水资源预测及优化配置课程设计

某县需水预测及优化配置

1 基本情况 1.1 社会经济

根据资料统计，截止2010年，该县总人口为53.59万人，其中城镇人口9.72万人，农村人口43.87万人，城镇化率18%。农田有效灌溉面积10.41万亩，畜牧养殖大牲口175200头，小牲口162400头。工业生产总值35200万元，该县现辖新宁镇、平子镇、早胜镇、长庆桥镇、和盛镇、新庄镇、湘乐镇、盘克镇、米桥乡、良平乡、中村乡、焦村乡、太昌乡、春荣乡、金村乡、九岘乡、南义乡、瓦斜乡18个乡镇。

2010年该县各乡（镇）社会经济情况见表1-1

表1-1 2010年县各乡（镇）社会经济情况

人口(人) 县名 农村人口 新宁镇 平子镇 早胜镇 长庆桥镇 和盛镇 湘乐镇 焦村乡 新庄镇 盘克镇 米桥乡 良平乡 九砚乡 春荣乡 太昌乡 南义乡 瓦斜乡 中村乡 金村乡 全 县 16984 33291 36448 7514 32184 20275 39586 32085 36120 22141 25503 8077 42926 14016 18435 11517 34444 7154 438700 城镇人口 38138 1015 4311 10852 5744 3843 6359 3555 4314 1735 49 2663 2347 3585 1354 1436 5326 574 97200 农田有效 灌溉面积 (万亩) 6803 5234 4492 5530 7907 14224 12994 10349 3228 2174 3066 1126 6665 7275 3695 1780 6794 764 104100

1.2规划水平年

本次规划以2010年为现状年、以2015年、2020年分别为近期、中期规划水平年，2030年为远景展望年。

1.3当地经济社会发展指标 1.3.1人口发展指标

人口指标包括总人口、城镇人口和农村人口。考虑国家对人口的控制目标及区域现状人口的增长情况和各地区的差异，某县现状年（2010年）人口采用《某县国民经济统计资料（2010年）》中的人口指标，对各规划水平年采用指标法进行预测。

城镇化率预测，是结合区内各县制定的城镇化发展战略与规划，充分考虑水资源条件对城镇发展的支撑能力，城镇人口采用城镇化率（城镇人口占全部人口的比率）方法进行预测。

根据某县现状人口并结合以上的预测方法，各水平年的人口增长情况及城镇化率见下表所示：某县各乡镇人口发展指标见表1-2。

表1-2 某县各乡镇人口发展指标表

项目 乡镇 水平年 2010 新宁镇 2015 2020 2030 2010 平子镇 2015 2020 2030 2010 早胜镇 2015 2020 2030 2010 长庆桥镇 2015 2020 2030 2010 和盛镇 2015 2020 2030 2010 湘乐镇 2015 2020 2030 2010 焦村乡 2015 2020 2030 2010 新庄镇 2015 2020 2030 2010 盘克镇 2015 2020 2030 总人口 (人) 55122 34306 40759 18366 37928 24118 45945 35640 40434 城镇人口 (人) 38138 1015 4311 10852 5744 3843 6359 3555 4314 农村人口 (人) 16984 33291 36448 7514 32184 20275 39586 32085 36120 城镇化率 (%) 69 3 11 35 40 50 59 35 40 50 15 35 40 50 16 35 40 50 14 35 40 50 10 35 40 50 11 35 40 50 总人口 增长率 (‰) 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5

续表1-2 某县各乡镇人口发展指标表

项目 乡镇 水平年 2010 米桥乡 2015 2020 2030 2010 良平乡 2015 2020 2030 2010 九砚乡 2015 2020 2030 2010 春荣乡 2015 2020 2030 2010 太昌乡 2015 2020 2030 2010 南义乡 2015 2020 2030 2010 瓦斜乡 2015 2020 2030 2010 中村乡 2015 2020 2030 2010 金村乡 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030

总人口 (人) 23876 25552 10740 45273 17601 19789 12953 39770 7728 535900 城镇人口 (人) 1735 49 2663 2347 3585 1354 1436 5326 574 97200 农村人口 (人) 22141 25503 8077 42926 14016 18435 11517 34444 7154 438700 城镇化率 总人口增长率 (%) (‰) 7 35 40 50 0 35 40 50 25 35 40 50 5 35 40 50 20 35 40 50 7 35 40 50 11 35 40 50 13 35 40 50 7 35 40 50 18 35 40 50 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 5.2 5.21 5 合计

1.3.2工业发展指标

根据某县“十一五”发展规划，规划某县发展四个工业园区，分别为长庆桥经济示范园区、某县和盛工业聚集区、县城工业区、早胜工业区，实现区域经济繁荣、人民生活富足殷实。预计2010-2015年年均增长率为10%；2016-2020年年均增长率分别为11%； 2021-2030年年均增长率分别为12%。某县各乡镇工业发展指标见表1-3。

1.3农业发展指标

根据某县国土资源情况和水资源条件，结合人口增长，在保证粮食自给、区域平衡的前提下，严格控制现有耕地面积、调整种植结构、提高粮食单产，发展高效农业。某县各乡镇农业发展指标见表1-4。

2.1 供需平衡分析和水资源优化配置

根据可供水量和需水量，根据地表水和地下水的费用根据相应原则加以配置，利用线性规划的方法以供水区缺水量最小和效益最大化为目标，对有限的水资源加以合理的配置。

表1-3 各乡镇工业发展指标

项目 乡镇 水平年 2010 2015 2020 2030 2010 平子镇 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 长庆桥镇 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 湘乐镇 2015 2020 2030 2010 焦村乡 2015 2020 2030 2010 新庄镇 2015 2020 2030 2010 盘克镇 2015 2020 2030 一般工业(万元) 3622 1053 2457 2906 2691 2084 2718 2141 2476 增长率 % 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 新宁镇 早胜镇 和盛镇

续表1-3 各乡镇工业发展指标

项目 乡镇 水平年 2010 米桥乡 2015 2020 2030 2010 良平乡 2015 2020 2030 2010 九砚乡 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 瓦斜乡 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 金村乡 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 一般工业(万元) 1568 405 1878 1674 2156 1100 1251 2512 508 35200 增长率（%） 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 10 11 12 春荣乡 太昌乡 南义乡 中村乡 合计

表1-4 某县各乡镇农业发展指标预测表

项目 乡镇 水平年 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 焦村乡 2015 2020 2030 2010 新庄镇 2015 2020 2030 2010 盘克镇 2015 2020 2030 灌溉面积 (亩) 6803 5234 4492 5530 7907 14224 12994 10349 3228 大牲畜 (头) 5754 8372 12753 6023 13135 10795 13956 14489 13184 增长率 (%) 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 小牲畜 (头) 6008 6893 11331 4672 12052 10999 12740 14777 13501 增长率 (%) 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 新宁镇 平子镇 早胜镇 长庆桥镇 和盛镇 湘乐镇

续表1-4 某县各乡镇农业发展指标预测表

项目 乡镇 水平年 2010 米桥乡 2015 2020 2030 2010 良平乡 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 2010 2015 2020 2030 灌溉面积 (亩) 2174 3066 1126 6665 7275 3695 1780 6794 764 104100 大牲畜 (头) 5482 6298 8531 13843 4812 6169 4931 16063 10610 175200 增长率 (%) 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 2.82 5.39 0.81 小牲畜 (头) 4453 6215 7101 14051 3540 6294 5205 13135 9433 162400 增长率 (%) 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 2.83 6.03 0.96 九砚乡 春荣乡 太昌乡 南义乡 瓦斜乡 中村乡 金村乡 合计

续表1-5 各水平年生活用水定额取值范围

水平年 2010 2015 2020 2030 城镇人口 用水定（L/人·天） 65-75 80-90 90-100 100-110 农村人口 用水定（L/人·天） 35-45 45-55 50-60 60-70 续表1-6 各水平年农业需水量预测成果表

水平年 2010 2015 2020 2030 农业灌溉 定额（m3/亩） 200-310 200-210 140-160 140-160 大牲畜 定额（L/头·天） 25-35 30-40 30-40 35-45 续表1-7 各水平年工业需水量预测成果表

水平年 2010 2015 2020 2030 工业 定额（m3/万元） 60 40 25-35 20 续表1-8 单位立方的水的费用

年份 2010 2015 2020 2030 地表水费用（元/方） 0.8 1.2 1.8 2.4 续表 1-9可供水量表

年份 2010 2015 2020 2030 地表水可供水量（方） 2299.025 2101.754 2094.461 1989.121 地下水可供水量（方） 1375.485 1526.982 1763.58 2160.131 地下水费用（元/方） 1.0 1.5 2.3 2.8 小牲畜 定额（L/头·天） 5-7 6-8 7-9 8-10

定额的选取：

任意取一个值 在范围内

生活用水和牲畜的用水定额 总的趋势是逐步增加 农田灌溉和工业的用水定额总的是逐步减小（由于采取新的技术）

说明：工业需水定额 2020年 取值范围为 25-35 封面自己设计 要求统一一致 计算方法： 需水预测 1、工业用水

①趋势法：用历年工业用水增长率来推算将来工业用水量。 公式：Si?S0(1?d)n

式中：Si——预测的某一水平年工业需水量；

S0——预测起始年份工业用水量；

d——工业用水年平均增长率；

n——从起始年份至预测某一水平年份所间隔时间(年)。

用趋势法预测关键是对未来用水量增长率的准确确定，需要找出与增长率紧密相联的因素，充分分析过去实际结构，合理确定未来不同水平年的平均用水增长率。需要相当长的一个时段和具有准确度较高的用水量数值资料。

②相关法：工业用水的统计参数与工业产值有一定的相关关系。把产值作为横轴，描绘上实际值，进行回归分析。

1).用工业用水增长率和工业产值增长率相关关系推算工业发展用水。

2).用工业产值与万元产值用水量的相关关系推求工业发展用水。一般给出用水定额。 普遍应用相关法

一般方程：logy?alogx?b 2、农业用水 公式：

W??Wi?mi?i

式中：mi——某作物灌溉面积；

?i——某作物灌溉定额；

Wi——某作物灌溉水量；

W——全区所有作物灌溉水量。

3、生活用水 城市生活用水 预测方法

一、趋势法或简单相关法

Wi?p0(1??)n?Ki?pi?Ki

式中：W——某水平年城市生活用水总量(m3/年)；

p0——现状人口(人)；

pi——某水平年人口数(人)；

?——城市人口计划增长率(%)；

n——起始年份至某一水平年份的时间间隔(年)；

Ki——某水平年份拟定的人均用水综合定额(m3/人·年)。

二、分类分析权重变化估算法(双因子分析)

Wi???i?Ki?Mi

i?1k式中：Wi——某一水平年的总用水量(m3/年)；

?i——某一类用户在某一水平年所占的权重(%)；

Ki——某一类用户在某一水平年的单位用水量(m3/人·年)； Mi——某一类用户在某一水平年的用水人数。

农村生活用水

按人均用水标准进行估算。 公式为：W居??n?m

式中：W居——农村居民生活用水量；

m——人均生活用水标难；

n——用水人数。 4、牲畜用水

W牲??nimi

式中：W牲——全部牲畜用水总量；

ni——各种牲畜或家禽头数或只数； mi——各种牲畜或家禽用水定额。

供水预测

P＝50%、75%、95% 三、水资源优化配置

水资源优化配置是指在一个特定流域或区域内，工程与非工程措施并举，对有限的不同形式的水资源进行科学合理的分配，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。水资源优化配置的实质就是提高水资源的配置效率，一方面

是合理解决各部门和各行业（包括环境和生态用水）之间的竞争用水问题。另一方面则是提高水的利用效率，促使各部门或各行业内部高效用水。

1、步骤

1)、确定优化目标、决策方案和约束条件； 2)、建立数学模型； 3)、模型求解； 4)、计算结果的验证。 2、水资源优化配置模型 常用的几种数学优化模型 (1)、线性规划模型

特点是模型中的目标函数及约束条件的数学形式均为线性，由于它具有标准的求解方法，通常可把复杂的水资源优化问题构造成线性规划模型。它的标准形式为：

目标函数：maxZ??aj?1nijijx

约束条件：

?aj?1nijijx?bi (i=1,2,?,m)

xj≥0 (j=1,2,?,n)

(2)、动态规划模型

此类模型主要应用于系统分析的多阶段决策过程，可以求得整个系统的最优决策方案。动态规划的基础是最优性原理，基本方法就是把一个复杂的问题分解，形成一个多阶段的决策过程，并按一定的顺序或时序，从第一阶段开始，逐次求出每阶段的最优决策，从而求得整个系统的最优决策。

动态规划的基本方程是一个使过程状态连续转移的递推方程。它的数学形式是：

?N?Rmax???Vt(St,dt)?

?t?1?约束条件：s1?S

d1?D

动态规划模型可用函数迭代法或策略迭代法求解。 (3)、多目标规划模型

区域水资源的开发利用都是多目标的，在追求经济效益目标的同时，还应提出社会、环境、长期效益等方面的目标。这类问题需要利用多目标规划的方法来解决。它的模型形式可表示为：

目标函数：maxz1(x),z2(x),?,zp(x) 约束方程：gi(x)?bi　　i?1,2,?,m 决策变量向量：x??x1,x2,?,xn?

T??

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