水资源系统分析的探讨

水资源系统分析用系统分析的方法研究解决水资源的规划、设计、运用和管理等问题，并提出合理的有效方案，水资源系统是指定区域内在水文、水力和水利上互有联系的各种水体和有关水利工程所构成的综合体，它具有紧密的整体关系和地区特色，水资源开发、规划的综目的是促进国民经济发展，改善环境质量。

一需要解决的问题

由于自然界可以利用的水资源往往在时间、地点和质量方面与人类需求有矛盾，因而需要修建若干水资源工程,它应能以较小的投资满足国民经济各个部门的需要。在工程的规划阶段，应该考虑如何以最小的投资产生相同的效益，或者以相同的投资产生最大的效益。在运行阶段，则以充分发挥已建工程的效益为目的。

1、在水资源规划阶段

(1) 工程的选定和工程规模的优化确定

当整个流域系统内有若干工程可供选择，其中有些工程之间是互斥的（例如在干流上相距不远处有两个良好的坝址，就只能选择其中一个）。如何通过系统分析，优化确定拟建的工程；工程位置确定后，又如何优化确定工程规模。

(2) 工程的优化开发程度

确定工程地点及规模后，还应通过系统分析，提出工程的优化开发程度，以获得工程陆续投入和产出阶段的最大经济效益。当然，施工期长短、投资大小、利息、产出时间及效益大小等都是必须考虑的因素。

(3) 地表水和地下水资源联合运用

规划中不仅需要考虑地表水资源的优化调度，而且要把地下含水层可开采量一并考虑在内，把开发利用地表水和地下水结合起来，作为一个整体进行统一调度、系统研究、实现地区水资源的最优开发。

(4) 规划中应考虑到由于城市和工业的污水排放所引起的水质污染

污水处理厂规划及可以再利用的水量、未加处理的污水排放量与河流的自净能力，水环境质量变化等也应如实地作出评价。

2、在水资源工程的运行管理阶段

(1) 应用系统分析，制定水库优化调度方案

具有多年调节能力的水库，在规划阶段已作了初步运行调度图，但在实际运行阶段，应尽可能根据流域内的洪水、枯水情况，利用当时得到的信息，应用系统分析的方法修改调度方案，以减免洪水灾害的损失和调整供水的运行策略。

(2) 研究工程的改建或扩建方案，以期达到充分发挥已建工程效益的目的。

(3) 当流域内部分工程已投产，部分工程尚在兴建时，应根据系统内已经能发挥效益的工程实际情况，拟定该时期的优化调度策略。　

二分析步骤

1、问题的确定

就是把要求系统分析解决的水资源工程的实际问题摸清，并确定出系统分析必须达到的主要目标。把水资源系统规划问题抽象成系统分析模型应包括下列三个方面：

(1) 确定研究的目的或目标

所选择的目的或目标必须正确地反映整个系统的目标，而不能只是系统中某一个部分的目标，否则系统分析的结果可能对此部分有益，而对整个系统是有损的。

(2) 分析确定系统中所有的可行决策方案

如果系统没有包括所应有的全部可行决策方案，结果最合理的可行方案可能被遗漏。

(3) 分析确定系统的所有控制条件，即约束条件

如果系统没有包括所应有的约束条件，则得到的解答也可能是不正确的。

2、建立数学模型

在分析确定某水资源系统的目标、可行决策和控制条件后，应建立相应的数学模型以描述系统的特征及各部分的依存关系。系统的目标，约束条件必须用数学形式的决策变量表示，使数学模型逼真地反映出该系统的特征。对于一个水资源管理问题，采用什么样的模型，通常应遵循下列准则：

（1）真实性 

模型要有一定的精度，能在一定程度上确切地反映和符合系统的客观实际情况。

（2）简洁性

在真实性的前提下，尽量使模型简单明了，避免华而不实，玩数学游戏。有利于节约建模和计算时间以及推广应用。

（3）适应性

现实情况中，许多因素和条件是随时间变化的，当建模时所依据的条件随时间发生变化时，要求所建模型具有一定的适应能力。

3、求解数学模型

根据建立的数学模型，需要认真研究和确定模型的计算参数，并选择适当的分析计算方法，求得最优方案。在水资源系统中，就是要在有限的水资源条件下，在满足各用水部门需水保证率条件下，取得水资源工程的最大效益或者最小费用值的管理方案。所以，此过程也称为系统的最优化。

最优化问题可分为：①无约束、等式约束和不等式约束问题；②确定性的还是随机性的问题；③目标函数以及约束都是线性方程，还是其中有线性方程的问题；④静态的还是动态的问题；⑤是数学规划模型还是数学模拟仿真模型；⑥是单目标还是多目标；⑦是单层次结构还是多层次结构的模型等。不同的问题应选定与其合适的优化方案。在求得优化方案后，还要进行灵敏度分析，即研究模型中的所含的变化范围及其对最优解的影响。

4、模型的验证

模型的验证可按照所用模型的性能是否与实际系统的性能相同来鉴别，确定计算结果的精度和可靠性。在系统的历史纪录资料能较完整的获得的情况下，可在同一条件下把模型的性能与实际系统过去的纪录的性能相比较，若该历史纪录资料不存在或不易获得，可用其他的模拟方法，求得系统的特性，并与数学模型结果相对照。模型与实际情况不符之处应对模型进行修正，并反馈到第一步，重新进行计算，一直到得出若干个较合理的决策方案和结果。

5、研究结果的实施

即对决策制定出具体行动计划，亦即将最后选定的规划方案在系统内有计划地具体实施。在付诸实施时，要求系统分析人员必须与决策实施人员密切联系、合作，并对可能出现的情况和问题，及时加以修正和调整。如果在水资源工程实施中遇到的新问题不多，可对方案略加调整后继续实施，直到完成整个计划。如果在水资源工程实施中遇到的新问题较多，就要回到前面几个步骤中的一个，譬如说回到目标选定，重新进行运算。