International Society for Environmental Information Sciences 2010 Annual Conference (ISEIS)
Research Advances on Water Resources Optimal Distribution
Han Mei1* Duhuan1 Yangxiaoyan1 Liuyuan1
1College of Population, Resources and Environment, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
Abstract
The development of water resource allocation at home is analyzed and summarized in this paper. Based on the technology Ramp;D programmer, domestic water resource allocation studies are divided into four phases: exploration, development, maturity and extension. In the first stage, optimal allocations of reservoirs were studied and the problems on the hydraulic engineering were solved. The second stage penetrated into river basin and region, and made further development by the combination of mathematical method and computer technology. In the third stage, based on the concept of sustainable development, water resource allocation achieved the target of coordinated development of economy, society, resource and environment. In the fourth stage, research objects are extended to the generalized water resource, which includes artificial system water resources and ecosystem water resources. Finally, it puts forward rationalized suggestions on the basis of previous studies.
copy; 2009 Published by Elsevier Ltd. Open access under CC BY-NC-ND license.
Keywords: optimal distribution; sustainable development; regional water resources; research advance;
The problems of water resources are recently faced as one of the three crises in the whole globe. Under the condition of water reducing, how to use water efficiently is particularly important for human beings. Especially, our country has complicated natural conditions, overweight population, and insufficient total amount of water resources. Worse more, the temporal-spatial distribution of water resources have great differences from north to south. In recent years, implementations of some major projects still have not solved the problem of water deficiency, including water transfer over basin and reservoirs. In the following of spring drought of the southwest in 2010, the severity of water deficiency is pointed out. In order to solve this long-term existing problem, numerous of scholars devoted to the study of water resources allocation. It plays an important role in solving optimal allocation of river basin and region, and rational distribution of water resource.
Theories researches of water resource optimal allocation have experienced from demand deciding supply, supply deciding demand, macro-economy based water resource allocation and sustainable development of water allocation. However, some of these theories are unscientific and irrational, while the others are immature and imperfect. The theories of demand deciding supply and supply deciding demand separated the relationship between supply and demand, and can not adapt to the requirement of economy development. The macro-economy based theory neglected resource values and ecological environment protection, which caused environmental pollution and
* Corresponding author. Tel.: 86-531-86182550; fax: 86-531-86180646. E-mail address: hanmei568568@126.com.
1878-0296 copy; 2010 Published by Elsevier doi:10.1016/j.proenv.2010.10.203
Open access under CC BY-NC-ND license.
Han Mei et al. / Procedia Environmental Sciences 2 (2010) 1912–1918
1913
needs to be reformed. Coordinate relations of the economy, ecology and environment are emphasized by the theory of sustainable development, but its theory research exceeds practice.
1. Research progress at home
Under the leadership of state scientific and technological commission and ministry of water resources, in 1991,
IWHR had undertook the technical assistance programs of “north china water resources management” of UNDP. Referenced the advanced theories, methods and technologies of foreign water management, optimal allocation of water resources was proposed officially in this year. However, the definition which was given by integrated water resources planning technology outline was most received by scholars. Namely, in the river basin or specific region, following principles of efficiency, fairness and sustainability, use kinds of engineering and non-engineering measures, according to the rules of market economy and resources allocation criteria, by means of rational restrain demand, ensuring effective supply, methods and measures of maintaining and improving the ecological environment quality, it distributed much available water in the region and the department.
The study of water yield was concentrated at home from 1960s to 1980s, such as flood protection, irrigation and power. In the 1980s and 1990s, optimal allocation of water resources research of region was one of the hotspots, and the goals were economic development and maximization of supplying water benefits. As the contradiction between supply and demand of regional water resources have become increasingly prominent, ecological environment, especially the water environmental got worse. Social and economic sustainable development proposed higher request for sustainable utility of water resources. In the late 1990s, domestic study of water optimal allocation began to focus on the sustainable development and ecological environment protection (Wang, 2009).
Summarizing previous research achievements, domestic development processes of water optimal allocation are related to the technology Ramp;D programmer and are divided into four phases.
1.1 Exploration phase
In the 1960s, domestic water resources distribution research began to play close attention on reservoirs optimal
allocation. Water evaluation methods which was given by national crucial project of the 6th five-year period, was the basis of water allocation. In the process, research methods were simple, such as fuzz
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国际环境信息科学学会2010年年会(ISEIS)
水资源优化分配的研究进展。
韩美1* Duhuan1 Yangxiaoyan1 Liuyuan1。
文摘
本文对国内水资源配置的发展进行了分析和总结。在技术研发人员的基础上，将国内水资源配置研究分为探索、开发、成熟和扩展四个阶段。在第一阶段，对水库的优化配置进行了研究，并解决了水利工程中存在的问题。第二阶段通过数学方法和计算机技术的结合，深入流域和地区，进一步发展。在第三阶段，基于可持续发展的概念，水资源配置实现了经济、社会、资源和环境协调发展的目标。在第四阶段，研究对象扩展到广义水资源，包括人工系统水资源和生态系统水资源。最后，在前人研究的基础上提出合理化建议。
2009爱思唯尔有限公司发布的开放存取在CC BY-NC-ND许可证。
关键词：最优分布;可持续发展;区域水资源;研究进展;
水资源问题近年来成为全球三大危机之一。在水减少的条件下，如何有效利用水对人类尤为重要。特别是我国的自然条件复杂，人口超重，水资源总量不足。更糟的是，水资源的时空分布在南北之间有很大的差异。近年来，一些主要项目的实施仍未解决水缺乏的问题，包括流域和水库的水转移问题。在2010年春季大旱之后，指出了水不足的严重程度。为了解决这一长期存在的问题，众多学者致力于水资源配置研究。它在解决流域和区域优化配置、水资源合理分配等方面发挥着重要作用。
水资源优化配置的理论研究从需求决定供给、供给决策需求、基于宏观经济的水资源配置和可持续发展的水资源配置等方面进行了研究。然而，其中一些理论是不科学和不合理的，而另一些则是不成熟和不完善的。需求决定供需关系的理论决定了供需关系的分离，不能适应经济发展的要求。宏观经济理论忽视了资源价值和生态环境保护，造成了环境污染而且需要改革。可持续发展理论强调了经济、生态和环境的协调关系，但其理论研究已超过实践。
1。国内研究进展
1991年，在国家科学技术委员会和水资源部的领导下，IWHR承担了开发计划署“华北水资源管理”的技术援助项目。借鉴国外水资源管理的先进理论、方法和技术，在今年正式提出了水资源优化配置方案。然而，综合水资源规划技术大纲所给出的定义，受到了学者们的广泛认同。即在流域或特定地区,遵循效率原则,公平和可持续性,使用一系列的工程和非工程措施,按照市场经济的规则和资源配置标准,在可用水资源所在地区和部门，通过理性的抑制需求,保障有效的供给，方法和措施的维护和改善生态环境质量。
从20世纪60年代到80年代，水的产量研究集中在国内，如防洪、灌溉和电力。在20世纪80年代和90年代，区域水资源研究的优化配置是热点之一，其目标是经济发展和供水效益最大化。随着区域水资源供需矛盾日益突出，生态环境尤其是水环境恶化。社会和经济可持续发展提出了对水资源可持续利用的更高要求。20世纪90年代后期，国内对水资源优化配置的研究开始关注可持续发展和生态环境保护(Wang, 2009)。
在总结前人研究成果的基础上，研究了水资源优化配置的国内发展过程，并将其划分为四个阶段。
1.1探索阶段
在20世纪60年代，国内水资源分配研究开始对水库的优化进行密切关注。
分配。6年国家重点项目提出的水资源评价方法，是水资源配置的基础。在此过程中，研究方法简单，如模糊数学、最小成本法等。水库水定量研究具有明显的优势。Shi xi -can (Shi et al.， 1983)采用马尔柯夫决策，通过考虑保证，进行水库的优化配置。Wu Xin-yi (Wu et al.， 1983)首先将模糊数学应用于水库分配。Lu zilin (Lu, 1983)采用网络模型的min-cost流来模拟水库群的最优配置，然后增加了增强电路和逆境的方法来得到答案。对于许多油藏的液压系统，其结果是良好的。吴宝芳(Wu et al.， 1987)应用系统工程的理论和方法研究了水库群组合分配中水利目标的种类。张永强(张永强，1987)采用SEPOA方法解决了考虑水环境问题的相同问题。结果与唯一的优化调度线一致。
除了对水库的研究外，研究范围还扩展到汉江、长江、平湖等。Feng shang-you (Feng et al.， 1988)建立了一个动态规划模型，研究汉江中下游防洪系统的综合配置。朱厚生(Zhu et al.， 1990)运用随机动态规划方法对黄河上游水库链进行了水、砂优化配置。反映了流入和流出的关系。Bai Xian-tai (Bai et al.， 1990)采用了大规模系统聚合分解和随机规划的原理，建立了具有双层分层结构的SLP-SDP模型, 并对平湖水系统进行了优化配置。其结果是好的。
这一阶段对水的研究起到了很大的作用，它的重点是对水库、水库、灌区等进行实时操作的目标，对象是水利工程，包括灌溉、电力、防洪等。实现了工程效益的最大化,但并没有形成完整的系统, 缺乏指导理论，理论研究不足，水资源评价处于较低水平。
1.2开发阶段
技术和经济方面的拨款是在第7个五年的国家关键项目中实现的。
时期。黄河治理、水资源科学技术项目等都是由国家重点项目“八五”提出的。水系统分析取得了很大的进展。从那时起，更多的学者开始研究。在关键项目中，多个目标和多种水资源规划模型得到了进一步的发展。结合各种数学方法和应用大规模系统理论，水资源研究变得更加深入和细化。利用AHP、GA和多目标线性回归等数学方法对流域和区域水资源分配进行了研究。主要研究了大兴河流域水资源规划项目，对南北向中线输水工程给水水库、京津塘地区大型水资源系统的分配和供水方案进行了研究，为政策制定提供了较为全面的参考。实用性较好(Zhang et al.， 1986;易建联et al .,1989;Liu et al .,1993)。大系统层次分析模型为区域水的规划和管理提供了有效的数学方法，由杜金康(Du et al.， 1990)，何北芳(何等，2002)，翁文斌(翁等，1995)等建立。提出了城市水资源供需协调模型、城市水资源需求和废水、大规模系统供水规划、3层分层模型和3层层次化调度优化模型。
同时，研究技术也取得了很大的进步。计算机和3s提供了更好的处理数据和源头模拟的最优解决方案。计算机技术分析并建立了编程模型。GIS实现了水资源配置的数据管理和表达，并通过辅助分配模型实现了决策支持系统(DSS)。因此，水资源规划是系统的、科学的、动态的(Dong et al.， 1997;徐et al .,2007)。在这一时期，西部地区也有大量的研究。柴达木盆地水资源DSS是由梁继阳(Liang et al.， 2000)设计开发的。DSS由数据库、模型库和管理系统组成。模型基础由人口动态模型、宏观经济模型、水资源模拟模型、绿洲生态需水量模型和水多目标优化模型组成。结果是令人满意的。方川林(方，2001)通过投入产出模型和层次分析法等定性方法生成了标准方案，包括SD模型和生产函数法等定量方法，并对西北干旱区进行了研究。最后得到了宏观经济发展和水资源优化配置的最佳解决方案。
第二阶段对流域水资源配置进行了较为深入的研究，运用了大量的数学方法和计算机技术。方法突破，技术改进。几个学者提出了分配动力学仿真模型，并结合目标和新技术开发了DSS。研究区主要集中在西北和华北缺水地区。提高水资源利用效率对贫困地区的经济发展和环境质量具有深远的意义。
1.3成熟期
“九五”时期国家重点工程提出了宁夏水资源优化配置和可持续战略研究、水资源合理开发利用、西北地区生态环境保护等问题。在强调区域经济发展的同时，社会、生态和环境的可持续发展也同样重要。在“十五”期间国家重点项目中，实施节水农业，实现了区域持续高效农业，促进水资源可持
续利用。张仁武(张等，1998)对冬小麦试验和稻田节水农业技术的多种生产方式和节水农业技术进行了定量研究。节水农业高效、经济、可持续。苏平(苏, 2000)指出，水资源可持续利用是农业用水危机对农业可持续发展的基础。发展节水农业是实现这一目标的战略途径。
许多研究者对可持续利用理论进行了深入研究，探讨了水资源与水利的关系，水资源对社会、环境和经济的综合效益，并论证了可持续利用的支持条件、可持续利用的发展模式和演化控制，以及可持续利用的现有基础。阐述了水资源与水利的关系。基于可持续发展理论，水资源优化配置实现了社会、经济和环境的最佳综合效益(Feng et al.， 1997;Jiang et al .,2000;Zhang et al .,2009)。
流域和区域的可持续发展研究提出了可持续发展模式，并建立了指标体系。例如，分析澜沧江流域和灌区的约束条件，得到了可持续发展模式(黄, 1999;王等,1999)。乔锡贤、李元元研究西北地区的水资源开发利用(乔等， 2000;李等，2000)在水资源的合理开发、优化配置和高效利用方面有着突出的地位。并提出了水资源合理配置的基本思路和可持续利用的思想。尹明湾面对区域水资源优化配置可持续发展的内涵和原则，从时间结构和空间结构等方面介绍了分配模型的建模思想和技巧。这些模型适用于大型复杂水系统(Feng et al.， 2003;Yin et al .,2004)。
第三阶段全面发展优化配置。方法和技术成熟。在可持续发展理念的指导下，对水资源的合理开发、优化配置和高效利用进行了研究。特别是节水农业适应了国家发展的需要。考虑到研究对象，流域和区域的研究不仅涉及社会系统，还包括人工生态系统和自然生态系统。区域经济增长不再是唯一的目标。然而，社会、经济和生态环境的可持续发展已经实现。
1.4扩展阶段
主要针对干旱地区缺水的实际情况，针对特殊的水资源特点，提出了西部大开发项目水资源合理配置的合理分配理论，研究了广义水资源的研究方法。研究对象被扩展。广义水资源包括有效的不可回收的人工系统和自然系统的淡水资源(裴等，2009)。在“十一五”期间的国家重大项目中，裴元生、王浩、赵勇等代表进行了大量的研究。有关于合理分配的最新研究成果。赵勇(赵等，2006)根据广义水的概念，建立了广义水的合理分配模型，实现了区域水、水环境和水文循环的动态分配和模拟，保证了经济社会与生态环境系统之间水资源的合理分配。裴元生(裴, 2006)建立了许多原始模型，包括广义水资源的分布周期模型、广义水资源的合理分配模型等。总结了水资源合理利用的重要现实意义。贾阳文(贾庆文，2006)阐述了广义水的概念。讨论了广义水资源的必要性和可行性，并提出了基于流域水循环模型的广义水的评价方法和具体计算公式。黄伟(黄等，2005)提出了流域评价的一般指标体系，并通过系统的方法对流域内的全水承载力进行了分析。并通过流域综合指数评价，优选了水资源可持续利用的条件。
这一阶段发展迅速。以复合大系统区域水资源——经济生态系统为研究对象,基于水循环模拟,通过合理配置、服务功能和广义水资源在经济和生态系统,遵循效率、公平和可持续发展的原则,科学地控制模型、广义水资源意识到有效使用。因此，它促进了积极发展，支持和维护了生态和环境(裴等人，2007;王,2006)。
2前景
通过前人的研究，对水的优化配置取得了许多成果。
在中国的资源。解决了区域、流域和复杂系统的耦合关系问题。所取得的成绩如下:
(1)扩展的问题
水资源的配置已经打破了仅仅考虑供需平衡的研究需求，并将整个流域和区域水系统作为一个整体，在自然和人类活动的影响下研究了水的运动和相互影响。因此，流域社会经济条件和发展指标的各个方面的相关因素，对水资源需求的预测、节水的潜力和条件以及水资源的保护必须通过合理的分配方案进行协调。而考虑到水资源配置的生态环境水的逐渐要求，计划提出合理协调经济与生态用水的关系，而不是简单地将利益最大化的水供给作为目标。因此，转化的基本概念得到了反映。
(2)新技术的应用
随着GIS技术和计算机仿真技术的应用，分析过程更加明确，定量研究更加准确。辅助分配模型建立了新的决策支持系统，并通过纯数学模型对结构化决策问题进行了补偿。随着对应用中具体问题的深入了解，定性和定量研究相结合的结果是积极的(李等，2000)。
(3)科学的有效性
在水资源配置方面，强调了水资源的产量。因此，它是一个独立的系统，由于忽视了与其他系统的关系而导致了不科学。水资源配置在当今社会经济、水资源和生态环境体系中得到了广泛的应用。生态水的建立，然后建立了生态需水量的计算方法。合理的分配方法是将生态系统引入到水的经济和生态系统中，这是国内的新成就(王，2009)。
（4）主题的关系
研究水资源问题，涉及其他相关学科。许多理论的重叠。研究更深入更具体。生态、环境科学与地理相辅相成，更加关注问题。因此，地理位置有更好的前景。更多的研究人员花更多的时间在更有价值的方面。
3结论
在未来，我们关注以下几个方面:
(1)水质与水量的组合分配与调度。
今年，中国南方和北方都出现缺水的趋势。北方是区域性的缺陷，南方由于缺乏保护，水质不佳。在可持续发展理念的基础上，水资源优化配置不再仅仅考虑水资源的产量。但它充分考虑了发电发展的公平性、用户的分布、经济发展的协调性、水资源和环境。随着经济的发展，工业用水急剧增加。同时，污水排放量也在增加，但环境承载力受到一定范围的限制。因此，环境承载力与分配系统有关。摘要从环境承载力、污水和用水的关
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