1、,目 錄,1 緒 論,3 多目標(biāo)規(guī)劃,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,5 結(jié) 語,2 水資源規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,1 緒論,我國水資源總量很大，但人均占有量卻遠(yuǎn)低于世界平均水平。近年來，隨著人口的增長及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水危機問題日益突出。北方地區(qū)缺水嚴(yán)重，地下水已嚴(yán)重超采；南方地區(qū)排水日益超標(biāo)，造成嚴(yán)重的水體污染及水體富營養(yǎng)化；西北干旱半干旱地區(qū)經(jīng)濟(jì)用水大量擠占生態(tài)環(huán)境用水。從全國范圍來看，我國水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀很不樂觀，在治理、配置、保護(hù)、節(jié)約和管理等方面亟待加強。為了合理開發(fā)利用水資源，充分發(fā)揮水資源的綜合效益，水資源規(guī)劃越來越受到人們的重視。隨著科學(xué)的進(jìn)步和計算機技術(shù)的發(fā)展，水資源

2、規(guī)劃的方法也在不斷的更新變化，從線性規(guī)劃法，到動態(tài)規(guī)劃，到現(xiàn)在的多目標(biāo)規(guī)劃。,2 水資源規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,19世紀(jì)以前人類就已開展水資源規(guī)劃工作，到20世紀(jì)初逐步從定性走向定量。20年代，美國學(xué)者首先提出應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計理論進(jìn)行調(diào)節(jié)計算的經(jīng)驗方法，此后蘇聯(lián)學(xué)者使其形成了較完整的水資源規(guī)劃數(shù)理統(tǒng)計方法。之后，隨著電子計算機的發(fā)展與應(yīng)用，提出水資源數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，即以數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述水資源系統(tǒng)特征及開發(fā)利用中相互依賴和制約的關(guān)系，并求出為某一目標(biāo)（或多目標(biāo)）服務(wù)的最優(yōu)解，其內(nèi)容包括線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃與多目標(biāo)規(guī)劃等。,2 水資源規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,水資源規(guī)劃是水利規(guī)劃與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)

3、展總體規(guī)劃的重要組成部分，是充分發(fā)揮水資源最大綜合效益的重要手段。通過水資源規(guī)劃，進(jìn)一步摸清我國水資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀，在分析水資源承載能力的基礎(chǔ)上，提出合理開發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護(hù)、綜合治理、科學(xué)管理水資源的布局與方案，作為今后水資源利用與管理的依據(jù)與準(zhǔn)則，保障社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。,3 多目標(biāo)規(guī)劃,3 多目標(biāo)規(guī)劃,在多目標(biāo)規(guī)劃中，目標(biāo)的度量單位多是不可公度的；,各目標(biāo)之間的權(quán)益是相互競爭、相互矛盾的；,其解不能使多目標(biāo)同時達(dá)到最優(yōu)，而且不是唯一的；,多目標(biāo)能更全面的反映整體的綜合利益。,3 多目標(biāo)規(guī)劃,s.t.,式中： 為目標(biāo)函數(shù)； 為約束集。,3 多目標(biāo)規(guī)劃,3

4、多目標(biāo)規(guī)劃,規(guī)劃問題的各個目標(biāo)函數(shù)可以通過一定的方式進(jìn)行求和運算。這種方法將一系列的目標(biāo)函數(shù)與效用函數(shù)建立相關(guān)關(guān)系，各目標(biāo)之間通過效用函數(shù)協(xié)調(diào)，使多目標(biāo)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的單目標(biāo)規(guī)劃問題：,（一）效用最優(yōu)化模型,是與各目標(biāo)函數(shù)相關(guān)的效用函數(shù)的和函數(shù)。,3 多目標(biāo)規(guī)劃,在用效用函數(shù)作為規(guī)劃目標(biāo)時，需要確定一組權(quán)值來反映原問題中各目標(biāo)函數(shù)在總體目標(biāo)中的權(quán)重，即：,（一）效用最優(yōu)化模型,3 多目標(biāo)規(guī)劃,若規(guī)劃問題的某一目標(biāo)可以給出一個可供選擇的范圍，則該目標(biāo)就可以作為約束條件而被排除出目標(biāo)組，進(jìn)入約束條件組中。 假如，除第一個目標(biāo)外，其余目標(biāo)都可以提出一個可供選擇的范圍，則該多目標(biāo)規(guī)劃問題就可以轉(zhuǎn)化

5、為單目標(biāo)規(guī)劃問題：,（二）約束模型,3 多目標(biāo)規(guī)劃,需要預(yù)先確定各個目標(biāo)的期望值，同時給每一個目標(biāo)賦予一個優(yōu)先因子和權(quán)系數(shù)，假定有K個目標(biāo)，L個優(yōu)先級（ ），目標(biāo)規(guī)劃模型的數(shù)學(xué)形式為：,3 多目標(biāo)規(guī)劃,式中： 分別表示與相應(yīng)的、與相比的目標(biāo)超過值和不足值，即正、負(fù)偏差變量； 表示第l個優(yōu)先級； 表示在同一個優(yōu)先級中，不同目標(biāo)的正、負(fù)偏差變量的權(quán)系數(shù)。,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.1 水資源優(yōu)化配置,水資源優(yōu)化配置是水資源規(guī)劃的重要組成部分，是指在一個特定的流域或區(qū)域范圍內(nèi)，遵循高效、公平和可持續(xù)的原則，通過工程與非工程措施，考慮市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律與資源配置準(zhǔn)則，通過合理抑制需求、有效

6、增加供水、積極保護(hù)生態(tài)環(huán)境等手段和措施，對有限的、不同形式的水資源，在區(qū)域間和各用水部門間進(jìn)行時間和空間上的科學(xué)分配。,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,水資源優(yōu)化配置的最終目的就是實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保證生活、生產(chǎn)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源優(yōu)化配置的實質(zhì)是提高水資源的配置效率，一方面提高水資源的分配效率，合理解決各部門和各行業(yè)（包括生態(tài)環(huán)境用水）之間的競爭用水問題。另一方面則是提高水資源的利用效率，促使各部門或各行業(yè)內(nèi)部節(jié)約高效用水。,社會效益,環(huán)境效益,本文針對某個行政區(qū)域選取社會效益(區(qū)域缺水量最小)、經(jīng)濟(jì)效益(供水的直接經(jīng)濟(jì)效益最大)和環(huán)境效益（生態(tài)環(huán)境需水量最?。┳鳛檎麄€系統(tǒng)

7、的決策目標(biāo)來研究。,目標(biāo)函數(shù),4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,總體模型,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)

8、劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,C.第二產(chǎn)業(yè)用水的效益系數(shù)采用第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值分?jǐn)偡椒?，計算公式如下?式中：b指第二產(chǎn)業(yè)用水效益系數(shù)；指第二產(chǎn)業(yè)用水效益分?jǐn)傁禂?shù)，不同的取水水源，其分?jǐn)傁禂?shù)不同：以自來水作為取水水源，第二產(chǎn)業(yè)供水效益分?jǐn)傁禂?shù)取3.5%；以自備井作為取水水源，第二產(chǎn)業(yè)供水效益分?jǐn)傁禂?shù)取3%；以水利工程作為取水水源，第二產(chǎn)業(yè)供水效益分?jǐn)傁禂?shù)取6.5%；w指第二產(chǎn)業(yè)萬元產(chǎn)值取水量(m/萬元)。,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配

9、置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,供水次序系數(shù)反映k子區(qū)i，c水源相對于其他水源供水的優(yōu)先程度，與水源供水次序有關(guān)。 可以參考下式確定：,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,用戶公平系數(shù) 表示k子區(qū)j用戶相對于其他用戶先得到供水的保證程度，與 相似，與用戶優(yōu)先得到供水的次序有關(guān)。,例如：擬定各用戶得到供水的次序先后為:1生活用水；2環(huán)境用水；3二產(chǎn)及三產(chǎn)用水；4農(nóng)業(yè)用水。參照上式，計算得到各用戶的公平系數(shù)：,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的

10、應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,c、工業(yè)需水量上下限 考慮工業(yè)用水特征，上、下限分別按下式取值：,式中： 分別為一般工業(yè)用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水的上下限， 為一般工業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的需水量。,4 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,4.2 多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用,d、農(nóng)業(yè)需水上下限,式中： 分別為k子區(qū)農(nóng)業(yè)用水量的上下限； 分

11、別為k子區(qū)的有效灌溉面積和保證灌溉面積； 為k子區(qū)綜合灌溉定額。,5 結(jié)語,水資源優(yōu)化配置涉及社會經(jīng)濟(jì)、人口、資源和生態(tài)環(huán)境等諸多方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源開發(fā)利用也從局部地區(qū)、單一目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向水資源的綜合利用，在這種情況下，多目標(biāo)規(guī)劃在水資源優(yōu)化配置中得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著巨大的作用。 水資源規(guī)劃是確保水資源可持續(xù)利用、經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障，是充分發(fā)揮水資源最大綜合效益的重要手段，通過水資源規(guī)劃，采取優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)約用水、加快工程建設(shè)、加強水資源保護(hù)和政策保障等措施來對水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，使得水資源的供需矛盾得以緩解。,參考文獻(xiàn),1水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.全國水資源綜合規(guī)

12、劃技術(shù)大綱R,北京:水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院,2002 2何俊仕,粟曉玲.水資源規(guī)劃及管理M.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2006. 3王順久,張欣莉,倪長鍵.水資源優(yōu)化配置原理及方法M.北京:中國水利水電出版社,2007. 4余興奎. 昆明市水資源優(yōu)化配置D.昆明理工大學(xué),2012. 5王戰(zhàn)平,田軍倉. 基于粒子群算法的區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究J. 中國農(nóng)村水利水電,2013,01:7-10. 6郭慧芳,馬海波,董增川等. 改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法在鄱陽湖水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用J. 中國農(nóng)村水利水電,2012,10:61-64. 7李麗琴,謝新民,韓劍橋等. 面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置研究J. 中國農(nóng)村水利水電,2013,01:15-18+22. 8鄧?yán)?張璇,譚炳卿等. 多目標(biāo)規(guī)劃法在南四湖流域水資源優(yōu)化