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水資源系統分析

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水資源系統分析用系統分析的方法研究解決水資源的規劃、設計、運用和管理等問題,並提出合理的有效方案,水資源系統是指定區域內在水文、水力和水利上互有聯繫的各種水體和有關水利工程所構成的綜合體,它具有緊密的整體關係和地區特色,水資源開發、規劃的綜目的是促進國民經濟發展,改善環境質量。

1 水資源系統分析 -水資源系統分析

 

2 水資源系統分析 -正文

  在水資源規劃或水資源管理中,研究一個流域或地區內各種水源與水利水電工程措施間的相互關係,以取得最大綜合經濟效益的途徑。是水資源開發利用的近代研究手段之一。
  水資源系統  是流域或地區範圍內在水文、水力和水利上互有聯繫的各水體(如河流、湖泊、水庫、地下水等)和有關工程建築所構成的綜合體。一個複雜的水資源系統往往是一個包含有多個水體和工程單元(如電站、閘壩等)、多種開發目標 (如防洪、發電、灌溉和航運等)、多種約束(如地質地形條件、河道安全泄量和水質要求等)和多種影響 (政治、經濟、社會和生態等)的流域系統。水資源系統一般特性有:①社會政治屬性。水是人民生活和社會生產不可缺少的自然資源。隨著社會經濟的發展對水的需求不斷增長,有限的水資源的開發管理涉及國民經濟很多部門的利益和發展要求,影響社會環境甚至生態平衡;它關係到國計民生,歷來都被認為是全社會的共同責任。水資源分佈的地域範圍有時與行政區劃界線不一致,往往跨區、跨省甚至跨國,存在管理許可權、效益得失等矛盾,也必須從政治、政策上加以協調。②經濟屬性。水資源開發利用和治理目標有防洪、灌溉、水力發電和航運等多目標和綜合開發的目的,其中取得最大經濟效益常是它的最終目標。③水文特性。主要指水資源系統中水文現象的循環特性、隨機特性和異常情況下的躍變特性等。水文現象有規律的變化,決定了水資源管理運行中各種周期(多年、年、季或日)的徑流調節;水文現象的隨機變化,可使水資源系統的規劃和運行帶有一定的不確定性和風險;而水文異常現象的出現(如特旱、特澇)又使系統的管理需要考慮非常情況下的應變措施。
  水資源系統的特性還在於它具有十分緊密的整體關係和地區特色。河流、水庫、湖泊、地下水等各種水體間和河流的上下游、干支流間常具有一定的水力聯繫;水資源的多目標的開發和綜合利用會形成一定的水利聯繫;水資源開發利用受到自然地理和人類社會影響各種條件的相互制約;水資源系統的開發利用要求取得最大經濟效益的綜合目標;這一切使水資源和水利水電各種工程措施構成一個有機整體。此外,由於不同地區水資源分佈、水文和社會經濟條件千差萬別,水資源系統又具有不同的地區特點。
  系統分析方法  系統分析的主要內容是:①水資源系統的基本輸入。包括徑流和需求等各種基本資料及其時空變化的定量描述。②系統的功能。在規劃設計階段是協調、權衡和綜合平衡開發系統中的各開發目標與水利工程各組成單元設計參數間的關係,使系統的整體的開發利用達到最優;在管理運行階段是研究已建系統的水量、水能和水質的利用、控制和調度;③系統的輸出。由前面的研究分析,最後得出各種工程的種類、規模、布局及其運行方式等研究成果。
  系統分析的主要環節是對概化后的水資源系統建立某種數學模型,包括建立目標函數和一些約束條件方程。然後根據數學模型的特性 (線性或非線性、確定性或隨機性、靜態或動態、單目標或多目標),選擇各種不同的優化技術求解數學模型。在建立和求解數學模型時,一般以某種最優化準則(如經濟總效益最大,不利影響最小)出發來選定系統中各建設項目及其地點,確定各工程的規模和設計參數,擬定系統所服務的各部門的供水、供電等數量和水質。對於已建系統則擬定某種準則下的聯合運行的最優策略,使系統的利用效益最大和不利影響如洪澇災害損失、環境污染影響最小。
  系統分析的主要途徑有解析法和模擬法兩種。解析法常用的有數學規劃法、古典最優化法、梯度法等;模擬法指把水利系統輸入、輸出和系統各單元之間的有機聯繫以數學式表達,然後在電子計算機上直接模擬計算各種方案下的系統效益,最後比較、權衡選定最優的開發方案或運行策略。
  參考書目
 Y.Y.Haimes,HierarchicalAnalysis of Water Resources Systems,McGraw-Hill,New York,1977.
 W.A.Hall,J.A. Dracup,Water Resources Systems Engineering,McGraw-Hill,New York,1970.

 

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