水资源规划及利用的国内外现状

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1、水资源规划及利用的国内外现状及未来发展趋势大学 学院 1班 学号：中文摘要随着世界各国经济的快速发展和人口的急剧增加，全球性水危机从出现到变得日益严重，已经引起人们的普遍关注。在我国，洪涝灾害、干旱缺水、水生态环境恶化等水问题，已经成为严重威胁社会经济可持续发展的制约因素。近年来，生产、生活需水量不断增长，而水污染、用水浪费与水资源短缺并存，加剧了供需水矛盾，亦导致了一系列的社会经济、生态环境问题。上世纪90年代初，我国水资源出现严重短缺、水污染不断加重，水资源优化配置的概念在此背景下被明确提出，并逐步应用到水资源的规划与管理中，目前仍处在发展阶段。传统的水资源配置存在强调开发利用而忽视环境保

2、护、强调节水而忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率的提高、突出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用。水资源优化配置研究，特别是新理论和新方法的研究，显得尤为迫切。本文在阅读文献、总结分析当前研究成果的基础上，试图对水资源优化配置的理论及应用，从面向可持续发展的角度进行探索研究。【关键词】水资源 规划管理 可持续利用 数学模型【Abstract】With the rapid development of the world economy and the rapid increase of population,

3、 global water crisis from appear to become increasingly serious, has aroused peoples attention. In our country, the flood disaster, dry, water ecological environment deterioration water problems, has become a serious threat to sustainable social and economic factors restricting the development of. I

4、n recent years, the production, the water of life is constantly increasing, and water pollution, waste water and water shortages coexist, increased the water supply and demand contradiction, also led to a series of social and economic, ecological environment problems.In the 1990 s, the water resourc

5、e in China appear serious shortage, water pollution worse, the concept of the optimal allocation of water resources in this context is put forward, and gradually applied in water resources planning and management, Still in the development stage. The traditional emphasis on development and utilizatio

6、n of water resources allocation and neglect environmental protection, emphasize the water saving and ignore efficiency, pay attention to the optimal allocation of water resources shortage region and ignore the water resource sufficient area to enhance the efficiency of the allocation of water resour

7、ces, outstanding efficiency and neglected the industry problems such as water inside the rationality, the impact of the regional economic development and sustainable use of water resources. Optimal allocation of water resources research, especially new theories and new method is particularly urgent.

8、In this paper, summarizes and analyzes the current reading literature based on the achievement of research, attempts to optimal allocation of water resourcesThe theory and application, from the point of sustainable development to explore research.【Key Words】Water resources,Unbalance,The sustainable

9、utilization,Mathematical model目录中文摘要2【Abstract】3引言5第一章 绪论61.1研究背景及意义61.1.1水资源的概念61.1.2水问题及其社会影响61.2全球水资源分布概况61.3水资源规划的研究意义8第二章 国内外水资源利用现状102.1传统水资源利用现状102.2非传统水资源利用现状（替代水资源）112.2.1雨水利用112.2.2城市污水资源化132.2.3海水开源14第三章 水资源利用规划现状153.1水资源规划的概念153.2对水资源可持续利用规划理解153.3水资源可持续利用须遵循的原则163.4水资源可持续利用规划评价指标16第四章 水

10、资源规划和可持续利用中存在的问题及改善措施174.1水资源可持续利用中存在的主要问题174.2改善措施18第五章 水资源规划方法195.1 水利规划常用优化方法195.2 线性规划205.3 动态规划215.4 多目标规划215.5 智能算法215.6应用前景及展望22第六章 结语与展望22参考文献23引言水，是人类赖以生存和发展的不可缺少的宝贵资源，是支撑可持续发展的基础条件之一。随着世界各国经济和人口的增长，水资源的需求量不断增加，水资源短缺已经成为全球性问题。联合国在1997年对世界淡水资源的全面评价报告中指出:“缺水问题将严重地制约21世纪经济和社会发展，并可能导致国家间的冲突。”我国

11、属于水资源短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的四分之一。近年来，随着我国人口的不断增长、城市化进程的加快和社会经济的高速发展，水资源需求量和排放的废污水量急剧增加，在出现水资源短缺的同时，水生态环境也承受着巨大的压力。日益严重的水污染和普遍存在的用水浪费，更加剧了水资源的短缺和水供需矛盾，水问题已经成为制约我国绝大部分地区社会经济可持续发展的主要因素之一。合理开发利用水资源、实现水资源的优化配置，是我国实施可持续发展战略的根本保障。水资源优化配置是资源水利的核心，其最终目的就是实现水资源的可持续利用，保证社会经济、资源、生态环境的协调发展。国外对水资源优化配置问题的研究较早，我国起

12、步较晚，但发展很快。上世纪90年代，在出现水资源短缺、水污染不断加重的背景下，水资源优化配置引起高度重视，但总的来讲，由于研究历史比较短，水资源优化配置的理论体系尚不完善，目前仍处在发展之中。传统的水资源配置存在强调开发利用而忽视环境保护、强调节水而忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率的提高、突出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用。因此，水资源优化配置新理论和新方法的研究，显得尤为迫切。第一章 绪论水资源是自然界的可再生资源，水资源的利用在时间上是无限的可谓用之不竭，而在数量上却是有限的并非取之不尽。本章从多

13、角度阐述水资源规划问题提出的背景和研究意义，并对国内外的研究历史和现状进行综述，最后指明本文的主要研究内容。1.1研究背景及意义1.1.1水资源的概念地球上目前和近期人类可直接或间接利用的水，是自然资源的一个重要组成部分。天然水资源包括河川径流、地下水、积雪和冰川、湖泊水、沼泽水、海水。按水质划分为淡水和咸水。随着科学技术的发展，被人类所利用的水增多，例如海水淡化，人工催化降水，南极大陆冰的利用等。由于气候条件变化，各种水资源的时空分布不均，天然水资源量不等于可利用水量，往往采用修筑水库和地下水库来调蓄水源，或采用回收和处理的办法利用工业和生活污水，扩大水资源的利用。与其他自然资源不同，水资源

14、是可再生的资源，可以重复多次使用；并出现年内和年际量的变化，具有一定的周期和规律；储存形式和运动过程受自然地理因素和人类活动所影响。1.1.2水问题及其社会影响虽然地球71%表面覆盖的是水，但是其实淡水资源只占了地球总水量的2%左右，而可被人类利用的淡水总量只占地球上总水量的十万分之三，占淡水总蓄量的0。34%。由此可见，地球上可被利用的水并没有人类想象的那么多，如果让它们继续遭到人类的摧残，早晚有一天，它会消失的。1.2全球水资源分布概况我国水资源总量不算少。全国冰川多年平均地表径流量为2.64万亿m，约相当于全球年径流总量的5.6%，与世界各国相比，少于巴西、苏联、加拿大、美国、印尼，而居

15、世界第六位。但按人口平均占有水量却比较低，每人每年平均占有2700m，只相当于世界人均占有量10800m的四分之一，低于世界大多数国家。我国每亩耕地平均占有量1753m，也低于世界每亩耕地平均占有水量2363m。（见表一） 我国水资源在分布上有如下特点： （1）各地区降水受季风气候影响显著我国地处亚欧大陆东侧，跨越高、中、低三个纬度区，季风特点十分显著。夏秋受太平洋和印度洋的湿润气流影响，降水较多。冬春受亚欧大陆中心和蒙古高原干冷气团的控制，降水较少。在自然地理特点上，我国地势西高东低，东部和南部濒临海洋，气候湿润降水多；西北内陆受高原和山脉阻挡，季风难于深入，气候干燥，降水少。表1.国内外年

16、径流量、人均水量、亩均水量统计表 项目国家世界总计巴西苏联加拿大美国印尼中国印度日本年径流量（万亿m）47.005.194.713.122.972.812.641.780.42人均水量（万m）1.084.221.7813.01.351.900.270.260.36每亩耕地占有量（m）2363107011358447110461319217537216462（2） 水资源地区分布不平衡我国外流河水系面积占全国面积65%，而水量却占95.5%；内陆河水系面积占全国面积35%，而水量只占4.5%。长江流域以及长江以南水系耕地面积占全国面积32.9%，而径流量却占57.2%；黄河、淮河、海河三大流域径

17、流量只占全国6.1%，而耕地面积却占全国36.8%。（3） 年内分配上极不均匀，年际变化也很大全国各地降水，几乎一半到三分之二集中在夏季，且多以暴雨形式出现，这就是我国历史上水旱灾害出现频繁，农业生产极不稳定的主要原因。（4） 地下水资源分布广泛我国地下水资源分布很广，但与地表水资源一样，地区分布上也不平衡。72%左右的地下水资源分布在地表水资源丰富的地区，地表水资源不足的华北地区仍然是地下水资源最少的地区，其地下水资源只占全国7.3%。1.3水资源规划的研究意义在目前人类社会要求实行可持续发展、我国水利积极向“资源水利”转变的大环境下，面对全球出现的水资源危机，尤其是我国水资源短缺、水供需矛

18、盾突出、水生态环境恶化等严峻的水资源形势，着眼于解决水资源问题，实现水资源的可持续利用，以促进社会经济的可持续发展，人们提出了水资源优化配置的课题。根据配置的范围、对象和规模的不同，水资源优化配置可分为灌区水资源优化配置、城市水资源优化配置、流域水资源优化配置和区域(经济区)水资源优化配置等几种类型。本文要探索的主要内容就是面向可持续发展的区域水资源优化配置。所谓面向可持续发展的水资源优化配置，就是以可持续发展战略为指导思想，运用系统分析理论与优化技术，将区域有限的水资源在各子区、各用水部门间进行最优分配，从而获得社会、经济、环境协调发展的最佳综合效益。其研究意义在于:(l)促进水资源的合理有

19、效利用水资源优化配置没有增加供水量，也没有减少需水量，但它却使总体效益最大化。这是因为水资源优化配置是以综合效益最大为目标，利用优化方法和技术，通过产业结构调整，减少水资源单耗量大的用水部门的占有量，将节省下来的水资源用于水资利用率高、单耗小、综合效益高的用水部门，从而使水资源得到合理有效利用。水利部汪恕诚部长在“水权和水市场”的讲话中指出，通过水资源优化配置提高水资源利用效率、实现水资源的可持续利用，是21世纪我国水利工作的首要任务196汪恕诚.水权和水市场谈实现水资源优化配置的经济手段水电能源科学，2001.19(l)。(2)促进社会一经济一资源一环境的协调发展发展是永恒的主题，片面的经济

20、增长并不一定意味着发展。经济增长型的水资源配置方式，虽然取得了经济的迅速增长，但却带来了生态破坏和环境污染，对人类的生存发展构成了威胁。只有社会、经济、资源、环境相互协调的发展才是最佳的发展模式。面向可持续发展的协调型水资源配置方式，是在保护生态环境的同时，促进经济增长和社会繁荣，从而保证可持续发展的实现。(3)促进工程水利向资源水利的转变前已述及，资源水利的核心是水资源优化配置。水资源优化配置是缓解水资源供需矛盾的最经济、最快速的方法，研究水资源优化配置问题就是探索资源水利的重要技术手段，同时，它还使科学技术渗透到水资源管理工作中，提高管理者的科学意识和管理水平，促进工程水利向资源水利转变。

21、(4)促进大系统多目标优化理论与方法的探讨区域水资源系统是一个复杂的大系统，优化配置模型是一个多目标非线性的优化模型。线性规划、动态规划等传统方法受到了问题复杂程度的限制，而新近发展起来的智能优化算法(遗传算法、神经网络、禁忌搜索等)为解决复杂优化问题提供了新的思路和手段。探讨智能优化算法在水资源系统中的应用，对于促进这些算法的实际应用以及为解决复杂大系统问题积累经验，具有重要意义。(5)对其他资源的分配问题有一定的参考价值水资源是自然资源之一，任何资源都具有一定的价值和使用价值，却又受到一定量的限制，其他资源同样存在着合理有效分配的问题，资源优化配置问题有一定的相似性和差异性，水资源优化配置

22、模型及其算法，对于解决其他资源的配置问题有一定的参考价值。在目前人类社会要求实行可持续发展、我国水利积极向“资源水利”转变的大环境下，面对全球出现的水资源危机，尤其是我国水资源短缺、水供需矛盾突出、水生态环境恶化等严峻的水资源形势，着眼于解决水资源问题，实现水资源的可持续利用，以促进社会经济的可持续发展，人们提出了水资源优化配置的课题。根据配置的范围、对象和规模的不同，水资源优化配置可分为灌区水资源优化配置、城市水资源优化配置、流域水资源优化配置和区域(经济区)水资源优化配置等几种类型。本文要探索的主要内容就是面向可持续发展的区域水资源优化配置。所谓面向可持续发展的水资源优化配置，就是以可持续

23、发展战略为指导思想，运用系统分析理论与优化技术，将区域有限的水资源在各子区、各用水部门间进行最优分配，从而获得社会、经济、环境协调发展的最佳综合效益。第二章 国内外水资源利用现状2.1传统水资源利用现状建国三十余年来，全国共整修各种堤坝十六万多公里，疏浚整治了各级河道，开辟了各类入海排洪道，兴修了数以万计的大中小型蓄水、引水与提水工程。控制了江河的一部分水量，为除害兴利创造了条件。目前为国民经济各部门每年提供的水量为4767亿m，占总共用水量89.6%；地下水496亿m，占总用水量10.4%。世界各国水资源开发利用率一般为2030%，西德最高，达38%，美国达21%。我国水资源开发利用程度各地

24、很不平衡。南方多水地区利用程度较低，长江流域16%，珠江流域15%，江西省14%，浙闽沿海诸河不到4%，西南诸河则不到1%。北方少水地区水资源开发利用程度都比较高，海河流域67%，辽河流域68%，淮河流域73%，黄河流域39%，内陆河32%。目前我国年总用水量，与世界各国相比，仅次于美国，居世界第二位。但按人口平均的用水量只有491m/人，低于美国、加拿大、苏联、墨西哥、意大利、日本、法国、印度，居世界第九位。我国用水组成是:工业用水占11.0%，农业用水占86.3%，生活及其他用水占2.7%。近年来，一些工业发达国家的用水组成发生了很大变化，即工业用水所占比重越来越大，加拿大工业用水占总用水

25、量81.5%，美国占43.5%，法国占41.2%，苏联占36.0%（见下表二）。表2.国内外用水量统计对比表国家美国加拿大苏联墨西哥意大利日本法国印度中国年份197519681968197019701965197019691979年总用水量（亿m）6237229220446843069534032374767人均用水量（m/人）2340229220446843069534032374767工业用水占%43.581.536.05.219.018.341.20.811.0农业用水占%48.613.559.088.169.072.042.595.586.3生活用水占%7.95.05.04.412.0

26、9.711.83.72.7其他用水占%2.34.52.2非传统水资源利用现状（替代水资源）非传统水资源的开发, 正在被世界各国放在重要地位进行研究并已付诸实践, 取得了巨大的收益 。随着我国经济社会的迅速发展, 非传统水资源的利用已经受到社会各界广泛的关注。传统水资源和非传统水资源的耦合互补利用, 不仅能缓解水资源缺乏的压力, 而且还能改善水环境、减少水灾害, 具有巨大的社会效益和生态效益。对于城市而言, 非传统水资源的开发利用主要包括城市雨水利用、污水资源化及“海水开源”三方面。发达国家如美国、日本、德国、新加坡以及中东国家在非传统水资源的开发利用方面已经有多年的历史并积累了宝贵的经验。2.

27、2.1雨水利用广义的雨水利用包括水资源利用的各个方面, 具有极大的广泛性。狭义的水资源利用是指有目的地采用各种措施对雨水资源进行保护和利用, 主要包括收集、储存和净化后的直接利用；利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用, 通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下,补充地下水资源、集流补灌的农业雨水利用等。发达国家20 多年前就开始了雨水综合利用的研究与实践。特别是德国、日本、美国等国家, 城市化进程较早, 城市雨水利用发展得也比较快。（1） 德国德国是欧洲开展城市雨水利用最好的国家之一。德国的雨水利用主要有屋面雨水集蓄系统、雨水屋顶花园利用系统、雨水截污与渗透

28、系统及生态小区综合利用系统。其中通过屋面集蓄的雨水主要用于家庭、公共和工业三方面的非饮用水, 道路雨水则主要排入下水道或渗透补充地下水。此外, 德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国在新建小区之前, 无论是工业、商业还是居民小区,均要设计雨水利用设施, 若无雨水利用措施, 政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费等。（2） 美国美国的雨水利用主要是以提高雨水的入渗能力为主要目的, 并将其作为土地规划的一部分在新的开发区实施。美国相继在加州富雷斯诺市和芝加哥分别兴建了著名的地下蓄水系统, 以解决城市防洪和雨水利用问题。此外, 美国还通过立法来支持雨水利用, 规定新开发区的暴雨洪水洪峰流

29、量必须保持在开发前的水平,所有新开发区必须实行强制的“就地”滞洪蓄水。除此之外, 各级政府还采取了一系列的优惠政策, 如政府补贴、联邦贷款等鼓励人们采用新的雨水处理办法。（3） 日本日本的城市雨水利用在亚洲先行一步, 1980 年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划, 1988 年成立“日本雨水贮留渗透技术协会”, 1992年颁布第二代城市下水总体规划,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分, 要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施, 有效地促进了城市雨水资源化进程。值得一提的是, 日本不仅集雨自给, 还向阿拉伯国家出口雨水, 效益可观。（4）中国我国雨水利用

30、历史悠久, 4000 年前的周朝, 农业生产中就利用中耕技术增加降雨入渗, 提高作物产量。1995 年在甘肃省东部干旱地区实施了“121 雨水集流工程”, 内蒙古则实行了“112 集雨节水灌溉工程”, 山西、河南、河北、江苏、浙江、贵州进行了雨水利用的试验研究。我国的城市雨水利用起步较晚,20 世纪80 年代末到90 年代中, 北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展城市雨水利用研究。在政府部门的支持下,目前北京市已建和在建的雨水利用工程100 多个, 雨水再利用在北京已经进入了实施推广阶段。2006 年10 月, 国家“十一五”科技支撑计划重点项目“雨洪资源利用技术研究及应用”正式启

31、动, 该项目将在技术、政策、理论等方面对我国的雨洪利用提供支撑。综上所述, 国外发达国家城市雨水利用的主要特点是: 雨水利用技术比较成熟、系统, 雨水利用进入了产业化、标准化阶段；国家对雨水利用给予政策上的支持, 制定了一系列有关雨水利用的法律法规；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服等非饮用水及回灌地下水。与发达国家相比较, 我国的雨水利用技术已取得了较大的进步, 但是由于起步较晚, 缺乏相应的法律措施的支持、优惠政策的激励以及技术立法和相应的规范和标准。2.2.2城市污水资源化城市污水资源化是指城市污水和工业废水经过适当处理达到一定的水质标准, 使之变为城市水源的一部分, 达到充

32、分利用水资源和减轻环境污染负荷的目的, 这部分水又叫再生水。再生水与雨水相比, 水源比较稳定、可靠, 受季节的影响较小。再生水可以广泛地用于补充水源、工业用水、环境用水、城市杂用水等。（1） 美国美国政府从80 世纪70 年代就开展大规模的污水处理, 强调开发水资源的工程建设。从80 年代后期起,开始大量投入人力、资金和技术力量, 对污水资源化等相关科学问题进行专题研究, 着眼于如何向当代社会提供足够的水资源, 确保当代社会用水需求得到满足；20 世纪90 年代之后的可持续水管理阶段围绕可持续发展主题强调水资源的可持续利用,着眼于构筑支撑社会可持续发展的水系统。据不完全统计, 2000 年美国

33、有357 个城市使用了再生水, 其中回用于工业占40.5%, 全美每年回用污水量达到9.37108m3。农作物灌溉、回灌地下水、景观与生态和环境用水以及工业用水, 是目前美国城镇污水回用的几项最主要用途。（2） 日本日本年人均降雨量为世界平均水平的1/5, 属于资源性缺水国家。日本政府很重视对水资源的高效利用,污水资源化也得到了较快的发展, 日本污水资源化最典型的是“中水道”。日本20 世纪60 年代起就开展中水回用实践, 70 年代已初见规模, 90 年代初日本在全国范围内进行了中水回用的调查研究和工艺设计。到1993 年全国有1963 套中水利用设施投入使用,中水使用量为27.7104m3

34、/d。1996 年,全国有中水设施2100 套投入使用,用水量达32.4 104m3/d , 占全国生活用水量的0.8 %。（3） 中国与发达国家相比, 我国将污水处理回用于城市生活和工业生产起步较晚, 20 世纪80 年代末, 随着大部分城市水资源紧缺的加剧和污水处理回用技术的日趋成熟, 污水处理回用的研究与实践才得以加速发展。北京是我国中水回用发展较快的城市,。2001 年底北京市已建成中水设施100 余个, 日处理水量约2 万m3。根据北京市“十一五”规划纲要报告, 计划“十一五”期间, 中心城再生水利用率达到50%。随着中央及地方各政府对城市污水再生利用的重视, 我国的城市污水再生利用

35、前景广阔。2.2.3海水开源所谓“海水开源”就是以海水为原水, 通过各种工程、技术手段, 用海水作为淡水的替代品, 来增加淡水的资源量或减少淡水的使用量。海水开源包括海水的直接利用和海水淡化两方面。（1） 海水直接利用海水直接利用是直接采用海水代替淡水以满足工业用水和生活用水的需求。据统计, 用海水代替淡水作为工业冷却用水, 可使城市总的淡水用量减少约一半, 这对缓解城市淡水资源短缺意义重大, 国外在这方面非常重视。海水直接利用历史较久的国家有日本、美国、前苏联和西欧六国, 主要用于火力发电、核电、冶金、石化等企业。日本冷却用海水每年达3000 多亿m3, 欧盟海水年用量达2500 亿m3,

36、美国工业用水的1/3 为海水, 每年达1000 亿m3。与发达国家相比, 我国的海水直接利用量较少。2000 年我国直接利用海水141 亿m3, 比1995 年增加1.2倍; 2004 年我国工业中海水及苦咸水的利用量达到256 亿m3 左右, 主要用于火( 核) 电的冷却用水, 海水的利用量与发达国家相差甚远。海水作为大生活用水, 英、美、日、韩等已经有多年的历史。我国香港地区也有成熟的海水直接利用经验。香港从20 世纪50 年代就开始用海水冲厕, 至今冲厕海水的用量已经占到冲厕用水的2/3 左右。我国生活用海水技术经过“九五”“十五”国家科技攻关课题, 掌握了包括海水冲厕系统的防腐和防生物

37、附着技术、海水净化技术、大生活用海水的后处理技术等在内的大生活用海水成套技术。目前由国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所主持的胶南海之韵住宅小区大生活用海水工程正在建设之中。（2） 海水淡化海水淡化是运用科技手段使海水变为淡水, 从而增加淡水资源量。目前工业上采用的方法主要有多级闪蒸(MSF) 、反渗透(RO) 、多效蒸馏(ME) 等, 全世界的海水淡化生产能力达到3500104m3/d,从地区分布来讲, 海水淡化的生产能力大多集中在中东国家( 约占2000 年全世界海水淡化能力的52%) , 但美国、日本和欧洲国家为了保护本国的淡水资源也竞相发展海水淡化产业。我国的海水淡化技术研究始于19

38、58 年, 经过国家“六五”“七五”“八五”“九五”“十五”科技攻关计划的支持, 技术和装置都有了较大提高, 基本具备了产业化条件。海水淡化常用的电渗析、反渗透和蒸馏法等均已在国内已建和在建的十几项大型海水和苦咸水淡化工程中广泛应用。（3）“海水开源”的国内外差距我国与发达国家在海水开源方面的差距主要是: 对海水淡化技术发展资金的投入不足, 在一定程度上限制了海水淡化技术水平的发展、淡化规模和设备国产化率的提高, 不利于海水淡化成本的进一步降低; 国家和地方海水淡化相关的法规政策不健全, 缺少鼓励海水淡化的激励性政策; 自来水水价偏低, 阻碍了海水淡化的发展。第三章 水资源利用规划现状3.1水

39、资源规划的概念水资源规划是水资源开发、利用、节约、保护的总体部署，其目的包括促进经济增长、保持环境质量、取得农业自足、增强对外贸易、促进区域发展、增加就业、为新增人口提供资源、提高生活质量、保持国家稳定、满足能源需求、以及提高公共的健康水平。有些目标之间是兼容的，有些目标是相互矛盾的。水资源规划的作用是协调各种水资源利用冲突，是支持和提高水资源运行管理的重要工具。规划通常具有四个相互联系的功能：（1）评价目前的状况（包括确定冲突和优先问题）、形成远景设想、确定目的和目标、确定运行管理方向。（2）提供一个框架，组织政策相关的研究和公共参与。（3）提高水资源运行管理的法律地位、增加公众接受甚至支持

40、的程度。（4）提供管理者、利益相关者共同的参考点（规划或政策），促进他们间的相互讨论、相互作用和协调行动。3.2对水资源可持续利用规划理解水资源利用的可持续是指满足未来经济社会对水资源的需求，同时不损害生态、环境的整体性。从自然属性角度，水资源可持续利用是保护和加强环境系统的生产更新能力，不超越环境再生能力的开发利用；从社会属性角度，水资源可持续利用是在不超过生态系统承载能力的情况下，通过水资源开发利用，促进经济社会发展，提高人类的生活质量。3.3水资源可持续利用须遵循的原则水资源持续利用规划的任务，在于支持社会、经济与环境的协调持续发展，并使自身得以永续地利用。因此，须遵守下列主要的可持续发

41、展原则：（1） 正确处理近期利益与长期利益，近期目标与长期目标的关系，彻底转变“竭泽而鱼”“寅食卯粮”的规划思想。（2）建立适应环境与发展的水资源、水利工程的管理体制和管理体系原则。要实现水资源可持续利用、水利可持续发展，需要一贯的经济社会发展政策和管理体制，并采取各种可能的措施不断调整、改进和建立适应可持续发展的灵活运用机制。（3）水资源及环境资源的承载能力原则。自然生态系统的承载能力是有一定限度的，即生态系统向人类提供资源的能力和同化废弃物的容量是有限的。只要地区水资源开发利用程度不超过水的承载能力和地区发展水平能维持在环境容量限度之内，水资源和环境的持续利用便具备了社会可持续发展的自然保

42、障条件，而规划和管理则是实施这条原则的必要手段。（4） 维持生态生物的生命力和多样性原则。可持续发展是建立在保护利用资源与环境的基础上，需要保持自然生态系统的结构、功能和多样性不断健全或不受损害，生命才能生存和发展。水资源规划任务之一，应设法促进生态经济系统的不断健全，保护生态的生命力和多样性。3.4水资源可持续利用规划评价指标水资源持续利用规划评价指标是反映水利、经济、社会和环境协调发展的标尺。因此，它具有综合性、分布性、环境影响因子和生态系统因子等特征。（1） 综合指标水资源持续利用规划评价指标的综合意义在于对经济、环境和社会三方面可持续发展之间关联性的表述。例如，在以综合利用水资源为主的

43、水库工程中，可考虑综合效益指标，它包括灌溉、给水、发电、航运、养殖防洪等各种效益。（2）分布指标可持续利用指标应不仅能够衡量同代人之间的公平性，而且还能衡量跨代人之间的公平性。为此，应将一定人口规模或地理空间的社会、经济和环境条件分布的特点考虑进来。例如，在以综合利用水资源为主的水库工程中，可考虑迁移安置人口指标。 (3） 环境影响因子水资源持续利用是水利可持续发展的前提条件，形成水利可持续发展的支持系统。从我国制定的可持续发展战略，要求各项建议（包括水利建设）都要以人口、资源、环境与发展相协调为准绳，以生态环境持续发展为前提。水资源持续利用规划、开发利用的环境影响因子，应反映环境功能区的基本

44、要求、开发过程中环境质量的变化状况，包括水环境质量，大气环境质量，生态环境质量，固体废弃物处理、处置等等。例如，在以综合利用水资源为主的水库工程中，可考虑环境保护投资指标。（4） 生态系统因子可持续发展的概念根植于生态学理论。水资源持续利用不等于水资源利用数量持续增长，而数量上持续增长受到时空限制迟早是要崩溃的。水利事业的发展，乃至人类社会经济技术的发展必须在整个地球这个大生态系统承载力范围内。水利持续发展不能理解为仅这单一因子的发展，而是整个人类社会文明的进步、经济水平的提高和人类生活环境质量的改善等。因此，只有保护生态系统在结构上和功能上的整合性，才能保障人类赖以生存的生命支持系统。第四章

45、 水资源规划和可持续利用中存在的问题及改善措施4.1水资源可持续利用中存在的主要问题（1） 人均水资源量短缺我国水资源总量大，人均占有量短缺，全国平均年水资源总量为28124亿m，水资源总量居世界第6位，人均占有量只有2500m，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，我国已被联合国列为13个贫水国家之一。据统计，我国年缺水量360m，全国570个大中城市中，缺水城市达到33个，主要分布在华北和沿海地区，每年受缺水影响的工业生产总值为2300亿元。由于水资源需求，必将加大水资源开采力度，水资源过度开发，无疑将是导致生态环境的进一步恶化。（2） 年际变化大受季风气候影响显著，年降水量分配不均

46、匀。降水量和径流量的年际剧烈变化和年内高度集中，是造成水旱灾害频繁、农业生产不稳定和水资源供需十分尖锐的主要原因。（3） 地域差别大我国水资源南多北少，相差悬殊，与人口、耕地和生产力的分布不相适应。（4） 水环境污染问题日益突出2004年，我国七大水系412个重点监测断面中，类水质占41.8%；、类水质占30.3%；劣类水质占27.9%。其中珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质差。全国27个重点湖库中，类水质占7.5%；类水质占18.5%；类水质占14.8%；类水质占22.2%；劣类水质占37.0%。地下水环境污染呈现由点向面、由城市向农村扩展的趋势。全国约有1/2城

47、市市区地下水污染比较严重，由污染造成的缺水城市和地区日益增多。（5） 管理体制不够协调水资源管理涉及的部门有：水利、环保、交通、建设、农业、渔业、林业等管理部门多，职能相互交叉。因职能的不同，存在职责交叉、规范内容不一致的冲突。（6） 水资源价值未能完全体现水资源价值来源于水资源自身所具备的两个基本属性，即水资源的有用性和稀缺。但目前我国水资源的价值未能完全体现，未能有效地利用经济杠杆对水资源进行合理的分配和调节。浪费水资源、不合理利用水资源的现象较为普遍，致使水资源总价值得不到体现。4.2改善措施（1）实施水污染物目标总量控制我国对水资源中水污染物管理由浓度控制到目标总量控制阶段。目标总量控

48、制的实施必须依赖水环境容量为基础。国家环境保护总局2003年在全国推行的水环境容量测算工作, 充分利用水资源的天然自净能力, 确定各水域功能区的水环境容量, 合理分配目标总量, 使水资源质量管理更具科学性。（2）正确处理好水资源量和水资源质的关系水资源是水资源量和水资源质的高度统一,目前两者的管理还不协调。有质无量或有量无质的水资源都失去价值。为了做好水资源量和水资源质协调统一, 环保和水利两个部门要密切配合,对重点江河可成立合作委员会,开展水资源的功能区划、水量分配、水环境容量分配等方面内容。有条件的地方可设水务一体化管理体制, 综合规划、优化配置、统筹安排水资源,这将有利于兼顾生活、生产、

49、生态和环境用水。（3） 做好水资源规划管理, 合理配置水资源我国水资源规划管理存在规划数量繁多但体系不完善、规划执行不力、规划前瞻性差等方面的不足。在制定我国水资源规划时,要立足于可持续发展的原则, 在规划中考虑水质和水量、地表水和地下水、城市用水和农村用水、流域上下游和左右岸用水,水资源和其他自然资源的协调统一。在调配水资源时,应开源节流, 充分挖掘水资源。如：污水资源化、微咸水资源化、洪水资源化等非常规水资源。在实施上促使调水量规模最小而效益最大。（4） 调整优化水环境功能区划水环境功能区划是水环境保护的基础性工作,是根据有关法律,综合考虑环境容量、社会经济发展需要和污染物排放总量控制的要

50、求,将水环境划分为自然保护区、饮用水源保护区、渔业用水区、工农业用水区、景观娱乐用水区不同功能的区域。合理的功能区划,有利于总量控制与容量利用的优化,将水环境容量作为一种资源,发挥水资源的供水、纳污作用。（5） 利用经济杠杆, 提高水资源的利用率水资源供求关系可以通过水资源费来调节,水资源供需缺口越大,水资源越紧张,水资源费就越高,反之,则低，符合市场规律。国家通过水资源费经济调节作用进行调配水资源, 是国家水资源所有权的一种表现形式。各流域可根据当地的实际情况, 制定从原水、自来水、排水、污水处理回用等综合成本的科学合理水价,有利于最大限度发挥水资源的经济效益、社会效益和环境效益。（6） 建

51、立水源涵养区森林与水有密切关系,森林蓄水功能主要表现在森林涵养水源上。要保持水资源的拥有量,就要建立水源涵养区,加大水源保护区内的生态恢复和维护力度，改善植被的水源涵养功能,对于饮用水源地及其上游地区,保护好现有植被尤其是天然植被, 禁止采伐水源涵养林, 逐步提高森林的覆盖率。（7） 做好水资源承载力的研究水资源承载力的研究有利于社会经济的可持续发展。水资源是有承载力的，社会经济的发展在水资源、水环境承载能力以内,就能实现可持续发展,否则,发展就会失去物质基础,造成生态系统破坏,生存环境恶化。假若污水排放超过水体的水环境承载力,水环境水体将受到污染,如果地下水开发利用强度过大, 将可导致地面沉

52、陷,建筑物开裂等环境问题。第五章 水资源规划方法水利规划是水利建设的一项重要的前期工作，也是水利科学的一个重要分支， 是针对各方面对水利的要求，有效地解决防洪、除涝、灌溉、水力发电、内河航运、城乡供水、水土保持、水污染防治等各项具体开发治理任务来完成的。其主要任务是根据国家的方针政策和水利规划基本目标，并考虑各方面对水利的要求，研究水利现状、特点，探索自然规律和经济规律，提出治理开发方向、任务、主要措施和分期实施步骤，安排水利建设的全面，长远计划，并指导水利工程设计和管理。水利规划方案的完善与否直接影响到工程的经济，社会和生态效益。5.1 水利规划常用优化方法较大范围的水利规划和较大规模的工程

53、规划开始编制于20 世纪30 年代前后， 此时的水利规划目标比较单一，主要应用水利工程方面的理论、方法提出治理开发措施，通过水利经济学的理论、方法进行规划方案的评价与比较，此时的优化方法主要为线性规划。70 年代后，针对人口、资源、能源、生态环境等新情况的出现，许多国家对水利规划的目标要求大都由以往单一的国家经济发展目标逐步转移到更广泛的社会需求方面，从而提出了包括社会、环境在内的多目标水利规划，优化方法也经历了动态规划、随机规划、多目标规划等方法。近几年内由于数学规划理论的发展和智能算法的提出，水利规划的优化也引入了智能算法，如：神经网络、遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。水利规划大多可概

54、括为：问题识别、方案拟定、影响评价、方案论证等4 个步骤。方案优化的任务主要是通过采取分阶段进行方式，结合规划目标与评价准则，由粗到细，逐步深入地提出最终优化方案。任何一种优化方法都建立在一定的模型之上，以下简要介绍各优化方法及其特点。5.2 线性规划线性规划是一种合理利用和分配资源的应用数学方法。它所研究的问题主要有两类：一是确定一项工作任务后，如何统筹安排，尽量做到用最小的人力、物力去完成这一任务。二是已有一定的人力、物力，如何安排使用他们，使得完成的任务最多。这两类问题是一个问题的两个方面， 就是如何寻求整个问题的某个整体指标最优的问题。在水利规划中，表现为如何合理安排人力、物力资源，合

55、理组织施工，或者在条件不变的情况下，统筹安排，使总的经湖南农机济效益最好。线性规划的计算模型可简述如下：在约束条件a11X1+a21X2+L+am1Xm=b1a12X1+a22X2+L+am2Xm=b2L La1nX1+a2nX2+L+amnXm=bnaij0（i=1，2Lm，j=1，2Ln）下，使目标函数f（x）C1X1C2X2+L+CmXm的值最小。线性规划的解法有图解法和单纯形法两种。由于线性规划的目标函数和约束方程的数学形式均为线性的，以此均可以化为上述的固定模型求解，对于规划方案设计人员来说，最重要的是如何把所研究的问题表达为线性规划模型的标准形式。但是，线性规划虽然简单却不能正确、

56、全面地反映所规划项目的所有规划目标的最优化，线性规划适合于单目标规划，对于多目标可能导致错误的决策。5.3 动态规划动态规划是运筹学的一个分支，是求解决策过程最优化的数学方法，主要用于求解以时间划分阶段的动态过程的优化问题。动态规划是水利规划系统中使用最多的非线性最优化技术，因为在水利规划问题中，许多决策具有马尔科夫特征和顺序排列的特征，非常适合贝尔曼最优原理，而这正是动态规划的基础。但是，动态规划设计不象线性规划那样具有一整套标准的算法， 动态规划设计往往是针对某一种最优化问题，由于各种问题的性质不同， 确定最优解的条件也互不相同，因而动态规划的设计方法对不同的问题，有各具特色的解题方法，而

57、不存在一种万能的动态规划算法，可以解决各类最优化问题。因此方案设计人员在建立模型时，除了要对基本概念和方法正确理解外，必须具体问题具体分析处理，以丰富的想象力去建立模型，用创造性的技巧去求解。5.4 多目标规划多目标规划数学规划的一个分支，研究多于一个目标函数在给定区域上的最优化。在很多实际问题中，例如经济、管理、军事、科学和工程设计等领域，衡量一个方案的好坏往往难以用一个指标来判断，而需要用多个目标来比较，而这些目标有时不甚协调，甚至是矛盾的。求解多目标规划的方法大体上有以下几种： 一种是化多为少的方法，即把多目标化为比较容易求解的单目标或双目标，如主要目标法、线性加权法、理想点法等；另一种

58、叫分层序列法，即把目标按其重要性给出一个序列，每次都在前一目标最优解集内求下一个目标最优解，直到求出共同的最优解。多目标问题的提出，涉及更多的新领域，进一步促使水利规划发展成为一门自然科学、技术科学和社会科学相互渗透的综合性学科， 但是多目标规划设计现在仍不成熟，仍处于发展阶段。5.5 智能算法上述的经典精确算法与近似算法，大都必须建立在目标函数存在导数的性质条件下进行，而在实际中碰到的很多优化问题的目标函数并不都存在导数。因此，近年来，科研工作者探索研究出一类基于生物学、物理学和人工智能的具有全局优化性能、通用性强且适于并行处理的现代启发式智能算法。这类算法的本质都属于随机性算法，最大的优点

59、就是不需要目标函数具有可导性，甚至不需要目标函数有明确的表达形式，只要知道输入输出即可。智能算法因其高效的优化性能、无需问题特殊信息等优点，已广泛用于计算机科学、优化调度、运输问题、组合优化、工程优化设计等领域。现代启发式算法有人工神经网络（ANN）、遗传算法（GA）、模拟退火算法（SA）、蚁群算法（ACA）、进化规划（EP），进化策略（ES）、列表搜索算法（TS）等。其中神经网络算法与遗传算法在水科学中研究较广，应用较多，并且取得了一些成果。但是这些智能算法的数学理论还不够完善，具体表现为：（1）缺乏普遍适用的算法收敛性理论；（2）缺乏完备的计算搜索效率及时空复杂度理论评价体系；（3） 没有

60、建立起完备的算法结构框架；（4） 算法的理论基础还不能清楚地解释算法在应用过程中出现的各种问题；（5） 算法参数的选择主要还是凭经验选取；（6） 对算法操作算子的作用机理及其作用效果的分析仍不充分。同时，由于它们的研究机制和侧重点的不同，使得研究成果相当分散。5.6应用前景及展望人们对于水利工程综合效益的追求反映到水利规划上就是对于水利最优规划的探知，促进了水利规划优化方法的发展。水利规划的优化方法与人们对于水利工程效益的诉求相对应，经历了由以往单一的国家经济发展目标逐步转移到更广泛的社会需求方面的多目标方向发展。多目标问题的提出，涉及更多的新领域，进一步促使水利规划发展成为一门自然科学、技术

61、科学和社会科学相互渗透的综合性学科，但是多目标的规划设计优化方法现在仍不成熟，仍处于发展阶段。本文对各种优化方法作了一些阐述和分析，使从业者对优化问题的发展演变有一个整体的认识，使从业者能及时把握该领域的发展趋势，促进该领域向前发展。第六章 结语与展望水资源属于可更新能源，水可以再生，但却不能增生，改变人们对水资源的认识，实现水资源可持续利用是社会，经济可持续发展的基本要求。目前，我国乃至全球都出现了大面积的水危机，而究其根源，不仅仅源于水资源先天的分配不均，而更多的是由于人类社会不合理的开发利用。水资源污染、水资源浪费、竭泽而渔式的开发利用是导致水资源危机的祸根。人们的生活、社会的发展离不开

62、水，生命的延续、自然地更替离不开水，因此水资源的可持续利用迫在眉睫。而要实现这一目标，不仅是社会的、国家的责任，更是我们每一个普通人应尽的责任和义务。国家利用科学技术来探索新水源，开发非常规水资源，对缓解水资源危机效果显著，城市污水处理带来的好处更是显而易见的，我们予以称赞。而作为水资源消耗者的我们，也应该注意生活中的点滴，节约用水，从我做起，努力把我们的社会建设成为节水型社会，为水资源的可持续利用贡献我们的一份力量！参考文献【1】全球水资源分布不均衡节约用水是上策N.世界能源导报.1998.第二期【2】戴熙畴.国内外水资源利用现状与展望J.江西省水利设计院【3】张华、鹿爱莉.全球水资源及其利

63、用现状J.中国国土资源经济研究院.2002（1）【4】I.A.Shiklomanov.赵珂经译.全球水资源J.国外技术情报【5】孙静、阮本清、张春玲.国内外非传统水资源开发利用J.中国水利.2007（7）【6】卢丁贤.水资源开发和可持续利用中存在的问题及改善措施J.科技与区域社会发展.2007（4）【7】于萍萍、张进忠、林存刚.水资源现状分析及保护对策的研究J.资源环境与发展.2006.第二期【8】2003年中国水资源公报R.北京：中华人民共和国水利部.2004【9】2004年中国水资源公报R.北京：中华人民共和国水利部.2005【10】曹建廷.对可持续水资源规划的理解J.中国水能电气化.2010（5）【11】张明飞.水资源规划与可持续发展J.农林科技【12】党连文.流域水资源配置、开发和利用的协同问题