状和存在的一些问题 u 分析不同发展阶段（不同水平年）水资源分析不同发展阶段（不同水平年）水资源u 供需情况和实现供需平衡的方向供需情况和实现供需平衡的方向 u 分析实现本区域水的长期稳定供给的措施和方案计划分析实现本区域水的长期稳定供给的措施和方案计划4.1 供需分析的概念及分类供需分析的流程供需分
5、析的流程河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理 来水条件：来水条件：来水的大小及来水年内分配来水的大小及来水年内分配 用水条件：用水条件：不同的用水特性及合理用水、节约用水情况不同的用水特性及合理用水、节约用水情况 水质条件：水质条件：不同的水源、泥沙和污染程度不同的水源、泥沙和污染程度 工程条件工程条件：现有工程设施的能力及调节运用方式的变化：现有工程设施的能力及调节运用方式的变化 水资源管理水平水资源管理水平4.2 水利工程可供水量计算 在不同的来水频率或保证频率下，为满足不同水平年的需水在不同的来水频率或保证频率下，为满足不同水平年的需水
6、要求，各项水利工程设施可提供的水量。要求，各项水利工程设施可提供的水量。可供水量的影响因素可供水量的影响因素可供水量的定义可供水量的定义河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理“不同水平年不同水平年”中的水平，指的是水资源开发利用程度，表现在各类供水工程措中的水平，指的是水资源开发利用程度，表现在各类供水工程措施的多少、工程状况和管理水平等方面施的多少、工程状况和管理水平等方面“不同保证率不同保证率”可视作供水工程措施对用户供水的保证程度。同一供水工程措施可视作供水工程措施对用户供水的保证程度。同一供水工程措施在不同的丰、枯年份可供水量是不同的。
7、同一灌溉面积在不同丰、枯年份的需水量在不同的丰、枯年份可供水量是不同的。同一灌溉面积在不同丰、枯年份的需水量也是不同的也是不同的“考虑需水要求考虑需水要求”指的是在计算可供水量时，要把供水和需水结合考虑，弃水和指的是在计算可供水量时，要把供水和需水结合考虑，弃水和不能为用户所利用的水量不能算作可供水量。不能为用户所利用的水量不能算作可供水量。“可供水量的可供水量的可可”字，表示某种计算条件下，供水工程设施字，表示某种计算条件下，供水工程设施“可能可能”、或、或“可以可以”提供的水量。供水工程措施的可供水量与工程的供水能力是不同的，供水能提供的水量。供水工程措施的可供水量与工程的供水能力是不同的
8、，供水能力为工程措施充分发挥作用可提供的水量，未考虑需水要求，可供水量只是供水能力为工程措施充分发挥作用可提供的水量，未考虑需水要求，可供水量只是供水能力中为用户利用了的那部分水量力中为用户利用了的那部分水量“供水工程措施可提供的供水工程措施可提供的”是指可供水量一定是供水工程措施所提供的，没有通是指可供水量一定是供水工程措施所提供的，没有通过供水工程措施直接为用户所利用的水量，如农作物利用的天然降水量、农作物根过供水工程措施直接为用户所利用的水量，如农作物利用的天然降水量、农作物根系吸收的土壤水分和地下水，都不能算作可供水量（灌溉定额是指扣除农作物利用系吸收的土壤水分和地下水，都不能算作可供
9、水量（灌溉定额是指扣除农作物利用的天然水量后需要补充的水量）。所以，供水工程措施未控制的集雨面积上的水资的天然水量后需要补充的水量）。所以，供水工程措施未控制的集雨面积上的水资源量是不可能成为可供水量的。源量是不可能成为可供水量的。可供水量的内涵可供水量的内涵4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u引水工程：指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程。指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程。4.2 水利工程可供水量计算单项工程的可供水量单项工程的可供水量u蓄水工程：在时间上对水资源重新分配，在来水多时把水蓄起
10、来，在时间上对水资源重新分配，在来水多时把水蓄起来，在来水少是根据用水要求适时适量的供水。在来水少是根据用水要求适时适量的供水。u提水工程：包括地表水提水工程和地下水提水工程。地表水提水包括地表水提水工程和地下水提水工程。地表水提水工程可供水量是指通过动力机械设备从江河、湖泊中提取的水量。工程可供水量是指通过动力机械设备从江河、湖泊中提取的水量。地下水提水工程可供水量指通过提水设备从地下提取为用户所用地下水提水工程可供水量指通过提水设备从地下提取为用户所用的水量。的水量。河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u系列调节计算法4.2 水利工程可供
11、水量计算单项工程的可供水量计算单项工程的可供水量计算u典型年法区域的可供水量，一般先单项工程着手，而后综合计算。区域的可供水量计算区域的可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理引水工程：指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程可供水量：许可的引水量必须从年最大引水量中减去用户不用的许可的引水量必须从年最大引水量中减去用户不用的水量，剩余部分才是引水工程可以供给的水量水量，剩余部分才是引水工程可以供给的水量供水能力：工程措施充分发挥作用时可提供的水量工程措施充分发挥作用时可提供的水量4.2
12、 水利工程可供水量计算引水工程引水工程河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u大、中型引水工程v河道无调节能力河道无调节能力v约束条件约束条件渠道过水能力渠道过水能力下游河道流量要求下游河道流量要求用户的用水要求用户的用水要求u小型引水工程 Q可供水量引水断面流量下游预留流量min 用户的用水要求渠道过水能力WAnWp可供4.2 水利工程可供水量计算引水工程可供水量计算引水工程可供水量计算供水系数法供水系数法W可供可供某一水平年某一来水频率引水工程的可供水量；某一水平年某一来水频率引水工程的可供水量；np 某一来水频率引水工程某一来水频率引水工
13、程的供水系数；的供水系数；A引水工程的灌溉面积；引水工程的灌溉面积；W某一来水频率毛灌溉定额某一来水频率毛灌溉定额 河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理例例1 1（一用户情形）（一用户情形）已知已知:(1)表中单位为表中单位为m3/s (2)用水户为单用户情形用水户为单用户情形 (3)渠道过水能力为渠道过水能力为70m3/s，下游流量要求为，下游流量要求为60 m3/s求解：各时段可供水量？求解：各时段可供水量？4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理例例1 1计算结
14、果计算结果问题：如果用水户为多用户情形，如何分配水量？问题：如果用水户为多用户情形，如何分配水量？4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理用户2用户1回归水20%区间入流60需水100需水200来水120a.a.不考虑取水口下游流量限制不考虑取水口下游流量限制b.不考虑引水渠道过水能力不考虑引水渠道过水能力例例2 2（两用户情形）（两用户情形）方法方法1 1：属地优先原则：属地优先原则用户用户1：可供水量：可供水量Q1=100 m3/s用户用户2：可供水量：可供水量Q2=120-100+100*20%+60=100 m
15、3/s4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理1122121112DQDQDDYQQYQ区4.2 水利工程可供水量计算缺点缺点:未考虑用水户重要性未考虑用水户重要性用户1=20%Y区=60D1=100D2=200Y1=120Q1Q2方法方法2 2：均衡受益原则，两者缺水率相等：均衡受益原则，两者缺水率相等 用户用户1：可供水量：可供水量Q1=64.28 m3/s;用户用户2：可供水量：可供水量Q2=128.59 m3/s1211210020012020%60QQQQQ河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市
16、水资源利用与管理城市水资源利用与管理 用户用户1：可供水量：可供水量Q1=44.44 m3/s ；用户；用户2：可供水量：可供水量Q2=144.44 m3/s2211221212minDQDQDD22221111DQDDQD用户1=20%Y区=60D1=100D2=200Y1=120Q1Q2方法方法3 3：均衡受益原则，考虑用户重要性：均衡受益原则，考虑用户重要性假设用户假设用户2的重要性是用户的重要性是用户1的的2倍，即倍，即2124.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理多用户供水模式多用户供水模式u考虑用户重要性1
17、21t121QQQQQQQQQQ供供需需2区间供供回归供下游=u属地优先权模式 4.2 水利工程可供水量计算u均衡受益模式先满足上游需水，再考虑下游用户先满足上游需水，再考虑下游用户121t121QQQQQQQQQQ供供需需2区间供供回归供下游=河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u 从河道提水从河道提水河道来水情况河道来水情况下游河道流水要求下游河道流水要求提水设备能力提水设备能力 Q设Q下Q（t）Qtt提水工程可供水量计算提水工程可供水量计算4.2 水利工程可供水量计算u 从湖泊、大江、大河中提水从湖泊、大江、大河中提水 提水量不太大时，
18、基本不考虑需水限制 u 提取地下水提取地下水 应以不致造成不良后果为前提下设可供需，m i ntQQQQQ河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理蓄水工程蓄水工程4.2 水利工程可供水量计算中小型水库中小型水库年调节水库大型水库大型水库水库具有调节能力，可以根据需水对天然径流再分配水库具有调节能力，可以根据需水对天然径流再分配资料允许情况下，根据水库来水、用水及水库有效蓄资料允许情况下，根据水库来水、用水及水库有效蓄水量逐时段调节计算水量逐时段调节计算不同的调节模式，有不同的结果不同的调节模式，有不同的结果多年调节水库量多且缺乏实测资料量多且缺乏
19、实测资料河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理已知：（已知：（1）表中水量单位为万立米）表中水量单位为万立米 （2）假设水库始、末水位均为死水位）假设水库始、末水位均为死水位 （3）水库调节库容为）水库调节库容为200万立米万立米例例3 3求解：求解：水库各时段可供水量水库各时段可供水量4.2 水利工程可供水量计算大型水库大型水库河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理（3）“相对缺水率最小”模式121QQQQ供供需需21()ttttVVQqt1()ttttVVQqt2miniitiitQQ 需，
20、1()ttttVVQqt 需水约束需水约束 水量平衡约束水量平衡约束有效蓄水量约束有效蓄水量约束（1）“有水就用”模式（2）“过程相似”模式4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理例例3计算结果计算结果问题：若调节库容为问题：若调节库容为100100万立方，计算结果如何？万立方，计算结果如何？4.2 水利工程可供水量计算0河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理Qtt可供水量模式模式2：V调节调节200模式模式3：V调节调节100不同计算模式示意图不同计算模式示意图库容有
21、限时供水过程示意图库容有限时供水过程示意图4.2 水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理水量利用系数法：水量利用系数法：利用利用关系进行推求关系进行推求4.2 水利工程可供水量计算库容系数利用系数关系曲线 (某省实际资料计算分析得出)复蓄指数法复蓄指数法:水库、塘坝年可供水库、塘坝年可供水量与有效库容之比值。水量与有效库容之比值。中型水库中型水库小型水库小型水库Wn V供河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可供水量计算u基于模拟的可供水量计算u基于优化的可供水量
22、计算u系统概化 用户概化用户概化水源划分水源划分工程安排工程安排系统网络图系统网络图河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理 水资源系统：水资源系统：是指在一定范围或环境下，为实现水资源开是指在一定范围或环境下，为实现水资源开发利用目标，由相互联系、相互制约、相互作用的若干水资源发利用目标，由相互联系、相互制约、相互作用的若干水资源工程单元和管理技术单元组成的有机体。工程单元和管理技术单元组成的有机体。区域可供水量的计算：区域可供水量的计算：就是在各种用水户需水要求下，对就是在各种用水户需水要求下，对区域内部所有水利工程的可供水量进行计算。区域内
23、部所有水利工程的可供水量进行计算。4.3 区域可供水量计算系统概化系统概化河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可供水量计算研究区域分区：研究区域分区：按行政区划分区按行政区划分区按自然地理单元分区按自然地理单元分区按社会经济单元划分按社会经济单元划分按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法划分按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法划分(1)(1)用户概化用户概化河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源
24、利用与管理v蓄水工程蓄水工程v引水工程引水工程v提水工程提水工程v调水工程调水工程v中水回用中水回用v当地水l当地地表水l当地地下水l再生水v外来水4.2 水利工程可供水量计算(2)(2)水源分类水源分类(3)(3)工程安排工程安排河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理水源与分区分类型用户之间，通过各种供水工程相联系。水源与分区分类型用户之间，通过各种供水工程相联系。按照供水工程、概化用户在流域水系上和自然地理上的拓按照供水工程、概化用户在流域水系上和自然地理上的拓扑关系，把水源与用户连接起来，形成系统网络图。扑关系，把水源与用户连接起来，形成
25、系统网络图。系统网络图是对真实系统的抽象概化，由概化元素构成。系统网络图是对真实系统的抽象概化，由概化元素构成。概化元素包括概化元素包括计算单元计算单元、水利工程水利工程、分汇水节点分汇水节点以及各种以及各种输输水通道水通道等。等。4.2 水利工程可供水量计算(4)(4)系统网络图系统网络图河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理计算单元计算单元是划分的最小一级计算分区，是各类资料收集整理的基是划分的最小一级计算分区，是各类资料收集整理的基本单元，也是水资源利用的主体对象；在网络图上用长方形框表示，本单元，也是水资源利用的主体对象；在网络图上用长
26、方形框表示，属于属于“面面”元素。元素。4.2 水利工程可供水量计算分汇水节点分汇水节点包括天然节点和人为设置的节点两类，前者是重要河流的包括天然节点和人为设置的节点两类，前者是重要河流的交汇点或分水点，后者主要是对水量水质有特殊要求或希望掌握的控交汇点或分水点，后者主要是对水量水质有特殊要求或希望掌握的控制断面，在网络图上属于制断面，在网络图上属于“点点”元素。元素。输水通道输水通道是对不同类别输水途径的概化，包括河流水系，水利工程到是对不同类别输水途径的概化，包括河流水系，水利工程到计算单元的供水传递关系，计算单元退水的传递关系、水利工程之间计算单元的供水传递关系，计算单元退水的传递关系、
27、水利工程之间或计算单元之间的联系等，在网络图上属于或计算单元之间的联系等，在网络图上属于“线线”元素。元素。水利工程水利工程是网络图上标明的水库及引提水是网络图上标明的水库及引提水工程等。工程等。河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可供水量计算水利系统可供水量计算水利系统可供水量计算u 分类一个区域，有各种水利工程构成一个或多个水利系统，共同为用户提一个区域，有各种水利工程构成一个或多个水利系统，共同为用户提供水源。通常情况下，可供水量应包括部
28、分水量：供水源。通常情况下，可供水量应包括部分水量：蓄：当地径流通过水库湖洼河网调节可提供的水量蓄：当地径流通过水库湖洼河网调节可提供的水量引：计算区以外，通过天然或人工河道自流引入的那部分客水引：计算区以外，通过天然或人工河道自流引入的那部分客水提：从河道或地下，通过动力机械设备提取的那部分客水提：从河道或地下，通过动力机械设备提取的那部分客水调：从外流域调入补给的那部分水量调：从外流域调入补给的那部分水量回：工农业和城镇居民生活用水的回归废弃水中，可调蓄利用的水量回：工农业和城镇居民生活用水的回归废弃水中，可调蓄利用的水量河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理
29、城市水资源利用与管理先是用小工程的水，再使用大工程的水先是用小工程的水，再使用大工程的水先用自流水，再用蓄水和提水先用自流水，再用蓄水和提水先近后远先近后远先用地表水，再用地下水，尽量维持地下水采补平衡先用地表水，再用地下水，尽量维持地下水采补平衡先用当地水（包括过境水），再调外流域水先用当地水（包括过境水），再调外流域水优水优用，自来水和地下水用于生活和一部分工业，其他水用于优水优用，自来水和地下水用于生活和一部分工业，其他水用于水质要求低的农业和部分工业水质要求低的农业和部分工业4.3 区域可供水量计算u调节计算原则水利系统可供水量计算的具体调度原则应根据各系统的具体情况制定，水利系统可供
30、水量计算的具体调度原则应根据各系统的具体情况制定，应力求做到统筹兼顾，合理安排，有利于缓解供需矛盾，有利于使有限应力求做到统筹兼顾，合理安排，有利于缓解供需矛盾，有利于使有限的水资源取得较好的社会经济生态效益，有利于区域可持续发展。的水资源取得较好的社会经济生态效益，有利于区域可持续发展。河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理以概化的系统网络图为基础，以事先以概化的系统网络图为基础，以事先拟定的各种调配规则为依据，按一定拟定的各种调配规则为依据，按一定次序，对各水源、各计算单元进行各次序，对各水源、各计算单元进行各水利工程调节计算的方法。水利工
31、程调节计算的方法。地表水地表水地下水地下水4.3 区域可供水量计算基于模拟的可供水量计算基于模拟的可供水量计算统筹兼顾各分区各种类型的统筹兼顾各分区各种类型的用水需求、合理安排各种水用水需求、合理安排各种水源各类工程的供水策略，有源各类工程的供水策略，有利于系统内的供需平衡。利于系统内的供需平衡。总要求计算方法河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理（1）计算程序）计算程序可供水量的计算：先支流后干流，自上游到下游，逐计算单元计算。可供水量的计算：先支流后干流，自上游到下游，逐计算单元计算。每一计算单元的计算遵循水量平衡的原则。每一计算单元的计算
32、遵循水量平衡的原则。（2）供水次序）供水次序对计算单元，谁先供？对计算单元，谁先供？先用自流水，后用蓄水和提水；先用地表水，后用地下水；先用自流水，后用蓄水和提水；先用地表水，后用地下水；先用本流域的水（包括过境水），后用外流域调水；先用本流域的水（包括过境水），后用外流域调水；水质优的水用于生活等用户，其它水用于水质要求较低的农业或部分水质优的水用于生活等用户，其它水用于水质要求较低的农业或部分工业用户。工业用户。（3）用水次序对供来的水，谁先用？）用水次序对供来的水，谁先用？先尽量满足生活需水，再依此是河道内最小生态需水、工业和第三产业先尽量满足生活需水，再依此是河道内最小生态需水、工业和
33、第三产业需水、农业需水、河道外生态需水等。需水、农业需水、河道外生态需水等。4.3 区域可供水量计算区域水资源一般性的调配规则区域水资源一般性的调配规则 河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可供水量计算计算单元内部分配，包括对当地地表计算单元内部分配，包括对当地地表水及地下水等水源的分配：这类水源原水及地下水等水源的分配：这类水源原则上只对所在计算单元内部各类用户进则上只对所在计算单元内部各类用户进行供水，不跨单元利用。行供水，不跨单元利用。一个水源对多个单元间联合分配，包一个水源对多个单元间联合分配，包括大型水库、外流域调水、处
34、理后污水括大型水库、外流域调水、处理后污水等水源或水量的分配与传递：这类水源等水源或水量的分配与传递：这类水源可为多个计算单元所使用，其水量的传可为多个计算单元所使用，其水量的传递和利用关系由系统网络图传输线路确递和利用关系由系统网络图传输线路确定定如一条河流上有上下两个计算单元，可如一条河流上有上下两个计算单元，可以应用以应用“分散余缺分散余缺”方式进行计算等。方式进行计算等。后者也是系统模拟的重点和难点后者也是系统模拟的重点和难点水源间、计算单元间相互关系水源间、计算单元间相互关系河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u反映反映需水结构调控
35、方案需水结构调控方案的变量。如各区域各部门的发展规的变量。如各区域各部门的发展规模，节约用水方案，生态需水调控方案等。隐含在模型的模，节约用水方案，生态需水调控方案等。隐含在模型的需水变量中起作用。需水变量中起作用。u反映反映供水结构调控方案供水结构调控方案的变量。如水利工程的布局、规模的变量。如水利工程的布局、规模及建设次序等。隐含在模型中的水利工程运行约束域中起及建设次序等。隐含在模型中的水利工程运行约束域中起作用。作用。u反映反映运行管理策略方案运行管理策略方案的变量。如水量宏观调配、工程运的变量。如水量宏观调配、工程运行策略的变量。以不同水源向不同用户的供水量反映。行策略的变量。以不同
36、水源向不同用户的供水量反映。4.3 区域可供水量计算基于优化的可供水量计算基于优化的可供水量计算决决策策变变量量的的分分类类河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可供水量计算根据区域水源的来源形式，可将水源分为外调水源和自产水源。根据区域水源的来源形式，可将水源分为外调水源和自产水源。设区域中有设区域中有I种供水水源（种供水水源（i=1,2，I）。）。区域用水部门的划分，设区域中有区域用水部门的划分，设区域中有K个用水部门（个用水部门（k=1,2，K），），对于水资源分区对于水资源分区j，一般情况下有，一般情况下有K个用水部门。个用
37、水部门。不同的季节用水部门（特别是农业用水）对水的需求会有所增减，不同的季节用水部门（特别是农业用水）对水的需求会有所增减，因此，将规划水平年按月进行时段划分，因此，将规划水平年按月进行时段划分，t=1,2，T。由此可见，在特定规划水平年，对整个区域而言是一个拥有由此可见，在特定规划水平年，对整个区域而言是一个拥有IJKT个决策变量的水资源优化配置问题。个决策变量的水资源优化配置问题。河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理根据可供水量的涵义，供水系统优化是解决水资源的短缺问题。为根据可供水量的涵义，供水系统优化是解决水资源的短缺问题。为了更好地
38、满足生活、工农业生产以及生态等的需求，确定了更好地满足生活、工农业生产以及生态等的需求，确定模型的目模型的目标为区域供水系统相对总缺水量最小标为区域供水系统相对总缺水量最小。模型形式为：。模型形式为：JjKkjktIiijktjktTtjkDQD11211)(min为区域在第为区域在第j j分区第分区第k k用水部门第用水部门第t t时段的需水量；时段的需水量；为区域第为区域第i i供水水源给第供水水源给第j j分区第分区第k k用水部门第时段的供水量；用水部门第时段的供水量；为第为第j j分区第分区第k k用水部门相对其他用水部门优先得到供给水资源的重用水部门相对其他用水部门优先得到供给水资
39、源的重要程度系数。要程度系数。jktDijktQjk4.3 区域可供水量计算目标函数目标函数河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理itJjKkijktWQ 11 jktIiijktDQ1KkijijktQQ1maxiijktSQ0ijktQ（1）可供水量约束）可供水量约束（2）需水量约束）需水量约束（3）供水能力约束）供水能力约束（4）工程运行可行域约束）工程运行可行域约束（5）变量非负约束）变量非负约束4.3 区域可供水量计算约束条件约束条件河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理4.3 区域可
40、供水量计算模型求解模型求解结合模型的特点，选择优化方法进行求解结合模型的特点，选择优化方法进行求解例例4 4 一座年调节水库，若自蓄水期到供水期末，一个完整的计算期一座年调节水库，若自蓄水期到供水期末，一个完整的计算期T为一年，划分为为一年，划分为12个相等的时段，每个时段长个相等的时段，每个时段长T为一个月，每月入库为一个月，每月入库水量为水量为Q1，Q2，,Q12，且相应的需水量为，且相应的需水量为D1，D2，,D12。目标函数目标函数1221min()ttjtDXD水量平衡约束水量平衡约束水库蓄水量限制水库蓄水量限制供水量限制供水量限制minmax 1,2,12tttVVVt1 1,2,
41、12ttttVVQXtminmax 1,2,12tttXXXt河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理因此，水库优化的数学模型为：因此，水库优化的数学模型为：4.3 区域可供水量计算1221min()ttjtDXD1.tttts tVVQXminmaxtttVVVminmaxtttXXX0 1,2,12tXt动态规划方法优化动态规划方法优化河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理u阶段变量阶段变量t：可取：可取1个月或旬个月或旬u状态变量：月初水库状态变量：月初水库Vt-1为状态变量。离散时，取水库
42、蓄水量的变为状态变量。离散时，取水库蓄水量的变化量为步长化量为步长V，将库蓄水量分成，将库蓄水量分成m-1个网格，共有个网格，共有m个库蓄水量。个库蓄水量。u决策变量：选用各时段的供水量决策变量：选用各时段的供水量Xt，相应于一个决策，就有一个，相应于一个决策，就有一个阶段效应（如相对缺水率）阶段效应（如相对缺水率）u状态转移方程：状态转移方程：Qt为环境输入变量，则输入状态变量为环境输入变量，则输入状态变量Vt-1，决策变，决策变量量Xt，输出状态变量，输出状态变量Vt之间的关系为：之间的关系为：Vt=Vt-1+Qt-Xtu递推方程：顺推、逆推递推方程：顺推、逆推逆推算法，得到的动态规划的递
43、推方程：逆推算法，得到的动态规划的递推方程：4.3 区域可供水量计算111min,tttttttfrVXfTVX河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理11min,ttttttfrVXfV4.3 区域可供水量计算1.tttts tVVQXminmaxtttVVVminmaxtttXXX0 1,2,12tXt动态规划方法求解动态规划方法求解原模型转化为动态规划模型：原模型转化为动态规划模型：河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理动态规划算法包括两步动态规划算法包括两步（逆推法）（逆推法）（1）根据最
44、优化原理按照递推方程自最后阶段向前逐时）根据最优化原理按照递推方程自最后阶段向前逐时段求出相对缺水率平方和最小的逆时序递推过程；段求出相对缺水率平方和最小的逆时序递推过程；（2）求出最优策略及相应的个状态的回代过程。）求出最优策略及相应的个状态的回代过程。4.3 区域可供水量计算河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理Dynamic Programming(DP)1.分级系统分级系统动态规划方法是分级决策方法和动态规划方法是分级决策方法和“最优化原理最优化原理”相结合而产生的一种有效的相结合而产生的一种有效的优化方法。它的基本思想是把一个可以分级
45、决策的问题按照优化方法。它的基本思想是把一个可以分级决策的问题按照“最优化原理最优化原理”逐级寻求最佳决策序列，达到整体优化的目标逐级寻求最佳决策序列，达到整体优化的目标 为说明分级决策的概念，用下面例子进行分析。下图是从为说明分级决策的概念，用下面例子进行分析。下图是从P P到到Q Q的路径图。的路径图。A A、B B、C C、D D、E E、F F是路径的中结点，图上的数字表示该路径的长度。现在的是路径的中结点，图上的数字表示该路径的长度。现在的问题问题 是要求出是要求出P P到到Q Q的最短路径的最短路径 河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用
46、与管理PQ共有共有8 8条路经条路经,P Q最短为最短为:P-D-B-F-Q,长度长度21,21,这是穷举法这是穷举法当可行方案较多时，计算工作量很大。如有当可行方案较多时，计算工作量很大。如有n级，在前级，在前n n1 1级中从每点出发级中从每点出发有有M条路，而第条路，而第n级的每一点（除级的每一点（除Q点）出发只有一条路，则可行路径共有点）出发只有一条路，则可行路径共有Mn1条条 河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理 “穷举法穷举法”为分级决策提供了一个基础，仍以上图的最短路径问题为例，为分级决策提供了一个基础，仍以上图的最短路径问题为
47、例，按图把问题分为四个阶段，按图把问题分为四个阶段，xi称为状态变量，称为状态变量，di称为决策变量，称为决策变量，gi称为级收称为级收益益河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理 方框中的编号表示级方框中的编号表示级 第一级表示从第一级表示从P到到A或或D的过程的过程 取第一级的输入状态变量取第一级的输入状态变量x1P，表示该级是从表示该级是从P出发的出发的 从从P可以走向可以走向A，也可以走向也可以走向D，即可以在走向即可以在走向A或或D，要在两者中进行决策要在两者中进行决策:d1=A或或D 而第一级的收益则是这一过程中走过的路径的长度。它是
48、输入状态变量而第一级的收益则是这一过程中走过的路径的长度。它是输入状态变量x1与决与决策变量策变量d1的函数，的函数，g1(x1,d1)，当当d1=A时，时，x1=P，则则g1(P,A)10，当当d1=D时，有时，有g1(P,D)=12求从求从P到到Q的最短路径，第一级不能确定最佳决策，要考虑到后面各级的影的最短路径，第一级不能确定最佳决策，要考虑到后面各级的影响响考虑第一级考虑第一级,不知道不知道d1取取A优，还是取优，还是取D。无法确定第二级最优出发点是无法确定第二级最优出发点是A/D因此第二级的输入状态取决于第一级的决策，因此第二级的输入状态取决于第一级的决策，x2d1。当当d1确定之后
49、确定之后x2即随即随之确定。这就是为什么称其为状态之确定。这就是为什么称其为状态“变量变量”的原因的原因河海大学水文及水资源学院河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理城市水资源利用与管理 该级的收益函数该级的收益函数g2（x2，d2）则有四个可能值则有四个可能值当当x2A，d2B，则第二级的收益则第二级的收益g2（A，B）6当当x2A，d2E，则第二级的收益则第二级的收益g2（A，E）7当当x2D，d2B，则第二级的收益则第二级的收益g2（D，B）2当当x2D，d2E，则第二级的收益则第二级的收益g2（D，E）2第二级第二级输入状态变量输入状态变量x2不论为不论为A或或D，决策变量决策变
50、量d2只可能选只可能选B或或E第三级第三级的输入状态变量，应取的输入状态变量，应取x x3 3d d2 2，即第三阶段的出发点取决于第二阶段即第三阶段的出发点取决于第二阶段的决策值。但不论第三阶段的出发点为的决策值。但不论第三阶段的出发点为B B或或E E，可能通往的点将为可能通往的点将为C C或或F F 该级收益函数该级收益函数g3(x3，d3)的值有以下四种可能：的值有以下四种可能：g3(B，C)3 g3(B，F)3g3(E，C)6 g3(E，F)4第四级第四级的输入状态变量的输入状态变量x4应取应取d3，第四阶段的出发点取决于第三阶段的决策值：第四阶段的出发点取决于第三阶段的决策值：d3
