·26·水利科技山东水利2009.1
区域水资源优化配置模型应用研究
李淑芹1，高
伟2，耿志勇3
（1.山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安271018；2.泰安市黄前水库管理局，山东泰安271000；
3.山东省水利工程局，山东济南250013）
水资源配置不仅关系到当地的生态系统安全，也关系到水资源的可持续利用。根据水资源优化配摘要：
置的理论与方法，在可持续发展理论指导下,建立水资源优化配置系统模型，并以临沂市为例，对上述模型进行实例计算，结果表明,该模型计算简单，能够满足生产实际的需要。
水资源；优化配置；可持续发展关键词：
中图分类号：TV213.9文献标识码：Ｂ文章编号：1009-6159（200９）-０1－002６-0２
1前言
与人口及其用水定额情况预先确定，然后从总的可用水量中减掉其所承担的生活用水量后，再在各个部门间进行优化配置。
模型为多目标线型规划模型，设有两个子目标，第一个子目标追求供水净效益最大，第二个子目标追求缺水量最小。通过总可供水量、最小用水量、最大用水量等约束条件的限制使优化配置的水量不超过预测水量，并且保证优化配置的结果不会偏离规划太远，约束条件也进一步平衡了各部门的经济用水量。
自然资源的合理配置是人类干预和改造自然的过程。水资源作为一种对人类非常重要的自然资源，其开发、利用、治理、节约、配置、保护的过程正是资源组合和配置过程，也是实现水资源可持续利用的必然途径。其中实现水资源的配置是关键，而节约、保护、治理是科学配置的重要手段，开发和利用是配置的目的。水资源配置过程是人类对水资源重新分配和布局的过程，它既可对生态环境产生良好的影响，促进经济社会的持续发展，也可导致生态环境的恶化，影响经济社会的正常发展。因此水资源配置的好坏，不仅关系到他所依托的生态系统的兴衰，更关系到水资源可持续发展战略支撑能力的强弱，必须加强研究和实践，以利于社会、经济及生态环境的协调发展。
2.2配置模型2.2.1目标函数
(1)经济效益目标：供水产生的经济效益最大，即国
内生产总值(GDP)最大
Ｍax(GDP)=AGDＰ1·Ｘ１＋ＡＧＤＰ２·Ｘ２＋ＡＧＤＰ３·Ｘ３(1)
2水资源优化配置模型
2.1建模思路
模型主要目标为在满足生活用水需求的基础上，将区域的水资源在各产业部门进行优化配置。由于生活用水部门是非产业用水，用水效益系数不好确定，采用如下方法分配用水：预测规划年的城镇及农村人口数及相应的用水定额，计算出生活用水量，也就是说本区的生活用水量需要决策者根据本区的水源实际情况
式中：AGDP1为单位水资源第一产业产值；AGDP2为单位水资源第二产业产值；AGDP3为单位水资源第三产业产值；X1为第一产业用水量；X2为第二产业用水量；
X3为第三产业用水量。
（2）缺水量目标：缺水量最小。
Min(V)=X1+X2+X3+LSH+EST-TZGS(2)
式中：LSH为生活用水量；EST为生态用水量；TZGS为总可用水量；其余符号意义同上。
作者简介:李淑芹（1978-），女，汉，山东聊城人，主要从事水利水电工程经济与项目管理研究收稿日期：2008-11-14
SHANDONGWATERRESOURCESNO.12009
2.2.2约束条件
（１）优化满足生活用水量约束：
WaterResourcesScientificTechnique
·27·
会状态呈现出很大发展潜力的同时，保障和支撑这种发展潜力的水资源却面临着前所未有的巨大挑战和压力，出现了供需关系紧张，开采过量，水资源环境日趋恶化等现象，影响和威胁着社会经济发展，并在一定程度上成为临沂市国民经济建设和社会可持续发展的重要制约因素。本文用3个规划水平年2010、2020、2030年作为研究的时间尺度，对临沂市的水资源进行配置计算。
ＬＳＨ（ＡpopＣＺ·ＸpopＣＺ＋ＡpopＮC·ＸpopＮＣ）(3)
式中：ApopCZ为城镇人均日用水量；ApopNC为农村人均日用水量；其余符号意义同上。
(2)可用水量约束：ＴＺＧＳ＝ＴＤＢＳ＋ＴＤXＳ＋ＴＱＴ
(4)
3.2计算结果
将上述模型采用MATLAB语言编制计算程序，按模型要求将研究灌区有关数据输入计算程序，进行反复调算，可得出不同水平年的水资源优化配置结果（见表1）。
式中：TZGS为总可用水量；TDBS为地表水可用水量；
TDXS为地下水可用水量；TQT为其他水源可用水量（如污
水回用量、海水利用量等）。
（3）各部门用水量约束
①最低用水量约束：Ｘibi
（i=1,2,3）
3.3结果分析
(5)
计算结果表明，随着时间的推移，临沂市的水资源综合利用效益以及居民生活用水量和生态用水占总用水量的比例是逐渐上升的。
从不同水平年的水资源优化配置结果变化情况看，研究区域未来用水结构是向节水、高效方向发展，第一产业用水比重的持续下降，二、三产业用水比重的
式中：Xi为第i用水部门的用水总量；i为第i产业；bi为第i用水部门的最低用水总量。
②最大用水量约束：Ｘidi
（i＝１，２，３）
(6)
持续上升，必将极大地提高该区域的总体用水效率。
式中：di为第i用水部门的最大用水总量；其余符号意义同上。
4结语
针对水资源的必需性、再生性、有限性等特点，以
3应用实例
3.1研究区简介
临沂市位于鲁东南，占山东省总面积的1/9，是一座新兴的工业、旅游城市。近10年来，城市建设、工农业生产都取得了迅速增长，2000年国内生产总值达到
区域经济可持续发展、水资源可持续利用为准则，建立了区域水资源优化配置模型。模型构建并非仅以经济效益最大为单一目标，同时设置了缺水量最小目标，兼顾了社会效益。临沂市实例计算表明，配置模型设立的目标和约束条件等系列实施计算的条件具有简便、实用等特点，能够满足生产实际的需要。
554.6亿元，在1995年311亿元的基础上连上两个大的
台阶，年均增长12.3%。但是在整个国民经济建设和社
表1
临沂市水资源优化配置计算结果一览表
水平年
国内生产总值
（亿元）
缺水量（亿ｍ３）
生活用水量（亿ｍ３）
生态用水量（亿ｍ３）
第一产业用水量
（亿ｍ３）
第二产业用水量
（亿ｍ３）
第三产业用水量
（亿ｍ３）
[1**********]0
2499.776531.3414079.13
000
3.284.264.51
0.900.991.20
189.1518.6118.40
10.2519.3528.43
0.490.951.80
本栏编辑：赵其芬
·26·水利科技山东水利2009.1
区域水资源优化配置模型应用研究
李淑芹1，高
伟2，耿志勇3
（1.山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安271018；2.泰安市黄前水库管理局，山东泰安271000；
3.山东省水利工程局，山东济南250013）
水资源配置不仅关系到当地的生态系统安全，也关系到水资源的可持续利用。根据水资源优化配摘要：
置的理论与方法，在可持续发展理论指导下,建立水资源优化配置系统模型，并以临沂市为例，对上述模型进行实例计算，结果表明,该模型计算简单，能够满足生产实际的需要。
水资源；优化配置；可持续发展关键词：
中图分类号：TV213.9文献标识码：Ｂ文章编号：1009-6159（200９）-０1－002６-0２
1前言
与人口及其用水定额情况预先确定，然后从总的可用水量中减掉其所承担的生活用水量后，再在各个部门间进行优化配置。
模型为多目标线型规划模型，设有两个子目标，第一个子目标追求供水净效益最大，第二个子目标追求缺水量最小。通过总可供水量、最小用水量、最大用水量等约束条件的限制使优化配置的水量不超过预测水量，并且保证优化配置的结果不会偏离规划太远，约束条件也进一步平衡了各部门的经济用水量。
自然资源的合理配置是人类干预和改造自然的过程。水资源作为一种对人类非常重要的自然资源，其开发、利用、治理、节约、配置、保护的过程正是资源组合和配置过程，也是实现水资源可持续利用的必然途径。其中实现水资源的配置是关键，而节约、保护、治理是科学配置的重要手段，开发和利用是配置的目的。水资源配置过程是人类对水资源重新分配和布局的过程，它既可对生态环境产生良好的影响，促进经济社会的持续发展，也可导致生态环境的恶化，影响经济社会的正常发展。因此水资源配置的好坏，不仅关系到他所依托的生态系统的兴衰，更关系到水资源可持续发展战略支撑能力的强弱，必须加强研究和实践，以利于社会、经济及生态环境的协调发展。
2.2配置模型2.2.1目标函数
(1)经济效益目标：供水产生的经济效益最大，即国
内生产总值(GDP)最大
Ｍax(GDP)=AGDＰ1·Ｘ１＋ＡＧＤＰ２·Ｘ２＋ＡＧＤＰ３·Ｘ３(1)
2水资源优化配置模型
2.1建模思路
模型主要目标为在满足生活用水需求的基础上，将区域的水资源在各产业部门进行优化配置。由于生活用水部门是非产业用水，用水效益系数不好确定，采用如下方法分配用水：预测规划年的城镇及农村人口数及相应的用水定额，计算出生活用水量，也就是说本区的生活用水量需要决策者根据本区的水源实际情况
式中：AGDP1为单位水资源第一产业产值；AGDP2为单位水资源第二产业产值；AGDP3为单位水资源第三产业产值；X1为第一产业用水量；X2为第二产业用水量；
X3为第三产业用水量。
（2）缺水量目标：缺水量最小。
Min(V)=X1+X2+X3+LSH+EST-TZGS(2)
式中：LSH为生活用水量；EST为生态用水量；TZGS为总可用水量；其余符号意义同上。
作者简介:李淑芹（1978-），女，汉，山东聊城人，主要从事水利水电工程经济与项目管理研究收稿日期：2008-11-14
SHANDONGWATERRESOURCESNO.12009
2.2.2约束条件
（１）优化满足生活用水量约束：
WaterResourcesScientificTechnique
·27·
会状态呈现出很大发展潜力的同时，保障和支撑这种发展潜力的水资源却面临着前所未有的巨大挑战和压力，出现了供需关系紧张，开采过量，水资源环境日趋恶化等现象，影响和威胁着社会经济发展，并在一定程度上成为临沂市国民经济建设和社会可持续发展的重要制约因素。本文用3个规划水平年2010、2020、2030年作为研究的时间尺度，对临沂市的水资源进行配置计算。
ＬＳＨ（ＡpopＣＺ·ＸpopＣＺ＋ＡpopＮC·ＸpopＮＣ）(3)
式中：ApopCZ为城镇人均日用水量；ApopNC为农村人均日用水量；其余符号意义同上。
(2)可用水量约束：ＴＺＧＳ＝ＴＤＢＳ＋ＴＤXＳ＋ＴＱＴ
(4)
3.2计算结果
将上述模型采用MATLAB语言编制计算程序，按模型要求将研究灌区有关数据输入计算程序，进行反复调算，可得出不同水平年的水资源优化配置结果（见表1）。
式中：TZGS为总可用水量；TDBS为地表水可用水量；
TDXS为地下水可用水量；TQT为其他水源可用水量（如污
水回用量、海水利用量等）。
（3）各部门用水量约束
①最低用水量约束：Ｘibi
（i=1,2,3）
3.3结果分析
(5)
计算结果表明，随着时间的推移，临沂市的水资源综合利用效益以及居民生活用水量和生态用水占总用水量的比例是逐渐上升的。
从不同水平年的水资源优化配置结果变化情况看，研究区域未来用水结构是向节水、高效方向发展，第一产业用水比重的持续下降，二、三产业用水比重的
式中：Xi为第i用水部门的用水总量；i为第i产业；bi为第i用水部门的最低用水总量。
②最大用水量约束：Ｘidi
（i＝１，２，３）
(6)
持续上升，必将极大地提高该区域的总体用水效率。
式中：di为第i用水部门的最大用水总量；其余符号意义同上。
4结语
针对水资源的必需性、再生性、有限性等特点，以
3应用实例
3.1研究区简介
临沂市位于鲁东南，占山东省总面积的1/9，是一座新兴的工业、旅游城市。近10年来，城市建设、工农业生产都取得了迅速增长，2000年国内生产总值达到
区域经济可持续发展、水资源可持续利用为准则，建立了区域水资源优化配置模型。模型构建并非仅以经济效益最大为单一目标，同时设置了缺水量最小目标，兼顾了社会效益。临沂市实例计算表明，配置模型设立的目标和约束条件等系列实施计算的条件具有简便、实用等特点，能够满足生产实际的需要。
554.6亿元，在1995年311亿元的基础上连上两个大的
台阶，年均增长12.3%。但是在整个国民经济建设和社
表1
临沂市水资源优化配置计算结果一览表
水平年
国内生产总值
（亿元）
缺水量（亿ｍ３）
生活用水量（亿ｍ３）
生态用水量（亿ｍ３）
第一产业用水量
（亿ｍ３）
第二产业用水量
（亿ｍ３）
第三产业用水量
（亿ｍ３）
[1**********]0
2499.776531.3414079.13
000
3.284.264.51
0.900.991.20
189.1518.6118.40
10.2519.3528.43
0.490.951.80
本栏编辑：赵其芬