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1、数学模型型在滨海海城市水水资源综综合规划划中的应应用王士武王士武，1965年2月生，男，浙江省水利河口研究院水资源水环境所副所长，高级工程师，主要研究方向为水资源和农田水利 陈 雪 胡 玲玲 耿耿兆铨（浙江省省水利河河口研究究院，杭杭州 33100020）摘要：作作为一种种有限的的自然资资源，水水资源对对于保持持滨海城城市经济济繁荣、社社会稳定定乃至国国家的可可持续发发展都至至关重要要。本文文通过对对滨海的的温州市市所辖的的瑞安市市的水资资源综合合规划实实例，结结合在工工作过程程中所用用到的诸诸多数值值计算，阐阐述数学学模型在在水资源源规划、保保护与管管理中的的作用。从从水文学学的降雨雨径流关
2、关系模型型和诸多多的统计计预测模模型、河河网的水水流水质质模型、入入海江河河的非恒恒定水流流模型、到到区域的的水资源源优化配配置，数数学模型型均有很很大的优优势。具具体应用用可以逐逐步地从从简单到到复杂，从从单一数数模到组组合数模模。数学学模型固固有的低低成本、快快捷有效效自不必必说，其其计算成成果的数数字化经经后处理理，容易易达到可可视化，这这在水资资源的优优化配置置、调度度管理中中非常有有效。通通过网络络传输，对对上级领领导和决决策机构构的信息息化调控控管理，无无疑也是是十分重重要的。关键词：数学模模型；滨滨海城市市；水资资源；综综合规划划；可持持续发展展Appllicaatioon oo
3、f MMathhemaaticcal Moddelss inn Waaterr ReesouurceesInteegraatedd PllannninggShiwwu WWangg，Xuue CChenn，Liing Hu andd ZZhaooquaan GGengg(Zheejiaang Insstittutee off HyydraauliicsEsttuarry，Hanngzhhou, 31100220, P.RR. CChinna)Absttracct：AAs aafinnitee naaturral ressourrce, waaterr reesouurcees pplayy a
4、 keyy roole in keeepinng pprossperrouss ecconoomy, sttablle ssociietyy annd ssusttainnablle ddeveeloppmennt. Bassed on appplyiing matthemmatiicall moodells tto tthe proojeccts of watter ressourrcess innteggratted plaanniing in twoo cooasttal cittiess, iit iis iilluuminnateed tthatt maatheematticaal
5、mmodeels aree immporrtannt ffor watter ressourrcess pllannningg, pprottecttionn annd mmanaagemmentt off cooasttal cittiess inn thhis papper. Maatheematticaal mmodeels, foor eexammplee, rrainnfalll-rrunooff moddelss, sstattisttic andd fooreccasttingg moodells, watter floow aand watter quaalitty mmode
6、els forr riiverr neetwoork，ssimuulattingg esstuaary unssteaady floow mmodeels andd opptimmal alllocaatioon mmodeels of watter ressourrcess inn a reggionn annd sso oon, havve mmanyy addvanntagges. Itt gooes witthouut ssayiing thaat iit ccostt leess andd liittlle ttimee too appplyy maatheematticaal mm
7、odeels. Thhe rresuultss caan bbe vvisuualiizedd coonveenieentlly oon ccompputeer sscreeenss viia ddigiitall prroceessiing. Maatheematticaal mmodeels aree veery efffecttivee foor wwateer rresoourcces opttimaal aalloocattionn, ddisppatcchinng aand mannageemennt aand cann prroviide impporttantt innforr
8、mattionn byy thhe wway of Intternnet forr pooliccymaakerrs aand ressearrch orgganiizattionns.Key worrds: maatheematticaal mmodeels; cooasttal citty; watter ressourrcess; innteggratted plaanniing; suustaainaablee deevellopmmentt.前言随着我国国经济社社会的迅迅速发展展，工业业化、城城镇化进程程加快，各各类基础础设施建建设规模模不断扩扩大，在在国民经经济迅速速发展的的同时，
9、生生态环境境和自然然景观也也受到了了不同程程度的损损害甚至至破坏的的代价。面对日益严重的水资源问题，党中央提出了“以人为本”的战略方针，先后陆续提出了“资源水利”、“可持续水利”、“人与自然和谐相处”的治水理念。为此，国家发改委、水利部联合相关部委，向全国各省、自治区、直辖市发出号召1 2，尽快开展水资源综合规划工作。作为一种种有限的的自然资资源，水水资源对对于保持持沿海城城市经济济繁荣、社社会稳定定乃至国国家的可可持续发发展都至至关重要要。沿海海地区所所占的国国民经济济与社会会发展权权重众所所公认，但但沿海地地区人口口的过度度集中和和经济的的迅猛发发展，必必然产生生大量的的工业废废水和城城市
10、污水水。“水多”、“水少”和“水脏”这三大大问题，严严重制约约着沿海海城市社社会和经经济的发发展，“水脏”问题尤尤其突出出，具体体表现为为地表水水污染、地地下水资资源破坏坏、区域域生态系系统受损损、土壤壤的退化化等诸多多环境问问题。水水危机的的性质不不同于能能源危机机，能源源短缺可可以通过过国际市市场大量量进口得得以缓解解，而水水资源的的区域分分布不均均匀性、时时程分布布不均匀匀性和不不可替代代性决定定了应对对水危机机任务的的长期性性和艰巨巨性。所所以滨海海地区水水资源的的保护与与管理是是当前各各级研究究机构和和政府部部门所面面临的重重要任务务。1研究背背景国际上的的水资源源研究起起始于220
11、世纪纪50年年代，119533年美国国陆军工工程师兵兵团为解解决美国国密苏里里河流域域多座水水库的运运行问题题，设计计了最早早的水资资源模拟拟模型。119600年Emmerggy和MMeekk为解决决尼罗河河流域水水库规模模和运行行调度问问题也构构造了专专门的模模拟模型型。其后后，随着着系统分分析理论论和优化化技术的的引入以以及计算算机技术术的发展展，水资资源系统统模拟模模型和优优化模型型的建立立、求解解和运行行的研究究工作得得到了不不断提高高。国内水资资源研究究起始于于20世世纪600年代，以以水库优优化调度度为先导导。200世纪880年代代，以华华士乾为为首的研研究小组组对北京京地区的的水
12、资源源采用系系统工程程方法进进行了研研究，并并在“七五”攻关项项目中加加以提高高和应用用。800年代后后期新疆疆水利厅厅会同有有关部门门进行了了“新疆水水资源及及其承载载能力和和开发战战略对策策”的项目目研究。随随后水资资源规划划的研究究在全国国各地区区各流域域广泛展展开。综综观早期期的水资资源调配配理论，多多数是“以需定定供”，对环环境保护护重视不不够，强强调节水水而忽视视高效，重重视缺水水地区的的水资源源配置水水量而忽忽视水资资源质量量，从而而影响了了区域经经济的发发展和水水资源的的可持续续利用。早早期水资资源研究究的数学学模型较较为单一一，大多多作了人人为的简简化。水水资源领领域的数数学
13、模型型研究始始于900年代。随后，数数学模型型在水资资源领域域的研究究成果在在涉水科科学期刊刊，诸如如水利利学报、中中国水利利、水水文、水水资源研研究等等全国性性和地方方性水利利科技上上陆续有有所报导导。随着人类类对自然然认识的的不断深深入，“可持续续发展”、“人与自自然和谐谐相处”等理论论相继提提出，水水资源保保护和优优化配置置的理论论不断完完善和创创新。“注重生生态环境境，保护护水资源源质量”逐渐成成为人们们的共识识。从此此水资源源管理向向着更科科学的方方向发展展即协协调好资资源、社社会、经经济和生生态环境境的动态态关系，确确保实现现社会、经经济、环环境和资资源的可可持续发发展。2多种类类
14、数学模模型2.1降降雨径流流关系模模型进行降雨雨径流关关系分析析的基础础是某一一区域的的降雨和和相应的的实测径径流量。在在这种情情况下，径径流系数数统计分分析模型型较常采采用。分析各时时段径流流观测站站的径流流量及其其相应集集水面积积上的面面雨量，采采用回归归技术进进行分析析计算，得得出径流流系数与与降雨量量的统计计关系。经经分析可可以建立立三种类类型的降降雨径流流关系模模型。分分别为： （1） （22） （33）式中：径流流系数(%)；降雨雨量（mmm）；回归归系数。采用最小小二乘法法分别建建立上述述三个模模型的回回归系数数并进行行显著性性检验。根根据显著著性检验验指标参参数，选选择推荐荐的
15、降雨雨径流流系数关关系形式式，进而而计算径径流量。2.2区区域宏观观经济发发展预测测模型在产业结结构优化化调整和和生态环环境保护护的基础础上，建建立区域域宏观经经济发展展预测模模型，分分析预测测不同水水平年宏宏观经济济发展趋趋势，为为水资源源需求预预测提供供基础。本项目的的宏观经经济定量量预测模模型为成成长曲线线模型： (4)式中：第年的经经济指数数通过三段段法可以以计算模模型中的的，从而而确定模模型。2.3水水流水质质数学模模型2.3.1水流流模型方方程非恒定水水流方程程l 一维水流流方程一维非恒恒定流动动的基本本方程为为：连续方程程： (55)动量方程程： (66)一维水流流方程是是发展河河网水流流水质数数学模型型的基础础，其技技术关键键是边界界条件、尤尤其是汊汊点联接接条件的的正确采采用。2.3.2定解条条件u 对于恒定定问题，只只要给出出合适的的边界条条件即可可；u 对于非恒恒定问题题，因属属于初边边值问题题，既需需给出边边界条件件，还需需给出初初始条件件，即在在计算初初始时刻刻，计算算全域给给出各待待求量的的初始值值；而且且在计算算推进的的每一时时步，都都要给出出计算域域各待求求量的边边界值（可可以插值值给
