水資源系統分析方法

『壹』 水資源系統分析課程在哪可以看

如果了解簡單內容，可以看看初中高中的地理教材，如果要詳細了解，就得看一些水資源的專門資料，古一點的如酈道元寫的水經注，天工開物等一些農業方面的著作，近一點的可以看一些地方誌的資料，里邊也有當地水資源的內容

『貳』 水資源系統分析的介紹

水資源系統分析用系統分析的方法研究解決水資源的規劃、設計、運用和管理等問題，並提出合理的有效方案，水資源系統是指定區域內在水文、水力和水利上互有聯系的各種水體和有關水利工程所構成的綜合體，它具有緊密的整體關系和地區特色，水資源開發、規劃的綜目的是促進國民經濟發展，改善環境質量。

『叄』 水資源開發利用應如何分析

第3章 地下水系統分析 45
3.1 地下水系統概述 45
3.2 含水層系統分析 46
3.3 區域地下水流動系統分析 53
3.4 地下水系統特徵與功能 57
3.5 區域地下水系統劃分 64
3.6 系統地下水位動態類型及特徵 67
第4章 地下水資源潛力評價 71
4.1 評價原則及依據 71
4.2 水文地質模型概化及其數值模擬模型 72
4.3 源匯項數據整理 79
4.4 模型識別 103
4.5 地下水資源計算 113
4.6 地下水資源潛力評價 134
第5章 地下水化學系統分析與水質評價 137
5.1 水文地球化學環境特徵 137
5.2 地下水水化學系統分析 142
5.3 地下水化學系統水化學特徵 145
5.4 鐵錳和主要人為污染組分的分布特徵 146
5.5 地下水質量綜合評價 147
5.6 地下水水質變化趨勢 155

『肆』 區域水資源優化配置方法

當今全球性水資源短缺危機嚴重威脅人類的生存安全，特別是區域性的水資源緊張越來越嚴重地制約著社會的進步、經濟發展和人們生存環境的改善。對於缺水區域而言，水資源是有限的，具有稀缺性，其中部分地區的水資源開發具有競爭性。由此決定了區域水資源必須優化配置，以使其發揮最大的經濟、社會、環境效益，保證區域經濟社會的可持續發展。徐振辭對區域水資源優化配置方法進行了如下闡述^[5]：

第一，確定優化目標、可行決策方案和約束條件。有時，優化目標只有一個，如可確定水的經濟效益最大或供水量最大，也可確定幾個目標值，如分別選經濟、環境、社會等方面的代表性目標。確定可行決策方案是指水資源系統中所有的可行決策方案，如供用水工程的確定或調配計劃可行性等。在分析系統的優化時，也應將所有的約束條件確定，如果約束條件遺漏或設計不正確，優化方案可能是不正確的或不是最優的。

第二，建立數學模型，即用數學模型來模擬描述系統內各影響因素的特徵以及相互影響關系和影響力度。在實際規劃中，有些決策變數難以用數字表達，應採用特定的技術解決非結構化問題。

第三，數學模型求解，按照選擇的數學模型確定模型的計算參數，選擇適當的分析計算方法，得出優化解。最後還要進行靈敏度分析，分析模型中所含參數變化范圍及其對最優解的影響作用。

第四，計算結果的驗證，最好的率定方法是，選取可靠的實際系統記錄與模型性能及輸出結果進行比較，然後通過調整率定參數，保證模型輸出結果准確可靠。

此外，丘林等結合實例，提出了區域水資源優化配置大系統分解協調模型、作物非充分灌溉制度的多目標優化模型和作物間水量優化分配及作物種植結構模型，並進行了區域間水量的優化配置研究^[6]。

參考文獻

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[2]甘泓，李令躍，尹明萬.水資源合理配置淺析[J].中國水利，2000,（4）:20～23

[3]李曉明.淺析水資源優化配置[J].水利發展研究，2003,（12）:25～27

[4]王浩，王建華，秦在庸.流域水資源合理配置的研究進展與發展方向[J].水科學進展，2004,（1）:123～128

[5]徐振辭.區域水資源優化配置理論與方法[J].河北水利，2003,（6）:22～26

[6]丘林，徐建新，陳南祥等.區域水資源可持續利用管理理論與應用[M].河南：黃河水利出版社，2003,79～98

[7]左其亭，陳曦.面向可持續發展的水資源規劃與管理[M].北京：中國水利水電出版社，2003,142～143

[8]林洪孝主編.水資源管理理論與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2003,288～291

『伍』 水資源系統分析的水資源系統

是流域或地區范圍內在水文、水力和水利上互有聯系的各水體（如河流、湖泊、水庫、地下水等）和有關工程建築所構成的綜合體。一個復雜的水資源系統往往是一個包含有多個水體和工程單元（如電站、閘壩等）、多種開發目標 (如防洪、發電、灌溉和航運等)、多種約束(如地質地形條件、河道安全泄量和水質要求等)和多種影響 (政治、經濟、社會和生態等)的流域系統。水資源系統一般特性有：①社會政治屬性。水是人民生活和社會生產不可缺少的自然資源。隨著社會經濟的發展對水的需求不斷增長，有限的水資源的開發管理涉及國民經濟很多部門的利益和發展要求，影響社會環境甚至生態平衡；它關繫到國計民生，歷來都被認為是全社會的共同責任。水資源分布的地域范圍有時與行政區劃界線不一致，往往跨區、跨省甚至跨國，存在管理許可權、效益得失等矛盾，也必須從政治、政策上加以協調。②經濟屬性。水資源開發利用和治理目標有防洪、灌溉、水力發電和航運等多目標和綜合開發的目的，其中取得最大經濟效益常是它的最終目標。③水文特性。主要指水資源系統中水文現象的循環特性、隨機特性和異常情況下的躍變特性等。水文現象有規律的變化，決定了水資源管理運行中各種周期（多年、年、季或日）的徑流調節；水文現象的隨機變化，可使水資源系統的規劃和運行帶有一定的不確定性和風險；而水文異常現象的出現（如特旱、特澇）又使系統的管理需要考慮非常情況下的應變措施。

『陸』 水資源系統分析的簡介

水資源系統分析是採用最優化、模擬等手段，使系統狀態最優（綜合經濟效益最大），不利影響如洪澇災害損失、環境污染最小。水資源系統分析針對概化的水資源系統，在確定的目標函數和一系列約束條件下，選擇不同的方法求得最優解。常用的方法有：靜態規劃或動態規劃；線性規劃或非線性規劃；確定性或隨機性模型。根據不同的需要有：單目標規劃或多目標規劃，此外還有不同類型的譜系化模型等。
在水資源規劃或水資源管理中，研究一個流域或地區內各種水源與水利水電工程措施間的相互關系，以取得最大綜合經濟效益的途徑。是水資源開發利用的近代研究手段之一。

『柒』 水資源數值模型校驗及現狀地下水均衡分析

8. 2. 1 模型的校驗與識別

利用 1990～2000 年期間的水資源的實際利用量、河流水文、地下水位動態、氣象等數據，對中游水資源數值模型進行校驗與識別。

該期間實際水資源數據帶入模型，模擬出地下水位動態過程、泉水流量過程、正義峽流量過程等模擬數據，將模擬數據與實際數據進行擬合對比，調整模型結構與模型參數，直至達到較好的擬合，即實現了對中游水資源系統的宏觀模擬。

地下水位動態數據受地表水文隨機因素、開采與灌溉隨機性因素的影響，帶有一定的隨機性成分，某月的地下水位升降，或某季度甚至某年的水位變化趨勢，並不一定能夠代表區域地下水位的總趨勢。因此某季度或某年的地下水下降值一般不能作為模型的校驗依據。加之在數據處理中對實際水資源數據進行了一定的簡化，簡化歸納後的數據也帶有微小的隨機波動因素。

較理想的用於判斷校對模型的數據，最好具有長時間系列、大變幅的特徵，若變化幅度遠超過隨機波動干擾，其實質是將隨機干擾 「過濾」掉了，提高模擬識別的可靠性。

中游幹流平原區地下水研究程度較高，積累了大量的水利數據，選用 20 世紀 90 年代 10 年的地下水位累積變幅值與正義峽水文站歷年 12 月至 2 月徑流量數據作為模型校驗識別依據 ( 12 月至2 月期間，由於黑河沿程不引水，此期間正義峽徑流量基本上是泉水溢出量) ，盡管某年的地下水位動態具有一定的隨機性，但累積 10 年的動態數據是非常可靠的。

經過調整模型結構參數與地層參數，使模擬水位與實際水位降深達到了較好的區域擬合，尤其是 10 年的累積水位變化量，相對擬合精度接近 90%。由此可以說明兩方面的問題: 一是水資源數值模型的概化比較合理，二是該模型可較好地模擬水資源各要素之間的相互影響。經識別後的數值模型，可用於水資源調控預測及模擬分析，以科學合理配置中游地區的水資源。

8. 2. 2 地下水均衡分析

通過數值模擬，得到黑河幹流中游平原區不同時期的地下水資源均衡結果 ( 表 8. 1) ，以及累計 10 年 ( 1990～1999 年) 地下水位降深模擬圖 ( 圖 8. 3) 。

圖 8. 3 黑河幹流中游平原區累計 10 年 ( 1990～1999 年) 地下水位降深模擬圖

表 8. 1 中游平原地區地下水模擬均衡分析表 單位: 108m3/ a

由表 8. 1 分析可知，20 世紀 90 年代初、2000 年 ( 現狀年) 兩個典型時期的地下水總補給資源量分別為16. 627×10⁸m³/ a 和 14. 632×10⁸m³/ a，10 年間減少近 2×10⁸m³/ a，其中渠系滲漏與田間灌溉滲漏減少 2. 125×10⁸m³/ a。按整個中游平原計算區進行粗略統計，20 世紀 90 年代初干、支、斗渠的渠系利用系數約為 60%，田間灌溉入滲系數約為 15%～20%，到 2000 年，由於加強渠道防滲，干、支、斗三級渠系利用系數平均提高到 80%左右，地下水補給量大幅度減少，從而使地下水總補給量明顯減少。

90 年代初至 2000 年這 10 余年間，為解決春旱問題，對地下水開采量有較大幅度提高，由0. 65×10⁸m³/ a 逐步提高到 2. 476×10⁸m³/ a，從而引起各地下水排泄要素重新調整，河水與泉水的溢出量及地下水蒸發量相應變小，河泉水溢出量由 90 年代初的 12. 131×10⁸m³/ a 逐漸 減少 到11. 537×10⁸m³/ a，減少了 0. 594×10⁸m³/ a; 地下水蒸發量由 90 年代初的 4. 417×10⁸m³/ a 逐漸減少到 2. 849×10⁸m³/ a，減少了 1. 568×10⁸m³/ a。

由圖 8. 3 累計 10 年降深分布表明，地下水位降深大的位置，並沒有大強度的地下水開采，顯然不是開采地下水引起的。降深大的區域可超過 4m，最大值發生在民樂縣洪水河與童子壩河山前的洪積扇上部，降深值超過十餘米，其他降深大的位置，均沿南部山前埋深大且沒有地下水開採的部位分布 ( 駱駝城地下水開采灌區除外) 。

在模型校正過程中，為尋求區域地下水降深的影響機制，對多種可能機制進行了大量組合模擬分析，經綜合分析後得出結論: 產生如此形狀降深場有兩個主要的原因，其中最主要的原因是各灌區 「面狀分布」滲漏量或灌溉回歸補給量減少，即近十年來加強渠道襯砌防滲及逐步推廣較省水灌溉方式形成的; 另一主要原因是山區攔蓄洪水使地下水山前補給量不斷減少。

模擬結果同時表明，山前攔蓄洪水對地下水產生的後續影響將持續數十年甚至上百年才能達到新的平衡。

黑河是中游平原區最低的排泄基準面，在該種特定條件下，相對於泉水和蒸發排泄來說，河流溢出排泄量是相對穩定的，即增加地下水開采量，或者由於水利工程措施使地下水補給量減少，最先受到影響的應該是泉水上游的源頭區溢出量與淺埋帶地下水的蒸發量。由此，河流溢出量的衰減具有明顯的滯後性，響應滯後周期長，而位於相對上游的泉水及淺埋帶地下水蒸發，響應滯後周期較短，即泉水流量衰減相對較快。多年來的實際數據與模型模擬結論都證明了這一點，這與地下潛水的循環規律是相一致的。河流溢出量的大小，主要取決於河流附近的局部水力坡度，只要黑河附近地下水流場 ( 或坡度) 沒有大的變化，河水溢出量就不會大幅度減少。當地下水埋深較小時，由於蒸發與埋深之間的非線性關系，地下水蒸發強度隨地下水埋深急劇變化，雖然近十年來淺埋帶地下水位下降幅度並不大，但地下水蒸發量卻有較明顯變化，尤其是在埋深小於 2m地區更為明顯。當地下水位埋深超過 3m 後，降低地下水位所能奪取的地下水蒸發量有限。

從資源均衡的角度縱觀中游幹流平原地區地下水均衡，雖然整個計算區是負均衡的，但負均衡主要發生在遠離黑河、泉及蒸發淺埋區的近山地帶，具體表現為山前平原區地下水位的下降較多，黑河、泉及蒸發淺埋帶水位降深小。以 2000 年均衡為例，在東南部 ( 民樂縣) ，因地下水位持續下降而逐漸疏幹上游區含水層，使該局部區域地下水負均衡量接近 1. 5×10⁸m³/ a; 而靠近河流與泉水溢出帶地區及地下水淺埋蒸發帶，由於地下水排泄的 「自適應」調節作用 ( 當補給量減少時，排泄量將會自動縮減) ，地下水負均衡量較小，即在排泄帶局部范圍內，地下水補排大致平衡。

河流與泉水溢出量的響應滯後特徵，容易給人們一種錯覺，當某些水利工程運轉之後，增加了部分地表水資源利用量，同時地下水補給量也隨之減少。由於河流與或泉水響應滯後特性，其溢出量沒有馬上減少，表面上可利用的總水資源量 ( 地表水+地下水) 似乎增加了。這僅僅是短期的表現，實際情況是含水層 「地下水庫」逐漸消耗，在較長的時期後，地下水溢出量減少會逐步表現出來，嚴重者使地下水資源枯竭。

以黑河中游平原東南部 ( 民樂縣) 為例，地下水位比張掖附近的黑河水位高出 200 多米，當灌區地下水位下降不太大時，如 10m，相對於整個地下水位落差來說，其總體水力坡度變化還不到 10%，即在短期內，上游地帶通過含水層向下游輸送的地下水量不會明顯減少 ( 短期內幾乎是一個 「常數」) ，但要以不斷疏幹上游含水層為代價，據模擬均衡計算結果，現狀條件下，每年疏干消耗民樂地區含水層地下水量約 ( 1. 5～2) ×10⁸m³。從可持續發展的觀點來看，長時期的疏干消耗上游含水層，一方面生態環境的極大改變不允許，同時將會導致地下水資源枯竭。這種開發利用方式可謂 「寅吃卯糧」，不能長時期持續。

隨著渠道防滲工程的完善及節水技術的推廣，使可利用的水量有所增加，應利用豐水年或豐水季節 「多餘的」水資源對上游區進行回補，以阻止或減緩地下水資源向枯竭的方向演化，而不要盲目地擴大耕地面積，使水資源循環向合理可持續的狀態轉化。

『捌』 水資源系統分析的特徵

水資源系統的特性還在於它具有十分緊密的整體關系和地區特色。河流、水庫、湖泊、地下水等各種水體間和河流的上下游、干支流間常具有一定的水力聯系；水資源的多目標的開發和綜合利用會形成一定的水利聯系；水資源開發利用受到自然地理和人類社會影響各種條件的相互制約；水資源系統的開發利用要求取得最大經濟效益的綜合目標；這一切使水資源和水利水電各種工程措施構成一個有機整體。此外，由於不同地區水資源分布、水文和社會經濟條件千差萬別，水資源系統又具有不同的地區特點。

『玖』 地下水系統研究方法

地下水系統研究的總目標主要是研究地下水系統各要素之間及與環境之間的定性或定量關系，建立地下水系統的概念模型，進而建立地下水系統的數學模型，用以進行地下水資源評價和科學管理。在實現總目標的過程中，除了傳統的水文地質理論方法和技術外，還需要應用地下水系統和系統工程的思想，緊緊圍繞地下水系統各要素之間及與環境之間的主要關系展開研究。主要的研究內容和研究方法有以下幾個方面。

一、地下水系統環境分析

環境通常是指存在於系統外的與系統有密切聯系的物質的、經濟的、信息的和人際的相關因素的總稱。環境的變化將通過輸入使系統發生變化，系統本身活動也可通過輸出引起環境發生變化。與地下水系統有密切聯系的環境分為三類:自然環境、技術經濟環境和社會環境。自然環境包括生態環境、地質環境、地表水系統和相鄰地下水系統等。天然條件下，地下水系統一般通過自然邊界(如斷層邊界、含水層與不透水層的接觸界面、含水層上覆的透水層接觸界面等)與環境處於動平衡狀態。地下水系統從環境中獲得降水入滲或河水滲漏等補給，而又以泉等形式排泄於地表水系統。人類開發地下水之後，地下水與系統的動態平衡被打破，帶來一系列環境問題，導致地下水系統的輸入和輸出發生變化。技術經濟環境包括技術水平、經濟實力和科技發展因素。這些因素直接影響對地下水的開采，如受抽水設備和抽水費用限制，抽水井中地下水的降深不能大於一定的允許降深，地下水埋藏深的地區不宜開采等。社會環境包括政治、法律、政策、制度和經濟發展規劃等因素，要求地下水的開發利用要注重社會效益，如為保證下遊河流一定的河流量等。

地下水系統環境分析的目的在於:①劃分地下水系統的邊界;②確定地下系統的輸入、輸出變數;③論證地下水系統與環境之間的相互關聯、相互制約的關系，如果需要建立地下水系統管理模型，則需進一步確定地下水系統最優管理模型的約束條件(周仰效，1987)。

二、地下水系統結構分析

地下水系統結構分析的主要內容為地下水系統的組成要素、各要素之間的關系以及地下水系統的層次性和整體性分析。分析方法是依據水文地質調查、勘探、試驗、觀測所取得的資料，綜合運用水力學、水化學和同位素、水溫度學方法系統分析，分析的結果是建立地下水系統的概念模型，目的是為地下水系統的模型化和最優化提供可靠的水文地質模型基礎。

地下水系統最基礎的組成要素為滲透水流、含水層、弱透水層、隔水層和邊界。這些基本要素的空間分布和組合形式及其相互間的水力聯系構成最低層次的地下水系統。如潛水含水層系統、承壓含水層系統和越流含水層系統。低層次的地下水系統相互配置又可組成高一層次的地下水系統，如局部地下水系統、過渡帶地下水流系統和區域地下水流系統等。滲透水流與含水層之間的關系表現在地下水的運動規律和水文地質參數。如多孔介質中地下水的層流運動服從達西定律、溶質運移服從水動力彌散規律、溫度變化服從熱傳導定律等。導水系數和貯水系數(或給水度)反映了含水層系統在水力方面的兩個主要功能:傳輸作用和調蓄作用。邊界包括側向邊界和垂向邊界，它決定了地下水系統與環境相互聯系的形式，也決定了地下水系統天然補給與排泄的方式。實際的地下水系統非常復雜，我們所獲得的有關地下水系統的信息有限，需要對所獲得的資料綜合應用各種方法進行分析和判斷，建立地下水系統概念模型。

三、地下水流動系統分析

水文系統分析從整體上研究區域水循環，主要由輸入系統分析，區域地下水系統分析和輸出系統分析3部分組成。輸入系統分析主要包括降水、外區流入或本區自產的地表水、外區流入的地下徑流(包括淡水及鹹水)等要素分析;地下水系統分析主要包括包氣帶、淺層水系統、中層水系統、深層水系統以及極深層水系統之間地下水循環特徵，以及水動力場、水化學場演變分析;輸出系統主要包括天然排出的地表水系統和通過人工抽吸排水的地表水系統分析。

地下水流動系統分析是區域地下水系統分析中一個關鍵環節 。地下水流動系統理論以勢場和介質場的分析為基礎，將滲流場、水化學場與溫度場等本來似乎互不關聯的地下水各方面的表現聯系在一起，納入一個地下水空間與時間連續演變的有序結構中，形成一個統一的整體。地下水流動系統分析主要在水文地質調查、試驗、觀測所取得的資料的基礎上，通過綜合運用水力學、水化學和同位素等方法進行系統分析，研究地下水循環特徵以及水動力場、水化學場、水溫度場特徵，查明地下水的循環模式和地下水流的運動狀態。地下水流動系統分析的結果是建立地下水流動系統的概念模型和數值模型。和地下水系統結構分析的目的一樣，地下水流動系統分析的最終目的也是為地下水系統的模型化和最優化提供可靠的水文地質模型基礎。

四、地下水系統模型化

模型化是通過模型來表現地下水系統特徵及狀態性質。目前常用的地下水系統的模型有概念模型、物理模型和數學模型三大類，如表1-2-2所示。概念模型主要是對地下水系統中含水層系統的空間結構和流動系統的補排特徵、邊界條件進行概化，它是實行地下水系統模型化的第一步，一般以圖表形式表達;物理模型是根據地下水系統的實際情況(原型)，按比例縮小而製成的模型，如以砂制模型表示含水層，以水或其他液體作為它的流體，對地下水系統進行模擬;地下水系統數學模型的建立是定量研究地下水運動規律的關鍵，數學模型是用一組地下水的連續方程和水流方程，從功能上模擬地下水運動，並顯示地下水動態實際數量及數量的時空關系。數學模型中的基本要素是變數、參量、常量以及它們之間的關系。在上述地下水模型中，隨著計算技術進步和計算機的推廣應用，數學模型是應用日益廣泛的一種地下水系統模型。

表1-2-2 地下水系統模型分類

(據周仰效，1987)

地下水系統模型化的過程稱為系統識別。它是通過觀測系統的輸入-輸出過程以確定系統的數學模型。根據事先對系統的了解程度，系統識別問題可分為如下兩類:完全識別問題———「黑箱法」，部分識別問題———「灰箱法」。當對地下水系統的結構不了解時，不能根據物理定律建立描述地下水系統的數學模型，只能夠觀測到系統的輸入-輸出過程時，則可用「黑箱法」;從信息的角度把地下水系統對輸入的響應產生輸出的過程看作信息傳遞的過程，通過對信息的加工處理宏觀地研究地下水系統的總體行為和功能。當對地下水系統的結構有足夠的了解，能夠根據能量和質量守恆原理推導出描述地下水系統的數學模型，但要確定模型中的一組未知參數，模型化問題變為參數識別問題，可採用部分識別問題的「灰箱法」。

五、地下水系統最優化

地下水系統的最優化是在地下水系統模型化的基礎上通過建立地下水系統的管理模型來實現的。地下水系統管理模型由目標函數和約束條件兩部分組成。目標函數表達了地下資源管理所要達到的目的，由決策變數的函數表示。約束條件規定了決策變數的取值范圍。地下水系統管理模型的約束條件包括地下水流狀態方程約束和環境約束(自然環境、技術經濟和社會環境)。地下水流狀態方程規定了地下水開采量(人工補給量)與地下水位(或降深)之間的關系，以保證對水位約束能對選擇最優開采方案時起約束作用。地下水系統的狀態方程可以是地下水均衡方程、地下水井流公式、用數值法離散偏微分方程形成的線性代數方程(嵌套法)，以及降深與開采量之間的卷積方程的離散形式(響應矩陣法)。地下水系統的最優化即是在給定的約束條件下尋求一組最優開采方案，以使目標函數達到最優值。

六、地下水系統評價

地下水系統評價包括地下水系統的資源評價和地下水系統的合理開發利用評價。地下水系統的資源評價主要在環境分析、結構分析和模型化的基礎上，獲得地下水系統的天然資源量、開采資源量、其時空變化以及成因，獲得地下水系統的水質質量及其演化以及成因;目的是闡明地下水系統資源的來源、形成、分布、數量和質量。地下水系統的合理開發利用評價主要在地下水系統的資源評價的基礎上，著重依據地下水系統的生態功能、環境功能和社會經濟功能，運用系統工程方法，建立地下水系統的開發利用行為與生態、環境、社會經濟之間的定量關系，確定地下水系統開發利用的目標函數和約束條件，進而進行若干開發利用方案的優化，得到最優可行的地下水系統開發利用方案。

『拾』 水資源系統分析的持點

摘要 您好，很高興解答您的問題水資源系統分析用系統分析的方法研究解決水資源的規劃、設計、運用和管理等問題，並提出合理的有效方案，水資源系統是指定區域內在水文、水力和水利上互有聯系的各種水體和有關水利工程所構成的綜合體，它具有緊密的整體關系和地區特色，水資源開發、規劃的綜目的是促進國民經濟發展，改善環境質量。希望能幫助到您