水资源系统分析概论

水资源系统分析概论第1页，课件共52页，创作于2023年2月主要内容水资源系统分析概述线性规划整数规划非线性规划动态规划模拟技术多目标规划方法遗传算法人工神经网络基本原理博弈论（简介）除涝排水系统的优化规划、防洪库群规划和调度、水电站供水库群的优化规划和调度、节水灌溉优化管理第2页，课件共52页，创作于2023年2月水资源系统分析概述第一节系统工程的基本概念和主要内容一、系统工程学的概念二、系统组成和系统的边界、范围三、系统分析与运筹学四、系统分析的特点五、系统分析的一般步骤六、系统分析的核心内容和基本途径第二节水资源系统的特点和分析途径一、水资源系统特征二、水资源系统分析途径第3页，课件共52页，创作于2023年2月随着近代科学技术的迅速发展，20实际40年代以来，生产斗争和科学试验的很多活动，其规模越来越大，常常扩及多种行业与领域，复杂程度愈来愈高。像美国有15000人参加的曼哈顿计划和4.2万人参加的阿波罗登月计划，它们都是在“系统工程”的有效组织下完成的。一、系统工程学的概念二、系统组成和系统的边界、范围三、系统分析与运筹学四、系统分析的特点五、系统分析的一般步骤六、系统分析的核心内容和基本途径第一节系统工程的基本概念和主要内容第4页，课件共52页，创作于2023年2月系统工程学是一门进行科学的组织管理的技术，主要用来解决计划规划、组织管理等问题。1.系统工程学解决的问题（1）特定的大型计划、任务为主的组织管理和实施例如：大型科研项目的研制、大型联合企业的生产管理等。特点：从纵的方向进行协调，要求人力、财力、物力的合理利用，以最合理、最经济、最有效地完成计划任务为目的。即：在给定任务下，如何统筹安排，才能以最小的资源或投资，去完成这项任务。（2）资源及设备系统大范围的规划、设计或运用管理为主例如：流域水土资源开发利用规划和管理以及工农业发展、交通运输和城市建设规划等。特点：以某些特定的自然资源、工程设施或设备的合理利用为主，以达到在经济上和社会环境上综合的最有利、最完善为目的。即：在给定数量的人力和物力资源的条件下，如何操作系统使之完成最大量的任务,或创造的物质财富最大,不利影响最小。一、系统工程学的概念第5页，课件共52页，创作于2023年2月2.系统工程的指导思想上述两类问题，常常在一定程度上交叉渗透、相互关联，有时甚至难以明确区分。而基本精神也都有一个从整体出发来求一个最优、最合理的规划设计方案。第6页，课件共52页，创作于2023年2月系统：所谓一个系统，可定义为一组对象(目的物)，他们以物理上和经济上规则地相互依赖、相互作用的关系和在完成特定功能上相互制约、相互影响的关系，构成一个统一的有机整体。具有集合性、整体功能性、可变性。工程：系统工程所指的“工程”即规划、研究、设计、制造试验、组织完成等。它与通常的所谓机械工程、土木水利工程的“工程”含义不同。后者是研究一般的生产机器或建筑物的一切有关技艺，即生产“硬件”的一切技艺，包括规划设计、制造施工。而系统工程中的“工程”则仅侧重于“软件”方面，即为生产“硬件”所需的一些决策规划、方案规划等。系统工程：“在系统思想指导下，用近代数学方法和工具来研究一般系统的分析、规划、开发、设计、组织、管理、调整、控制、评价等问题，使系统整体最佳地实现预期目标的一门管理工程技术。”3.系统工程（系统分析）的含义第7页，课件共52页，创作于2023年2月系统：是把输入变成输出的转换机构。不同的系统组成产生不同的输出。把输入转换成输出，是系统的功能、系统的目的和系统的工作。二、系统组成和系统的边界、范围反馈（包括任何外部的相互作用）输入中，其作用可以是可控制的，半可控制的以及不可控制的(如随机输入)。输出中，可以包括期望的(如效益)、不期望的(如洪灾、淹没等副作用)以及中性的。在动态系统中这个输出还可能影响输入即形成反馈。第8页，课件共52页，创作于2023年2月反馈（包括任何外部的相互作用）系统运行过程中一些输入或控制须作出决策，以达到某种期望的目标。因此，在系统工程中：首先碰到的问题就是要决定某一特定对象应作为系统的一部分还是环境的一部分，即要决定系统的“边界”或范围，从而能确定何者是规划的内容，何者是环境的各种“输入”。然后工程师的工作是去规划安排系统内部的结构，修改可控制或半可控制的输入，以使所期望的输出最大化和不希望的输出最小化。第9页，课件共52页，创作于2023年2月三、系统分析与运筹学系统分析是一种最优规划、最优决策技术。运筹学是从研究专门的运筹决策这一概念而来，它也常包含分析系统方程的内容。

相似点：都是处理一个复杂系统的规划问题，去寻求最优或拟最优的解决方案。不同点：运筹学问题一般能够化为一组数学表达式，用数学分析的方法就可解决。但是很多“系统问题”，包括水资源开发问题中，除了能够定量和用数学关系表达的一些变量和关系式之外，还有不少缺乏令人满意的衡量其影响的综合定量指标的影响因素，需通过把它们化为约束条件处理来达到，这就需要用系统分析来解决。第10页，课件共52页，创作于2023年2月四、系统分析的特点系统分析和运筹学都是一种综合方法，它有下列一些特点：性质上是多学科的综合。方向上是整体观念和协调精神相结合。方法上是运用模型。系统分析是从整体出发，设计一个最好的方案，来组织安排人力、物力、财力和设备，以达到最经济最有效的完成任务(或开发利用资源)为目的的一种科学方法。因此也有人称它为“科学的科学”，“工程的工程”。第11页，课件共52页，创作于2023年2月五、系统分析的一般步骤系统分析事实上是一种在一定程度上定型化的科学方法，以使思考能沿着一定的渠道有指导地来通过界于所要求到达的目标和所设计的系统性能之间的各种错综复杂的道路。最后能得出一个完整的比较方案。一般可划分为下列五个工作步骤：目标的陈述探索性研究可行性研究开发规划监察控制、总结经验第12页，课件共52页，创作于2023年2月六、系统分析的核心内容和基本途径1.核心内容

系统分析包含两个主要技术环节：模型化和最优化模型化：用系统的观点，通过建立数学模型来研究某生产问题。最优化：通过直接的(即解析的)或间接的(即通过模拟的)、定量的或定性的种种优化技术，来对此生产问题的模型求出解答，或作出决策。为了建模和优化，系统分析也常采用系统的分解和分层、分级技术，主要为了使模型的建立比较容易或更为直观逼真，以及使优化的求解比较方便和可行。第13页，课件共52页，创作于2023年2月2.系统分析途径就模型化这一环节，根据模型的构造方法和如何进行估算的方式不同，可以把系统分析途径分为：解析途径和模拟模型求解。（1）解析途径步骤：首先要建立反映系统中各种物理和经济关系的数学模型—主要写出目标函数和约束条件方程。为了建立目标函数，需首先确定最优目标，然后找出与最优目标直接相关的物理变量。为了建立约束方程，需了解各物理变量允许变化的幅度、范围和相互制约关系。然后用数学分析技术(包括运筹学)求目标函数最优解析解或数值结果。特点：模型虽是针对系统来建立的，但不是直接模拟系统本身的各环节。而解答则是确定的唯一的最优解(多目标问题除外)。系统分析解析途径常用的数学方法和技术有：优化技术：主要有数学规划、控制论、存储论、变分、拉格朗日分析法、最优寻查理论、……等。随机输入和随机模型：多变量分析、回归理论、主变量法、因子分析、取样理论、排队论、信息论、……等第14页，课件共52页，创作于2023年2月可以是物理模型或数学模型，或者两者混合型，它只是重演系统的主要特性，而不重现系统本身，然后在缩短的时间内加以研究。模拟技术不仅是对原型系统的直接模型化，而且也包括寻找最优解。它不是通过数值解析直接求得最优解，而是通过对各种系统组成方案求出其结果，然后比较选定最优解。步骤：将原型系统的输入资料，系统本身的物理功能及输出目标表达为计算机算式。对模型进行验证、修改。缺点：由于变量、参数和函数的组合，其方案很多，难以枚举，用比较或试错法不一定得到全局最优解，而可能只是局部最优解。优点：对于一个复杂系统，难以充分精确地用数学模型来概括和描述，及难于求解析解(或数值解)者，总是可以用计算机来模拟此种系统，并按各种输入方案计算其结果。最后通过比较求得一定程度的“最优解”。（2）模拟模型及其求解途径第15页，课件共52页，创作于2023年2月第二节水资源系统的特点和分析途径水资源系统是由相互联系相互作用若干要素组成的具有一定功能的影响水资源的整体。水资源系统概念是系统的概念在水资源中的具体应用。一、水资源系统特征

水资源系统具有系统所具有的普遍特征，如集合性、整体功能性、可变性等，除此之外，水资源系统有其自身的特征，主要表现在以下几个方面：（1）持续性

水资源系统是动植物生存不可缺少的系统之一，人类为了可持续发展，必须通过各种方式维护水资源系统的相对稳定性，适应人类自身的生存和发展。

代际因素必须纳入这个系统之中，这不仅仅是伦理问题，也是人类延续的需要。

水资源系统的持续性,如果没有人的干预,总是沿着自身的轨道不断演替下去。由于人类对水资源系统的干预手段和强度不断加强，水资源系统的可持续性受到干扰，必须投入一定人力、物力和财力才能维护水资源系统的可持续性。

维护良好的水资源系统的稳定性，对人类的发展和经济的持续增长是十分必要的。第16页，课件共52页，创作于2023年2月（2）自然属性

水资源系统的自然属性是由水的自然属性决定的。

降水，径流，地下水，土壤水，蒸发等，都是一个自然过程，无论人类是否干预，干预强度如何，他们都是客观存在的，不以人的意志为转移的。

水资源系统的自然属性，要求我们认识其自然规律，充分尊重和利用它，建立人与自然和谐相处的新的伦理道德观。（3）社会属性

水资源系统不仅涉及生产力方面，而且也与生产关系密切联系在一起。在水资源开发利用和保护过程中，涉及到各个方面，如“三生”用水（生产用水、生活用水和生态用水）的关系，流域间水资源调配关系等，由此引发各种各样的社会关系的不断调整，水资源系统具有社会属性。

水资源系统具有的社会属性提示我们，在水资源开发利用和管理过程中，不能将目光局限在水资源本身，必须从社会的各种角度来探讨水资源问题，否则，对水资源系统研究和利用是不完善的，甚至出现各种问题。一、水资源系统特征（续）第17页，课件共52页，创作于2023年2月（4）经济属性

水利是国民经济的基础性战略性产业之一，水资源是国民经济发展不可缺少的物质。

长期以来，伴随着国民经济快速增长，对水资源需求不断增加，导致水资源供给难以满足经济发展的需求，制约了经济社会的可持续发展。

目前，水资源问题成为制约我国乃至世界国民经济可持续发展重要“瓶颈”。水资源系统所具有的经济属性日益得到体现。（5）脆弱性

水资源系统具有脆弱性。这种脆弱性主要表现在易污染性等多方面。一、水资源系统特征（续）第18页，课件共52页，创作于2023年2月地表水与地下水是当前人们所依赖的主要水资源.陆地上可更新的淡水资源约41.02~42.75万亿m3，其中易于使用的约12.5~14.5万亿m3。按1995年人口统计，全球约7170~7450m3/人，其中易于使用的淡水人均约2180~2440m3。全球水资源的赋存形式与所占比重：0.76%全球水资源特性第19页，课件共52页，创作于2023年2月《全球环境展望》发布：“目前全球一半的河流水量大幅度减少或被严重污染，世界上80个国家或占全球40%的人口严重缺水。如果这一趋势得不到遏制，今后30年内，全球55%以上人口将面临水荒”

第20页，课件共52页，创作于2023年2月中国水资源特性1.人均、亩均占有量少。我国水资源总量为28124亿m3，其中河川径流27115亿m3，少于巴西、前苏联、加拿大，居世界第四位。按1997年人口计算,中国人均占有水资源量为2220m3(其中海河、淮河和黄河流域人均年占有水资源量仅为350～750m3；松辽河流域1700m3)。相当于世界人均占有量的1/4，排在第110位。与德国、印度相近，仅相当于日本的1/2,美国的1/4,俄罗斯的1/12,巴西的1/20，加拿大的1/44。到21世纪中叶我国人口达到16亿高峰时，人均水资源量将下降到1760m3/人，将是常年缺水国家。国际标准：人均占有水资源量在2000～10000m3，将出现季节性干旱；

在1000～2000m3时，出现常年缺水；

少于1000m3时，会出现严重的水荒。第21页，课件共52页，创作于2023年2月浙江省人均水资源量也偏少。据2000年人口统计，人均水资源量为2140.90m3，比全国人均水资源量少2.17%，与国外相比差距更大。预计到2020年，浙江省人均水资源量将下降到1900m3左右，将是常年地区缺水。国际标准：人均占有水资源量在2000～10000m3，将出现季节性干旱；

在1000～2000m3时，出现常年缺水；

少于1000m3时，会出现严重的水荒。第22页，课件共52页，创作于2023年2月2.地区分布与人口、土地、经济的布局不适应。

（1)人口－水资源：我国北方人口占全国总人口的2/5，但水资源占有量不足全国水资源总量的1/5，南方人口占全国的3/5，而水资源总量为全国的4/5。北方人均水资源拥有量为1127立方米，仅为南方人均的1/3。在全国人均水量不足1000m3的10个省区中，北方即占了8个，而且主要集中在华北。华北地区人口稠密，其人口占全国的26%，但水资源量仅占全国的6%，人均水量仅为556m3，不足全国人均的1/4。第23页，课件共52页，创作于2023年2月（2)土地－水资源：北方耕地面积占全国耕地面积的3/5，而水资源量仅占全国的1/5。相反，南方耕地面积占全国2/5，而水资源量却占全的4/5。南方每公顷耕地水量28695m3，而北方只有9645m3，前者是后者的三倍。第24页，课件共52页，创作于2023年2月3.逐月水量时间分配不均衡降水集中在夏秋雨季，甚至多到成灾（洪涝）地步，而冬春季少雨，往往与农事活动不相适应，出现“春旱”、“卡脖子旱”等。随着季风到来的早晚，降水也表现出季节性，甚至呈现为明显的雨季和干季。降水的主峰，在长江以南地区，集中在每年的3～6月或4～7月，此4个月的降水量可占到全年总量的50％～60％。华北和东北地区雨季在6～9月，其降水量可占全年总量的70％～80％。西南地区5～10月为雨季，四川、云南和青藏高原东部，6～9月的雨量要占全年的70％～80％。新疆的西部和北部在大西洋和北冰洋水汽影响下，降水量虽然不多，但是在一年之内却比较均匀。漳河某年逐月水量图第25页，课件共52页，创作于2023年2月4.历年水量不稳定。降水在历年的变化(称为年际变化)也是很突出的，尤其是在总降水量不多的地区和降水较少的季节里。例如，云南昆明最大与最小年降水量的比值为1.9，黑龙江哈尔滨的比值为3.0，而甘肃敦煌的比值为16.5。而且并不是丰水、平水、枯水交替出现。在黄河的历史上曾出现连续11年(1922～1932)的干旱，连续9年(1943～1951)的丰水。第26页，课件共52页，创作于2023年2月5.多数河水含沙量较高。黄河平均含沙量为37kg/m3,海河为10kg/m3,辽河为5kg/m3,长江为1.2kg/m3。在水土流失严重的地区，其数值更高。6.多数河水污染严重。许多河流已遭到不同程度的污染。据统计，全国城镇废污水排放总量为606亿t(其中工业废水量占67%)，而80%未经处理。根据水利部门对全国约700条大中河流近10万km的河段进行水质检测结果，50%河段受到污染，10%河段被严重污染，河水已失去使用价值，90%以上城市水域遭污染，我国已有400座城市缺水，有36个水质型缺水城市。第27页，课件共52页，创作于2023年2月1、水利的概念特殊的地理环境和历史变迁，促使中国对水利事业特别地重视，自古就把水利提高到安邦治国的地位，不仅设置专门官职管理水利工作，有关治水用水的典籍很多，而且产生了含义广博的一个词—“水利”。在中国，水利历史悠久，内涵异常丰富：最初，汉代史学家司马迁赋予“水利”一词以治河、修渠的专业意义；近代水利先驱李仪祉先生领导创建的中国水利工程学会进一步提出，“水利范围应包括防洪、排水、灌溉、水力、水道、给水、污渠、港工八种工程在内。”现代，水利的概念又大为扩展，水利还应包括水土保持、环境水利、水利渔业等工程及水资源调度管理、水政管理等非工程内容。水利一词的定义可概括为：采取各种工程措施或非工程措施，对自然界的水进行控制、调节、治导、开发、管理和保护，以减轻和免除水旱灾害，并利用水资源，适应人类生产、满足人类生活需要的活动。水利——人类利用和保护水资源的活动第28页，课件共52页，创作于2023年2月2、水利的任务(1)水资源开发利用(2)水资源的节约和保护农业节水工业与生活节水生态环境保护水污染控制与保护(3)水害治理防洪除涝抗旱治碱和防渍(4)水利工程蓄水工程引（输）水工程提水工程发电工程航运工程(5)其他科技、教育、经济、管理等按照传统的看法，水利工作大致可以归结为除害和兴利两个相互关联的方面。防洪、排水、治污侧重于除害，灌溉、水电、水运侧重兴利，而水土保持、整治河道既除害又兴利。第29页，课件共52页，创作于2023年2月3、水利解决的问题在远古的时候，人们遇到洪水就选择高的地方躲开，待洪水退后再回来，后来学会筑堤防，遇到江河的一般洪水就可以不去避让，安定多了。在生产上需水利解决的矛盾:游牧时代，人们逐水草而居，对水的需求，完全是顺应自然，随遇而安。农耕时代，田地无法移动，为了保证生产，人们则企盼风调雨顺。但是降水有很大的随机性，难遂人意。于是，形形色色的水利活动就应运而生。当代，水利要解决的矛盾可概括为以下四个方面：水大，水小，水脏，泥沙。前二者基本上是水的量的问题，后二者是水的质的问题。第30页，课件共52页，创作于2023年2月(1)水大-—造成洪涝灾害,轻者浸泡庄稼减产失收,断绝交通,影响生产和生活；重则冲毁城镇，人畜伤亡。在1949年至1999年的51年中，浙江省受灾面积大于100万亩的水灾共有81次，平均每年1.6次，平均每次受灾农田面积300万亩，倒塌房屋3.57万间，受灾人口402.8万人。浙江省历次水灾中主要灾情指标最大值统计表注：直接经济损失系当年价值项目受灾人口(万人)倒塌房屋(万间)受灾农田(万亩)直接经济损失(亿元)最大值1890.171.501030197.70时间1997,8,181956,8,11997,8,181997,8,18原因11号台风12号台风11号台风11号台风第31页，课件共52页，创作于2023年2月水大的解决措施：排水、防洪工程：农业（排涝、排渍、防洪）、城镇（排水、防洪）；排水工程：为了排除一个地区暂时的积水(涝水)，可以疏浚沟渠、排水管网或机电排灌设备等及管理。防洪工程：抗御河道的洪水，可以修筑堤防，保护城镇，或在河道上游合适的位置修建水库，将洪水储蓄其中使其不再为害。以可以在适当的洼地，将下游承受不了的水量，暂时存一下，过后仍然放走，这叫滞洪。甚至另外开辟一条洪水通道（减河），进行分洪，叫洪水避开受威胁的地区。一些作用一致的防洪工程措施可以几项齐头并用，殊途同归。这些都属于水利的除害方面。与此同时，还要清理河道里影响行洪的障碍物（清障），加强洪水预报，以争取防洪的主动权。第32页，课件共52页，创作于2023年2月（2）水小——会导致干旱，同样会破坏生产，妨碍生活。1950～1997年的48年间，平均每年旱灾受灾面积2034万hm2，水灾受灾面积988万hm2，二者合计约占我国播种面积达20%。全国历年水灾、旱灾受灾和成灾状况(1950-1989)年份洪涝灾害(年均)旱灾(年均)受灾面积(万hm2)成灾面积(万hm2)成灾率(％)受灾面积(万hm2)成灾面积(万hm2)成灾率(％)1950-19591960-19661970-19791980-1989789.13942.00535.701042.50496.25585.43224.30552.9057.5357.7439.6452.711322.382164.712164.102463.80416.631002.57750.001176.1034.1145.8028.0247.56注：成灾面积指农作物产量比常年减产30%以上的耕地面积。第33页，课件共52页，创作于2023年2月水小的解决措施：灌溉与供水：农业的灌溉工程、城镇的供水工程；节水：节水工程（渠道防渗、低压管道输水）、田间节水节水（节水型地面灌溉、喷微灌技术）、作物节水灌溉模式、节水管理技术、农业节水措施、工业生活节水等；开源：集雨、取用地下水、跨区域调水、洪水资源化、劣质水和污废水资源化技术、中水利用技术、海水利用技术、人工增雨等。第34页，课件共52页，创作于2023年2月（3）水脏（水污染），是伴随现代文明而出现的怪病。污染物一旦超过水流自净的能力，就会给人类环境带来罪孽，使原本不富余的水源更趋紧张匮乏，影响生产，生活质量急剧下降，引起疾病灾难。水环境污染造成中国每年损失500亿元。苏浙边界水污染纠纷。2001年11月22日，浙江嘉兴市部分村民为了防止上游江苏吴江市盛泽镇工业污水侵袭，沉船筑坝，封堵两省界河清溪塘（太湖向外排水通道之一），引发了严重的水事纠纷。可见水污染不可小视，它能导致重大的水事纠纷，引发社会安定问题。正如辩证法告诉我们的，事物往往朝反面走去。不适当的灌溉，会引起土地盐渍化，长期超量开采地下水，会造成大面积地下水漏斗和地面沉降，从而带来新的水患；如此等等，均须在水利活动中加以注意。第35页，课件共52页，创作于2023年2月水脏（水污染）解决措施：污水处理与资源化按原理分：物理处理法，化学处理法和生物处理法。物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有：筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。化学处理法：利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理生产污水。生物处理法：利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法（好氧氧化法）和利用厌氧微生物作用的厌氧法（厌氧还原法）。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水，其中有活性污泥法和生物膜法两种；后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥，现在也开始用于处理城市污水与低浓度有机污水。污水处理的生物－生态工程：利用物理作用及培育的植物与生物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的工程。主要技术有稳定塘(微生物稳定塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘)、水生生物塘）、土地处理、湿地(天然、人工)处理、水生生态系统。第36页，课件共52页，创作于2023年2月（4）泥沙，来源于流域的水土流失，不仅使清澈的江河水变浑，还在河道和水库里造成沉淀和淤积，引起新的冲刷，使河床变形，严重时会堵塞航道，使水库和渠道失效。浑水给城市用水带来麻烦，多耗能源，增加成本。对付泥沙的办法，一方面要加强流域的水土保持，封山育林，退耕还林还草，修建谷坊、鱼鳞坑、拦沙坝等工程；另一方面，闸坝渠系工程要建设必要的沉沙、排沙设施，并科学有效地管理运用。水库的运用讲究蓄清排浑，船闸注意动水冲沙，静水行船，农田要谨慎地进行淤灌。河道（航道）、港口整治等。第37页，课件共52页，创作于2023年2月4、径流调节就自然来水而言，气象多变，降水无常。人类改变气象，只能在很小的范围内（如冬天的野外风障、温室大棚等），在很短暂的时期里,用有限的物力和技术条件（人工促雨、防雹等），偶一为之。那种叫河水倒流、呼风唤雨之事，只是古代的或近代的神话而已。现代科学能够做到的是运用水利手段进行“径流调节”，对地面和地下径流的时间过程和地区分布进行调整。也就是说，用径流调节可以解决水的“多了、少了、早了、晚了”的问题。水库作为蓄水的工具，对水量和时程的调节作用是十分显著的。第38页，课件共52页，创作于2023年2月实黑线表示某地河流一个水利年（从汛期开始，到下一个汛期前结束）里的来水过程，红线表示某地一年里逐月的需水量的计划过程。实黑线与横坐标轴所包围的面积是该年的来水总量，红线与横坐标轴所包围的面积是该年的需水总量。若数量二者相等，说明水量是够用的。漳河某年逐月水量图只是在6－11月上半月，来水满足用水之后尚有富余，富余水量为①所示；在以后的月份里，来水不能满足各月用水需要，缺水量为②所示；根据原有条件，①和②一前一后，尽管形状不同，数量是一样的。这就需要修建一座能蓄前①所代表的多余水量，待到后②之时使用，否则余水白白流走，后来又缺水，损失惨重。这就是水库年调节的道理和设计水库容积的一般概念。水库如果修得再大，就可以把多水年份多余的水，蓄积起来供枯水年份使用，进行多年调节。径流调节不仅对水造成影响，也会对社会经济和环境带来影响。第39页，课件共52页，创作于2023年2月“中国水威胁论”1994年9月，美国世界观察研究所所长莱斯特·布朗在美国《世界观察》上发表了《谁来养活中国——来自一个小行星的醒世报告》

该报告认为，中国水资源日益严重短缺，工业化进程大量侵蚀破坏农田，同时每年新增加大量人口，中国为了养活10多亿的人口，可能从国外进口大量粮食，引起世界粮价的上涨，对世界的粮食供应产生巨大的影响。

布朗警告世界：“食品的短缺伴随着经济的不稳定，其对安全的威胁远比军事入侵大得多”。

布朗报告引起西方舆论界高度关注，《纽约时报》、《华盛顿邮报》、《洛杉矶时报》、《华尔街日报》等纷纷报道，部分报刊还发表了评论。1998年，美国生态经济学家莱斯特·布朗和布莱恩·霍韦尔在美国《世界观察》发表了《中国缺水将动摇世界粮食安全》的文章

认为中国对农业用水供给的急剧减少将对世界粮食安全构成越来越大的威胁，中国依靠水浇地生产12亿人口所需粮食的70%，但同时又日益抽取更多的农业用水来满足迅速发展的城市和工业用水的需要，随着河流的干涸和地下蓄水层的枯竭，日趋严重的缺水将急剧增加中国的粮食进口，从而导致世界粮食总进口超过可供给的总出口，如果不采取新的强有力的措施加以解决，有可能会推动世界粮食价格的上涨，导致第三世界国家的社会和政治动荡。第40页，课件共52页，创作于2023年2月“中国水威胁论”2005年9月14日，俄罗斯《消息报》报道称“中国将夺取西伯利亚水资源”，因此将导致“俄罗斯可能有100多万人缺水，几十家企业停产”。2006年9月13日，俄罗斯《独立报》发表文章说，到2015年中国本身及其南亚和东南亚的周边国家将急剧增加对水的需求，中国是这一地区的水源国，中国未来将利用这些跨境水资源作为有效工具制约亚洲。“美国之音”网络版也刊登文章指责中国过度开发跨境河流，认为中国对新疆境内的伊犁河以及额尔齐斯河水资源的过度使用正在给位于下游的哈萨克斯坦和俄罗斯带来十分不利的影响，其后果可能会导致生态灾难。第41页，课件共52页，创作于2023年2月“中国水威胁论”缘何而生中国境内的国际河流大多居于上游，有影响整条河流的能力中国水问题严峻，为“中国水威胁论”提供了现实基础水污染事故频发，加剧了下游国家水质安全的担忧中国学者夸大中国水问题，自我为“中国水威胁论”加温“中国水威胁论”的出现，在排除了政治上的因素外，也在一定程度反映了中国水资源存在的问题。

第42页，课件共52页，创作于2023年2月联合国粮农组织自20世纪70年代中期起，将谷物库存占全年消费量的17%～18%作为衡量世界粮食安全线标准。从理论上说，我国粮食进口规模应控制在需求量的15%以内，即15%应该作为我国粮食进口率的红线即警戒线。虽然世界许多国家粮食进口率都大大超过15%而并未感觉危机，但我国的人口规模同这些国家根本无法相比。如此规模的粮食进口不仅要求国家具有足够的外汇支付能力，而且还须在国际市场上买到如此多的粮食却不使国际市场发生大的供求波动。这在国际环境良好(如国际政治经济秩序比较和谐，世界粮食供应充足，价格较低)的情况下或许能够做到，但毕竟风险极大。因此，国内粮食生产能力的保护极其重要，即使是大灾之年，进口依存率也不应跨越这条红线。第43页，课件共52页，创作于2023年2月二、水资源系统分析途径简介用系统的概念和系统分析的方法来解决水资源开发中的问题从第二次世界大战后至今已有了半个世纪。随着社会的发展，水资源紧张情况和环境问题日益突出，对水资源的综合利用和管理要求也越迫切和复杂。从性质上：从单纯的对水量水能的要求发展到对水质的控制要求，从防洪兴利，发展到防害兴利。从地域上：从一个河段，一条河流，扩大到整个河系流域甚至跨流域的开发治理。从服务部门：从传统的农业灌溉、电力、给水、航运，扩大到环境、社会经济和社会福利方面。第44页，课件共52页，创作于2023年2月水资源开发管理问题：往往涉及到广大的地区范围内众多的河流、土地上的多个工程、多目标开发、多种约束、多种影响构成的完成系统如何合理开发和管理的问题。水利系统起主要作用的因素：各部门的需水需电、来水、水库等水利设施、管理运行规程和水文情报资料搜集提供的方法。这五个方面需要进行协调，并将他们或以显式或以隐式蕴含在所求解的数学表达中。水资源规划问题：流域范围可以是单一流域或多个流域；考虑的目标可以是单目标或多目标开发；时间上可以是设计前的研究性规划或已决定兴建时的建设规划，或建成后的运行管理规划。由于规划类型或研究阶段的不同，使系统的边界也不同，从而影响输入元素和它们之间的相互关系。第45页，课件共52页，创作于2023年2月水资源系统模型考虑对象：一般考虑的系统：水系统和土地资源系统新增加的内容：水体的化学物、生物等影响水质的因素。（1）模型问题水资源系统分析的一个重要环节，是要找出和应用某一个或某一组特定的具有很好仿真性的数学模型。模型的建立：通过一定简化和假定后，用数学公式来描述表达确定了的水利系统的各元素和输入资料、输出目标、相互关系。模型有效性检验：能否以足够的精度预测比较方案和系统因素变化对目标函数值的影响，以便作出成熟的决策。手段：通过试算，把模型结果和实际会发生情况进行对比，必要时对模型进行修改。注意的问题：避免出现使模型过于详尽，使求解复杂化。避免出现假设过于粗糙，使分析结果失去实用性、可靠性。第46页，课件共52页，创作于2023年2月水利系统模型可以从不同的角度进行分类。按模型性质来分：图像蓝图式、相似模型、抽象符号的数学模型；按所用方法分：解析(最优化)模型、模拟模型按时间因素是否作为变量来分：静态模型、动态模型按未来水文情况已/未知来分：确定性模型、随机模型按考虑远期总的经济模型或短期的眼前经济利益来解可分为：投资(规划设计)模型和运行（管理）模型把模型和模型技术结合起来分：解析的最优化模型和技术，概率模型和技术，统计技术，模拟模型和寻查、取样技术其他：如线性和非线性模型（2）模型分类第47页，课件共52页，创作于2023年2月解析的最优化模型和技术：主要用于确定性模型。多半用解析函数形式来确定系统变量间定量关系和相互作用。求解技术包括古典的微积分、拉格朗日乘子、数学规划和控制论等。其中数学规划技术已广泛应用于水资源规划问题。概率模型和技术：主要用于随机系统模型。用概率理论描述随机系统元素及相互作用关系。主要方法是排队论和存贮论，研究服务和存贮容量的关系。例如水库问题。统计技术：包括多变量分析、因子分析技术、统计推断和统计决策理论等。着重于通过统计分析选定系统应包括的元素、资料和描述系统的函数，以便作出不确定情况下的决策。例如多变量综合水文资料系列的生成。模拟模