发布时间：2023-03-30 11:29:54
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的水文水资源论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
1水资源状况及开发利用现状
1.1水资源基本情况
根据山西省吕梁市第二次水资源评价成果,汾阳市1956~2000年多年平均水资源总量为9838万m3,其中河川径流量为2890万m3,降雨入渗补给量8478万m3,河川基流量为1530万m3。地下水资源量1956~2000年多年平均9587万m3,其中平原区7404万m3,山丘区5491万m3,降雨入渗补给量8478万m3,重复量4418万m3[1]。
汾阳市水资源可利用量:河川径流可利用量为1439万m3,地下水可开采量为7383万m3,(其中平原区盆地孔隙水4787万m3,岩溶水2500万m3,山丘区空隙裂隙水96万m3),重复计算量为4016万m3,水资源可利用总量为4806万m3,可利用率为48.9%[1]。
1.2水资源特征
1.2.1水资源总量偏少,人均、亩均占有水量偏低,供需矛盾突出
山西省水资源人均、亩均占有水量分别为381m3/人、180m3/亩远远低于全国平均水平的2200m3/人、1700m3/亩。论文而汾阳市人均水资源占有量239m3,不足全省均占有量的63%,亩均占有水资源量为150m3/亩,不足全省的83%。可见该市水资源总量的不足,与用水量日益增长需求的突出矛盾。
1.2.2径流量年内年际变化显著,开发利用难度较大全市多年平均降水467.2mm。年际降水非常集中,主要在汛期7月、8月,占到年降水的50%~80%。各水系分区径流的年际变化大,丰枯年水量相差悬殊,极值比在2.3~39.3之间。各河流经常出现2~3年的连丰期和连枯期,3~5年的连枯期时有发生。这给地表水的开发利用带来了很大的困难。
1.2.3河流水质污染严重,盆地平原地区生态环境恶化全市河流山区地段水质尚好。但山区径流被水库拦蓄后,大量被引用为灌溉水源,为土壤和农作物的蒸散发所消耗。另一部分山区来水被作为工业和城市的水源,使用后成为废污水又重新排入河道。由于上游来水减少,河水稀释能力低,大部分废污水超过排放标准又未经处理直接排入河道,因此城市下游的河道水质污染较为严重。污染物质在盆地平原区集聚,致使盆地河流生态失去平衡。
1.3水资源开发利用现状
汾阳市2007年总用水量6581.5万m3,其中农业灌溉用水4343万m3,占到总用水量66.0%,工业用水1137万m3,占总用水量17.3%,城镇用水432万m3,占总用水量6.6%。农村人蓄用水581.5万m3,占总用水量8.8%,林牧渔业88万m3,占总用水量1.3%。
2水资源开发利用中存在的问题
2.1部分地区地下水过量开采
从文水县城西边山,沿边山倾斜平原,经汾阳县杏花洪积扇,至汾阳城关镇栗家庄一带,其中包括了汾阳市城区,基本沿山前地带长条形分布,总面积133.4km2。其中汾阳界内面积103km2,多年平均水位下降1.11m,极点累积水位下降53m,现状地下水位埋深1.8~117m。且呈现出水位逐年下降,水泵扬程逐年加大的趋势。
2.2特殊年份河川基流减少严重
汾阳市干旱年份较多,如遇到连续干旱年份,河川基流减少十分严重。根据汾阳市1991~2000年段的统计资料知道,汾阳市的降雨量和多年平均降水量相比偏枯,偏枯19.2%。这使汾阳市河川基流减少十分严重,严重制约经济发展和人民生活。
2.3地下水水质状况不容乐观
近年来,汾阳市工农业及城市人口发展迅猛,污染源与日俱增,未经处理的污染物直接和间接入渗地下。不同程度地污染了地下水源。
水污染加剧了水资源危机。随着经济的发展,工业也迅速发展且向环境排放大量废水、废气、废渣的污染型工业结构。其工业废水大部分未经处理就直接排入水体或用于农业灌溉渗入地下,造成河流水和地下水污染,水质状况不断恶化,并有向农村蔓延的趋势,由局部向纵深发展,加剧了当前水资源的供需矛盾,极大地影响了该地水资源的可持续利用。
3对策研究
3.1加强供水水源工程建设
由于区域内农业、工业需水量大,水资源十分紧缺,因此必须有计划地兴建蓄水、引水、调水工程,做好原有工程的配套和更新改造同时增加新的供水水源工程,确保水源工程建设与工农业发展的同步。
3.2建立节水型社会,实现水资源的高效利用
以人均500m3/天的实现现代化最低用水量标准计算,2015年汾阳需水量将达到2.17亿m3,远远超过了水资源可利用量和可供给量,因此必须采取以下措施:①发展节水灌溉,减少农业用水量。根据作物生长期按需要用水;防止大水漫灌,推广渠道防渗、使用喷灌和滴灌等节水灌溉技术;充分利用雨水资源发展雨养农业或旱作技术推广需水少的旱作农作物品种。②发展工业节水,提高工业用水的重复利用率。改变耗水型工艺,少用水或不用水;回收废水再利用;③在城市生活用水中,广泛采用各种节水设施。
3.3加强水环境保护,实现污水资源化
水环境恶化加剧了汾阳市水资源缺乏的矛盾,增强水环境的保护力度,实现污水资源化是解决汾阳水资源问题的一项重要措施,应采取:①强化控制地下水开采。通过法律、经济等措施强化人们的节水意识,限制地下水的无计划开采与超采,并通过人工补给控制超采区地下水位的下降。②防治水资源污染,实现污水资源化。必须大力加强普法教育宣传,增强广大人民法治观念和保护水环境意识,提高对水环境恶化危害的认识。对那些污染严重,又治理无效的企业坚决取缔,绝不让继续污染水资源。从供水、排水、水处理诸方面协调解决水污染问题,把处理后的污水作为工农业供水水源,缓减水资源供需矛盾。
3.4合理调整产业结构和工业布局
把逐步降低超重型工业结构比例,提高轻型工业结构份额作为发展工业的一个重要原则,严格控制耗水大、污染重的企业的发展。在调整产业结构的同时,就水建厂,调整工业布局,合理调整和控制地下水局布超采区工业的发展,使工业布局向地下水相对富足的地区转移,以减轻供水压力。
3.5水量水质同时抓,加强水资源保护
水量和水质是水资源的两个基本属性。量和质是保护水资源配置与可持续利用的前提,没有质量保证的水量与失去水量基础水质,对水资源都毫无意义,水作为特定的资源,其管理实质是实现水资源的优化配置,在资源资源配置中优化完成量的分配和质的保护。各级水行政主管部门应强化水资源保护工作,实行水量、水质统一管理,逐步充实水资源保护的业务人员,建立或完善专门机构从事该项工作。
1．1供水范围设定供水范围规则主要是为了配置方便，事前确定好外调水或当地水供水覆盖区域。邯郸市西部水资源包括当地水和外调水。本次研究对自产地表水和地下水供水范围是区域内就近利用。为提高外调漳河水的利用率，并考虑到受水区的经济承受能力，确定本次引漳供水范围规则为邯郸市西部重点工业企业。上线供水范围主要是城西供水片和固镇片，中线供水范围主要是涉县片和固镇片，下线供水范围主要为武安城东供水片。
1．2方案设定考虑三条线路的可供水覆盖范围以及上线工程的实施难度，本次规划采用两种方案组合，即方案一:当地水+上线+中线+下线;方案二:当地水+中线+下线。
2水资源配置模型建立
2．1水资源系统概化根据邯郸市西部地区水系、工程用水户供水关系、拟定调水方案等建立水资源系统网络关系图(图1)。以系统网络关系图为基础构建水资源配置模型，并对相关参数以现状数据信息资料进行校验后开展规划水平年的配置计算分析。
2．2模型构建通过建立以基本计算单元水资源供用水平衡方程、水利工程供水平衡方程以及各类约束方程，以供水系统总缺水量最小为目标函数构成数学规划模型。(1)目标函数目标函数以区域供水系统总缺水量最小为目标。
3配置结果分析及方案选择
3．1水资源配置结果分析利用所构建的水资源配置模型及系统控制规则，对邯郸市西部山区各行政区计算单元进行长系列逐月调节计算，分别得到方案一和方案二2020年规划水平年不同保证率情况下的水资源配置结果，详见表1。丰水年(P=25%)邯郸市西部山区降水丰沛且入境水量偏多，区域整体不缺水，只在个别山势较高地区由于地下水埋藏较深、不便开发而缺水;但在枯水年(P=75%)、特枯水年(P=95%)伴随降水和入境水量的减少，区域呈现缺水，其中武安市缺水量最大，缺水率超过30%。
3．2工程布局与供水总量控制(1)方案一。上线只涉及到方案一，规划上线自山西左权建设中的泽城西安水利工程进行调水，新开挖隧洞自泽城西安水利工程水电站尾水渠出口处开始，向东南沿直线至青塔水库上游河道末端的龙洞村，再折向东至车谷水库，引水入青塔水库和车谷水库，其中青塔水库做为备用的调蓄水源。根据泽城西安水利工程下泻水量和下游用水现状，上线工程引水规模为2．5m3/s。方案一中线以漳河上拟建的贾家庄水库为水源地，采用泵站提水，经漳北渠干渠对涉县进行供水，漳北渠引水规模为1．1m3/s。下线自跃峰渠渠首进行调水，首先经过跃峰渠干渠向峰峰矿区供水，然后再经二分干和跃峰渠入大洺远水库，经水库调蓄后向武安市进行供水。跃峰渠入大洺远水库引水工程规模为3m3/s。(2)方案二。方案二中线以漳河上拟建的贾家庄水库为水源地，采用泵站提水，先经漳北渠向涉县供水，然后经十五里洞和规划供水工程，引水入固镇水库和夏庄水库，经两水库调蓄后，再向武安市进行供水，漳北渠引水规模为1．9m3/s，十五里洞引水规模为0．7m3/s。下线同方案一。
3．3工程投资估算针对受水区水资源配置方案，从蓄水工程、调水工程及配套工程等方面，根据工程现状和现场调查，并参照已建同类工程投资指标，分别估算方案一和方案二的工程总投资。经估算方案一、方案二工程总投资分别为23．99亿元、22．77亿元，投资估算详见表2、表3。
3．4方案选择对方案一、方案二水资源配置成果、工程布局与供水总量控制、工程投资估算对比分析。方案一供水范围大，其中上线引水通过两座中型水库调节，供水范围可以控制武安市主要工业用水户，但方案一投资大，工程施工难度大，同时调水牵涉到山西省、河北省、海委漳河上游管理局等单位，协调难度大;方案二较方案一供水范围偏小，可以满足西部区域部分工业用水户用水，但方案二较方案一投资省，调水全部在邯郸市内完成，协调容易，利于工程尽早开工建设。综合考虑方案一和方案二的优劣，最终选择方案二为邯郸市西部水资源配置方案(见表4)。方案二在充分利用当地水的基础上，通过中线和下线分别向邯郸市西部地区调水，共需修建蓄、引、提、调水工程多处，包括兴建贾家庄水库、新建提水泵站、漳北渠渠道整治工程、十五里洞出口至南名河管道工程、跃峰渠渠道整治工程等，工程总投资为22．77亿元。工程调水可以缓解西部缺水状况，可以保证邯郸市西部地区涉县、峰峰、磁县丰、平、枯水年不缺水，特枯水年缺水程度低于20%。但对于武安市，由于区域现状用水缺口过大，方案二调水只是起到了缓解缺水的作用，武安市除了丰水年缺水率为9．2%，平、枯、特枯水年缺水率均超过20%。
4结论
1.1地质因素
北西向构造从虹螺岘镇穿过，形成纵跨虹螺岘镇的冲断裂褶皱层，以致形成虹螺岘西高东低的地势，如图1所示。从图2可看出，由于地壳运动形成的这种特殊的地质，对地下水及地表水的储量有很大的影响，所以虹螺岘镇是一个水资源相对缺乏的地区，老百姓一直过着靠天吃饭的日子。
1.2气候因素
由于虹螺岘地区属于季风性大陆性气候，受大气环流影响，四季降水量分布差异很大，全年的降水量主要集中在6-8月份，冬季降水量仅占全年的3-4%。如表1所示。虹螺岘镇的水资源补给主要以大气降水为主，但是由于时空分布不均匀，与虹螺岘镇的人口和经济配置不相适应，加之水污染也在加剧，故资源性缺水、季节性缺水、污染性缺水和工程性缺水同时存在，给水资源的有效利用带来诸多不便。
2解决方案
根据科学发展观的要求，为解决虹螺岘镇居民饮水安全问题，虹螺岘镇人民政府决定实施自来水工程建设。
2.1水源工程
探测结果表明虹南南沟地下水属于基岩裂隙水类型。地下水埋深：顶板30～50m，底板150～200m。110m处盖层较厚，不易受污染，水质良好，满足本地区自来水供水1000立方米每日需求。
2.2供水井
水文地质条件。该井位于虹螺岘镇虹南村。地貌单元为低丘前缘，地表由第四系粉土地层覆盖，覆盖厚度较薄，一般为0.5m左右。粉土以下即为寒武系白云岩、白云质灰岩所构成。地下水类型为基岩裂隙岩溶水，地水补给来源主要为大气降水补给及及构造裂隙侧向补给。地下水具有承压性。
2.3蓄水池
2.3.1地形地貌。场地位于虹螺岘镇东山，属低丘地貌，为圆顶状类型，顶面地势较平坦，略向东南倾斜。残坡积层厚度约1m左右，植被不发育，部分为耕地，局部基岩。丘顶最大高程为85.5m，附近最低侵蚀基准面为56.0m，相对高差29.5m。
2.3.2地层岩性。场地地层自上而下依次分为2个工程地质层，如下：粉土（Q4al+pl):黄褐色，稍湿，松散，成份以粉粒为主，含10-15%的砾、砂，上部见有植根系。摇震反应快，干强度低，韧性低，下部局部见圆砾转石。该层场地内普遍分布，该层层底埋深1.6-1.9m，层顶标高84.6-85.1m。角砾状灰岩（O2）：黄灰-浅灰色，新鲜面为深灰色，角砾结构，中厚层构造，角砾为同成分，夹有薄层灰岩，岩芯呈强风化状态，破碎，节理裂隙较发育。该层场地内普遍分布，层顶埋深1.6-1.9m，层顶标高82.8-83.5m，控制深度0.9-3.2m。
2.3.3场地水文地质条件。勘察期间各钻孔均未见地下水位。场地地下水为孔隙水裂隙水。孔隙水赋存于顶层的残坡积土中，裂隙水赋存在基岩裂隙中，其水的主要来源为大气降水补给、渗透，排泄方式主要为自然蒸发。在其北部有一条季节性河流（虹螺岘河）从镇中心穿过，流向总体为由西向东，水量匮乏，枯水期河床干涸。
2.3.4经济效益。
①提升了工农业的产量和产值。
②避免了因水质不良所造成工农业产品质量下降所造成的损失。
2.3.5社会效益。
①避免了因水质不良所引起的各种疾病，让老百姓喝到了放心水。
②对虹螺岘镇的水资源起到了合理科学的调配，缓解了由于水资源紧缺而产生的矛盾。
③提高了老百姓的生活质量和生活水平。
④促进了社会主义精神文明建设，农村的生态环境和社会环境得到了进一步改善。
⑤提高了老百姓省水、爱水的意识，能够做到自觉地保护水资源和供水设施。
⑥解放了劳动力，为其家庭创造更多的价值。
⑦提高了就业率。
3结论
论文摘要：为了研究20个城市的分配水问题，首先我们假定生活，工业以及综合服务业用水的增长率保持不变，然后使得每个城市个人生活用水标准都一样，这样可根据人口加权计算，即生活用水（r为2010年个城市的人口，Q为总的掉水量110亿立方米，为第i个城市生活用水），为了让北方的经济发展尽量的快，我们在此把总的经济效益当成目标函数，由此得第一种模型，然而考虑到污染的问题，设每种水的污染程度不同然后减掉污染情况，我们采用单位体积污染水的净化成本来衡量每种水的污染程度，由此三者对单位体积的水所带来的污染程度（污染后单位体积的水的净化费用）分别记为
，则总的污染损失最后得到第二种模型的目标函数
结果证明这种方法能够有效快速的算出分配水的方案。
一.问题的提出
水利工程建成后，预计2010年年调水量为110亿立方米，主要用来解决沿线20个大中城市的生活用水、工业用水和综合服务业的用水，分配分别为40%、38%和22%。这样可以改善该地区的生态环境和投资环境，推动经济发展。用水指标的分配总原则是：改善区域的缺水状况、提高城市的生活水平、促进经济发展、提高用水效益、改善城市环境。根据2000年的统计数据，各城市的人口数量差异大，基本状况和经济情况也不相同，各城市现有的生活、工业和综合服务业的用水情况不同，缺水程度也不同（如表所示）
二.问题的分析
2.1关于背景的分析
我国是一个水资源短缺且分布很不均匀，南方地区水资源较为丰富，占到全国的80%以上，而处于干旱半干旱的北方地区，水资源十分匮乏，许多学者调研提出要彻底解决中国北方水资源短缺的问题，不需采取跨流域调水，即“南水北调，南水北调工程2002年末正式动工，此举将极大化解北方城市的供水压力，在为工业服务业提供水资源的同时，也将大大提高居民的生活和城市环境，它不仅可以长生巨大的经济效益，而且其长远的社会和生态效益更无法估量。
2.2问题一分析
要综合考虑各种情况，给出2010年每个城市的调水分配指标，使得各城市的总用水量情况尽量均衡，我们考虑让每个城市都能供上足够的水，首先假设110吨全部用来解决这20个城市的用水问题（其中包括生活用水，工业用水及其服务业用水），“尽量均衡”的意思就是说让更需要水的城市多得到供水。由此为了更好的分配110吨水资源我们分别预测2010年的人口，工业情况以及服务业情况，再假设人均生活用水量，万元，服务业用水，万元工业增加值用水，均保持不变，即可预测生活用水，工业用水及其服务业用水的情况，再根据相加求和即可得到该城市总用水量，再根据求权重依次分配。
2.3问题二分析
由于各城市的基本状况和自然条件不同，对相同的供水量所产生的经济效益不同，从经济效益的角度，要注意到，每个城市的工业和综合服务业的发展受产业规模的限制，不可能在短时间内无限制的增长这一特点，我们采用logstic模型进行分析。工业产值及其服务业均可用灰色系统模型进行预测。
三.模型的建立
3.1预测2010年人口的模型
3.1.1模型的假设
1）假设各个城市人口自然增长率保持不变。
2）假设个个城市间人口数相对平衡，相互独立，互不影响。
3.1.2符号说明
1）x（t）为第t年某个城市的人口数
2)r（x）为自然增长率，是自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量。
3.1.3模型的建立
于是有：
（1）
对的一个最简单的假定是，设为的线性函数，即
（2）
设自然资源和环境条件所能容纳的最大人口数量，当时人口不再增长，即增长率，代入（2-2）式得，于是（2-2）式为
（3）
将（2-3）代入方程（2-1）得：
（4）
解方程（2-4）可得：
（5）
3.1.4模型的求解
为了对以后一定时期内的世界人口数做出预测，我们首先根据所给的数据依次求的全部城市的人口数。记为x=x（i，t）为第i个城市在第t年的人口。
将2000年看成初始时刻即，则2001为，以次类推，以2010年为t=10作为终时刻。用函数（5）对表3.1.1中的数据进行非线性拟合，运用Matlab编程得到相关的参数，可以算出可决系数（可决系数是判别曲线拟合效果的一个指标）：
3.2预测2010年工业总产值和服务业总产值的logstic模型
3.2.1模型假设
1）工业产值和服务业产值也按logistic模型增长。（经过大量的资料证明工业产值和服务业产值的增长率在前面是逐渐的变大，后逐渐变小这符合logstic模型的增长趋势。）
3.2.3模型的建立
把上面第i个城市第t年的工业产值和服务业产值分别记为I(i，t){industry}S（i，t）[],则把第i个城市的人口增长模型中的x（t）改写成工业总产值和服务业总产值的logstic模型。
3.3综合调水问题
3.3.1模型的假设
1）个城市之间相互独立互不影响。
2)假设个城市人口，工业产值，服务业产值增长率保持不变。人口用水量不随时间变化，工业万元增长用水不变和服务业万元用水不变。
3）水只能一次性利用，不考虑循环利用。
4）个城市都处于缺水状态，都从外地调水，之间并不存在互不调水的问题。
3.3.2符号约定
3.3.3模型一的建立
为了使最大限度的使该地区的经济达到快速发展即
已知生活用水，工业用水以及服务业用水分配时所占的比例0.4，0.38，0.22
所以得
我们将人的生活用水按个城市所占人口平均分配，即
设人均产值为k则
（其中x为工业产值，y为综合服务业产值，rwei人口数）
设第i个城市的人均产值增加为
则
令为第i个城市在第n年的人均产值
（式中的n不是次方，而是第n年的含义）
设c为贫富差距，（一常数）为起初的贫富差距
贫富差距C定义为
为了不使贫富差距拉大我们要求
则得到一个规划问题
目标函数：
然而，我们考虑到居民日常生活用水，工业用水以及综合服务业对水的污染程度有所不同，我们的出了第二个模型如下
五.模型检验及其结果分析
5.1模型的检验
随着时间的增长我们发现人均产值在变小，人民生活用水质量不会差异很多，贫富差距会越来越小。
5.2模型结果分析
结果较为准确，到2010年20个城市工业调水最多的是第20个城市
六.模型优缺点分析
6.1模型的及其不足之处之处
模型一中按城市人口平均分配生活用水，虽然有所不足，但是能化简问题，使问题得到了很好的解决。
模型一可以看成模型二的特例，当很小时，可以忽略。的值要具体分析应用，由于地域不同可能会不一样。
模型没有考虑增速变化的情况，而且没有考虑水资源的循环利用问题，在全国实行科学发展观的今天我相信的值会越来越小。
6.2模型的优点
1）用logstic模型人口，预测工业和服务业较为准确，因为增长率按照时间在降低，就像美国的经济一样，总有一天会出现停滞状态，也就是说增长了最后会变成0，但是不是说绝对的这只是一个阶段的变化而已。
2）本模型考虑了环境污染的问题，用单位体积净化的成本来表述污染的程度，此处为本模型创新之处。
七.模型的改进
7.1关于2010年个数据的预测
可以用灰色系来预测2010年的工业产值及其综合服务业总产值，由于计算复杂所以采用简单的logstic预测。
7.2关于线性规划模型
计算过程中遇到了的的大小，可已经一步修正。
7.3运算运用矩阵
可以用matlab7.0直接求出二十个城市的情况。
参考文献
[1]姜启源等，数学建模（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003
[2]郑錬，当代数学若干理论和方法[M].上海：华东理工大学出版社2002
[3]中国水利资源公报2009./WaterRes/2009
1、我国水资源利用现状
水资源指可资利用或有可能被利用的水源，这种水源具有足够的数量和可用的质量，且必须具备可以更新补充、可供永续利用的特点。
我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家，如果按水资源总量考虑，水资源总量居世界第六位；若按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已经被联合国列为13个贫水国家之一。
我国年降水总量为61889亿立方米，多年平均地表水资源为127115亿立方米，地下水资源量为8288亿立方米，全国平均年水资源总量为28124亿立方米。1998年我国总用水量5435亿立方米，其中农田灌溉用水占64.3%，林牧渔用水占5.0%，农村生活用水占5.3%。各流域片用水情况是：松辽河片用水量624亿立方米，农业占72.4%；海河片用水量424亿立方米，农业占72.5%；黄河片用水量395亿立方米，农业占77.9%；淮河片用水量567亿立方米，农业占72.2%；长江片用水量1663亿立方米，农业占58.5%；珠江片用水量837亿立方米，农业占65.0%；东南诸河片用水量308亿立方米，农业占65.3%；西南诸河片用水量82亿立方米，农业占78.9%；内陆河片用水量536亿立方米，农业占94.6%。1998年，各流域片地表水控制利用率（地表水供水量占地表水资源量的百分比）、水资源总量利用消耗率（用水消耗量占水资源总量的百分比）是：海河片和黄河片的利用程度最高，地表水控制利用率分别为61.8%和73.7%，水资源总量利用消耗率分别为70.2%和44.5%；其次是内陆河片、淮河片和松辽河片，地表水控制利用率分别为34.2%、34.9%和16.6%，水资源总量利用消耗率分别为26.9%、24.7%和15.4%；珠江片、长江片、东南诸河片和西南诸河片的利用程度低，地表水控制利用率分别为14.0%、12.1%、9.9%和1.3%，水资源总量利用消耗率分别为6.6%、6.3%、5.6%和0.9%。松辽河片中的辽河流域利用程度较高，地表水控制利用率为39.8%，水资源总量利用消耗率为33.5%。
2.2我国农业水资源利用效率
从总体上来看，我国农业水资源利用效率不高。据初步分析，全国平均渠系利用系数0.4—0.6，灌区田间水利用系数0.6—0.7，灌溉水利用用系数0.5左右。从表1-2-1可以看出，全国水资源利用情况是：渠系综合水利用系数为0.40-0.6，灌区田间水利用系数为0.60-0.7，灌溉水利用系数为0.3-0.5。华北地区是我国农业水资源利用较高的地区，其各灌区利用系数存在较大差异。衡量水资源高效利用指标，不能仅仅考虑水资源利用率，更重要的是看水资源的利用效率。
2.3我国农业水资源利用存在的主要问题
目前，我国农业水资源利用存在许多问题，主要表现在：
（1）缺乏有效的管理机制，导致水资源短缺与水资源浪费共存
我国地表水灌区每公顷次灌水量1200-1500m3，最高达2258，地下水灌区达900-1050m3，高出适宜水量的1-2倍，西北地区每年灌水定额可达16537m3／hm2，是全国的1.4倍。
另外，我国农业水资源污染也非常严重。椐统计，1998年全国废污水排放总量共593亿吨（不包括火电直流冷却水）；其中工业废水占69%，生活污水占31%。这些污水排放污染了水质。椐1998年水质监测资料，对全国109700公里河长进行评价的结果，Ⅰ类水河长占5.4%，Ⅱ类水河长占24.4%，Ⅲ类水河长占33.0%，Ⅳ类水河长占13.7%，Ⅴ类水河长占6.6%，超Ⅴ类水河长占16.9%。
（5）水资源“农转非”现象严重
尽管农业水资源“农转非”提高了水资源利用效率，但也带来了一系列问题，如农民的水权如何得到保证，节水农业投资如何合理分配等。
3、节水农业现状
3.1节水农业发展概况
节水农业是充分利用降水和可利用的水资源，采用水利与农业措施提高水的利用率和水的利用效率的农业，即提高用水有效性的农业，节水农业的核心是节水灌溉。
由于我国水资源及其有限，扩大灌溉面积的水量必须立足于现有农业水资源的高效利用，因此，发展节水农业成为我们的必然选择。
农业用水量始终保持在3500～3900亿m3，我国水的利用率和效率均有提高。
3.2节水农业发展存在的主要问题
一是对节水农业认识上存有误区，认为节水农业就是节水灌溉农业，节水技术是灌区的专利。
3.3.2节水技术总体水平低
从整体上来看，我国的农业节水技术水平尚处于较低层次。以节水灌溉为例，全国节水灌溉面积占有效灌溉面积的1/3，渠道防渗和管道输水灌溉等方式仍占主导地位，喷灌和微滴灌等高效节水灌溉方式仅占有效面积灌溉面积的4.3%左右，与发达国家相比存在很大差距，节水灌溉设备品种和质量还不能满足节水灌溉的发展需要。3.3.3没有形成高效的推进节水农业发展的机制。
（3）管理。现行水管机构节水功能缺损，不适应市场经济和节水农业发展的需要，灌溉管理系统缺乏效率。我们从仅从重水利轻灌溉，水利与灌溉分家现实就可以窥视一二。其原因出现在管理归属上，兴修各种水利工程归水利部管，农田水利归水利部管，水利部与农业部又分属不同的部，而灌溉技术与农业密不可分，部门分割影响了我国节水农业的发展。
3.3节水农业发展态势
尤其要把水资源的合理开发和节水工作放在突出位置。
3.3.2投资力度加大，为节水农业发展增添的活力
3.3.3适宜国情的节水技术，为节水农业的发展扫平了道路
多年来，随着节水农业的发展，各地广大科技工作者研制出适合中国国情节水技术，并对节水农业发展模式进行了认真总结和推广，效益显著。3.3.4广大农民的积极参与，极大地推动了节水农业的发展
到2015年，使全国节水灌溉面积达到6亿亩，灌溉水的利用率达到的60％以上，年节水700亿立方米，以满足扩大灌溉面积和提高保证率对水量的需求。到2030年，井灌区80％以上实现喷灌或低压管道输水灌溉，自流灌区60％以上的骨干渠道实现防渗、水稻全部采用控制灌溉，通过采用节水灌溉制度和管理措施，使全国灌溉水利用系数提高到65%，每年可节水1000多亿立方米。
第二章农业水资源供求预测
西北地区目前耕地灌溉率为39.1%，从土地资源看扩大灌溉面积的潜力比较大，但该地区水资源相对短缺，而且水土资源部匹配，生态环境相对脆弱，但如果解决水资源问题，或大力发展节水灌溉，尚可扩大部分灌溉面积。华北地区耕灌溉率较高，1997年全区平均为44．6％，通过节水及调水，具有进一步发的耕地条件。在我国现有灌溉耕地中，水田占31.7％。水田灌溉用水量较大，但亩产量较高，且我国粮食需求中稻米需求较大，因此水田需水较多，但其种植面积应保持一定比例。
3、农业需水预测
水资源需求受人口增长有与经济发展驱动，同时还受水资源条件、水资源市场、水工程条件和水管理政策等因素的制约。市场条件下需水增长将受到水价的抑制。
3.1、农业水资源的历史变动趋势
农业用水比例下降，总量趋稳。农业用水比重，1949年为97.1%，1980年为88.2%，19993年为78.0%，到1997年下降到75.3%。农业用水增长地区差异大。北方农业用水的增幅大于南方。
1980年北方地区农业用水占全国农业用水总量的51.3%，1997年上升到52.5%，这与北方土地资源丰富及灌溉面积扩展规模大于南方有关。
3.2、2005-2030农业需水
农业需水包括农田灌溉用水和林牧渔业用水。农田灌溉需水又包括水浇地和水田，灌溉需水预测采用灌溉定额预测方法，灌溉定额预测要考虑灌溉保证率水平，本次预测采用中等干旱年份灌溉定额。灌溉需水预测见表2-3-1。南方地区虽然水资源相对充足，但灌溉供水需要资金投入，且在局部地区灌溉供水的水源也受城市和工业的挤占，因而其灌溉需水增长受到抑制。1997年全国林牧渔业用水量为321亿立方米。考虑林牧渔业用水后，我国农业总需水量，1997年全国为4300亿立方米，农业需水高峰预计在2010年出现，其需水量约4350亿立方米。表2-3-12005?2030年农业灌溉定额与需水量
4、农业水资源供需态势
农业水资源的供给能力主要取决于水资源总量的增长和其它竞争性用途（如工业和生态环境用水等）的增长状况。表2-4-12005?2030年农业水资源供需态势
5、农业节水潜力
它主要包括节水的轮作制度、节水灌溉制度与管理制度、节水高产品种、耕作栽培、培肥施肥和化控技术等。
第三章农业水资源高效持续利用
水资源高效利用是世界性课题，无论是富水国家还是缺水国家，都十分重视水资源可持续利用，下面从开源、工程节水、农艺节水、化学节水和管理节水等方面综合介绍国际经验，以利于我们借鉴，提国我国农业水资源利用效率。
跨流域调水跨流域调水是解决水资源时空分布不均的有效途径。管道输水，大大地减少了水资源在运输过程中的损失，并有效地避免水质恶化。
劣质水利用劣质水包括工业、生活废污水、地下咸水等。随着人口的日益增加和国民经济的迅速发展，对水资源的需求日益增大，水资源危机逐渐显露，为了解决水资源供需矛盾，各国均把利用劣质水开发利用作为弥补淡水资源短缺一个途径。美国目前已建成3400余处污水再利用工程，全国50个州中有45个采用了污水灌溉。印度自80年代开始，每年用于农田灌溉污水占城市污水量的50％以上。以色列污水利用率已达70%，其中1／3用于灌溉，约占总灌溉水量的1／5。ARO的水土研究所的资料表明，目前经处理的工业废水和微咸水用于农业灌溉的分别为2亿m3和1亿m3，计划到2010年，工业废水利用量将达到5.4亿m3，60％生活污水也将用于灌溉，而淡水用于灌溉的量从11亿m3下降到5.0亿m3，即农业灌溉用水的一半左右将由经处理工业废水和其他劣质水来满足。
如以色列采取各种方法综合利用水资源，包充分利用天然降水、污水利用和微咸水利用。1.2工程节水
改进地面灌水在发展喷、微灌同时，各国重视对常规灌水方法的改进与发展，并研制出绳索控制灌溉、波涌灌、地面浸润灌溉、负压差灌溉、土壤网溉、集水灌溉、皿灌、水平地灌、膜上灌、抗旱坐水种、水稻浅湿赶循环交替间断灌水方法和水稻节水控制灌溉等许多新方法、新技术。
1.3农艺节水
二是利用田内集水，即通过收集周围平地或集水区的水分来稳定作物产量。
1.4化学节水
制订合理的节水农业发展政策，是节水的关键。
1节水农业投资政策
1.1节水农业投资现状及存在的问题
多年来，我国对农业水利投资非常重视。3年来，全国共投入节水灌溉资金250亿元，其中，利用节水灌溉的贴息贷款53亿元，各级财政投入73亿元，群众自筹124亿元，大大地促进了节水农业推广，新发展节水灌溉工程面积8450万亩。截止到1998年底，全国节水灌溉工程面积已达1533万公顷，其中喷灌、滴灌和微喷灌面积146.7万公顷，管道输水灌溉面积520万公顷，渠道防渗面积866.7万公顷，推广水稻节水灌溉和坐水种等非工程节水面积1333万公顷。
（4）忽视节水农业效益的外部性。
2、节水科技政策
2.1节水农业技术系统
节水农业的概念有多种说法，但我们认为节水农业最基本的内涵是应用节水技术高效利用水资源，水资源包括灌溉水和降水，高效指提高水资源的“有效性”和“转化效率”。节水农业技术系统由相互联系、相互制约的工程节水、生物节水、农艺节水和管理节水四个子系统组成。
1）工程节水子系统。包括：（1）输水工程--渠道防渗、低压管道输水；（2）集水工程--梯田、水窖、坑塘、水库等；（3）灌水工程--常规节灌(如小畦灌、细流沟灌、隔沟灌、膜上灌、间隙灌、浅湿晒等）和现代喷微灌等措施。
2)生物节水子系统。理论上讲，生物节水技术的“水分转化效率”功能具有无限性，对节水农业具有特别重要的意义。
3）农艺节水子系统。4）管理节水子系统。包括水资源优化调度、灌溉自动化控制、节水灌溉制度、节水种植制度、价格杠杆、农户参与等措施。发展节水农业应以上述四个子系统为基础进行优化集成，节水灌溉农业和节水旱作农业并举。消除“节水农业=节水灌溉农业=节水灌溉工程=喷滴灌”这种认识上的误区，应全面推进节水农业。节水旱作农业与节水灌溉农业同属节水农业范畴，二者不可偏废，节水灌溉农业不应排斥农艺、生物和管理节水措施，节水旱作农业也不应排斥工程节水措施。
2.2节水农业技术存在的问题
节水技术水平尚处于低层次水平
节水技术服务体系不健全
节水技术选择缺乏科学性
节水技术与增效相脱离
用水效率低下
用水效率和水资源利用率两个不同的概念，它偏重于单位水资源所获得的效益。我国的水资源开发利用率较高，但是水资源利用效率比较低下，导致宝贵的水资源浪费十分严重。
如我国的农业长期以来采用粗放型灌溉方式，水的利用效率很低，水的有效利用率仅在40%左右，现有灌溉用水量超过作物合理灌溉用水0.5至1.5倍以上，椐有关资料分析，美国1990年用水效率为10.3美元/m3，1989年日本为32.4美元/m3，我国1995年用水效率为10.7元/m3，我国1995年的用水效率只有美国的1990年1/8，日本1989年的1/25（汇率按1995年1.32美元计算），说明我国节水潜力很大。
2.3节水农业科技政策
（2）建立节水技术选择论证制度。（3）科学地制定节水高效农业标准。
3节水农业水价政策
3.1农业水资源市场特征及交易原则
3.1.1、农业水资源市场
建立和完善农业水资源市场是非常必要的。3.1.2农业水资源市场特征
主要表现在：首先，农业水资源市场的垄断性与广阔性,这就决定了农业水资源市场不可能放开，不完全的市场，培育水资源市场只能是在政府调节下的有步骤地进行；其次，农业水资源市场的双重性，水资源具有生产资料和消费资料双重性，因而农业水资源市场也具有双重性；第三，农业水资源市场失效性，主要表现在节水效益的外部性及其农业水资源的保护方面；第四，农业水资源市场交易所有权恒定性，农业水资源市场中水资源所有权是不变的。
3.1.3农业水资源市场交易原则
由于农业水资源市场所具有的特殊性，决定了农业水资源市场交易原则具有特殊性。3.2农业水资源市场存在的问题
为了实现水资源国内水资源市场发挥作用，对水资源市场进行培育是十分必要的。农业水资源市场的培育，其关键是建立合理的水价体系。科学的水价体系是水利经济良性循环的重要保证，也是合理利用水资源的调解器。3.3农业水价政策
（4）建立科学的水价体系，确保地表水、地下水及降水联调机制顺利实施。如对于河水灌区，为了充分利用水资源，充分利用地下水进行灌溉，适当提高地表水资源价格，地表水地下水资源的比价足以刺激地下水资源开发为限，对于地下水资源溃乏而地表水资源丰富地区，可以适当提高地下水资源价格，确保地表水资源合理利用，保护地下水资源。
4、21世纪节水农业管理战略
4.1、水资源管理一体化
如区域水量与水质管理的协调统一，流域管理与行政管理的协调统一、水资源管、供、用和治理协调、水资源利用和湿地保护统一，水资源地表与地下水—降雨联调，水资源开发利用与森林保护相统一，区域产业结构的调整和布局充分考虑水资源承受能力等等。
流域水资源管理一体化包括水量（包括地表水、地下水）、水质和开发利用，采取统一规划、统一调度、统一管理。具体而言，流域水管理机构给各地区和各部门分配地表水，要以这些地区和部门做到合理开发利用当地地下水资源为前提。地区和部门合理开发利用地下水，包括利用当地地表径流人工补给地下水的各种措施。
4.2面向国内国际市场，适当开展水资源贸易
市场是资源配置的重要手段，向国际、国内市场要水资源，并且适当开展水资源贸易，是解决21世纪水资源的重大方略之一。
对于国内市场，主要是通过水资源的市场调解实现水资源的合理的调配。研究结果表明，水价与水资源量之间存在如下关系：Q=Q(P/P)，式中，Q2为调整后的用水量；Q1为调整前的用水量；P1为原水价；P2调整后的水资源价格；E水资源价格弹性系数。由此可见，建立科学的水价体系是水资源合理调配的关键。
4.3、建立高效有序的水资源管理机制
（1）将节约用水、保护水资源作为一项基本国策。
4.4以水权为中心，建立节水交换激励机制
所谓的水权，指水资源的所有权和使用权。水资源配置过程，实质上就是水资源“水权”的重新分配过程。水权在调节水资源供需和水资源转移过程中扮演着重要角色，水权是水资源管理的中心，研究建立水权的理论和可操作性的交换机制，通过市场的交换，实现水资源的有效分配，是21世纪农业水资源管理的重要趋势和方向。
水资源只是农业持续发展众多因素中重要因素之一，农业用水向城市生活和工业转移没有根本影响农业发展的根本原因是优质种子、化肥和科学技术的进步推动，其中农业节水技术发挥了不可替代的作用，可以说，水资源“农转非”挤占了农业生产所必须的农业水资源资产，他迫使农业生产走高效用水之路，因而促进了农业节水技术的发展，其最终结果是水资源资产增殖。
针对水资源“农转非”问题，必须采取“以益补农”的战略，即，水资源“农转非”受益者采取经济补偿的政策，补偿农业水资源水权转移额外投入或经济损失，如根据水资源“农转非”实际情况，可以适当提高工业用水或生活用水等价格，所积累的资金用来投资节水农业或对水资源转移者给予补偿。
对于水资源流域管理，采用以水权为中心的管理，建立流域级水权交换机制。特别针对大江大河，水权在科学调配水资源方面更具有重要的作用。无论水价是否合理，节水对供水单位的收入带来一定冲击，为了鼓励供水单位节水，国家或政府根据节水的实际情况，给予供水单位适当的补偿奖励，补偿奖励的数额足以调动节水的积极性；
其次是水资源分配与预报预警机制结合不足。目前的水资源分配主要基于流域的历史水雨情信息以及用水数据而定，属于静态基础的决策。虽然这种方式比较容易被不同利益方认可，但是不利于动态管理，不能完全适应千变万化的实际情况，因此缺乏一种充分考虑到未来水条件和区域用水变化等未知不确定因素下水资源分配的方案。
第三是在实际操作过程中缺乏全局性的分析考虑。除了个别重点工程存在部分联合调度外，大部分工程正常条件下都是以自身管理制度和用水需求运行，只在特殊情况下以应急方式进行水量调配，因而缺乏一种对流域水资源进行整体性优化分配的框架和机制，使得实际调度的效果劣于理论分析的结果。
第四是缺乏供水的应急管理和危机管理机制。常规状态下的水资源分配均有可供参照的运行调度方案，但是应急状态下的水资源分配机制和效果评价方法缺失。
第五是对水质影响供水的问题认识不足。目前的水资源分配还都是以水量为主，缺乏在水质恶化条件下供水对象受限时的水资源调配有效分析机制，如分质供水等。
有关水资源分配工作的建议
基于目前国内水资源配置所存在的问题，在今后工作中应该多关注以下几个方面：
要结合实际工作需求，加强基于行政区和流域分区水资源的统一管理。目前基于流域的水资源管理尚未得到真正实现。受行政区划的限制，大多数水行政主管部门只能管理其行政区域内的水资源，因而不能在管理和水量配置中有效体现水资源本身的特性，尤其是跨行政区域的流域，其上下游、左右岸的管理只能由不同的管理机构来实施，存在决策上的不协调。因此，在思路上需要进一步强调基于流域分区的统一综合管理，并借助科学实用的工具辅助统一管理的实现，同时在实际工作中应建立更紧密的区域联合决策机制，使得相关的工具能为实践所用。
要分析建立流域水资源可利用量和取水许可制度之间的关联机制，提高取水制度的实施水平。目前，年度水量分配计划的制定还是以历史统计信息为基础，采用经验决策的方法进行；而取水许可制度是惟一普遍可操作的水资源配置管理的具体手段，并且由不同级别的行政区分别实施。这种制度由于比较简单且容易被接受，在实际工作中易于有效贯彻实施，但在针对具体区域的应用中还缺乏一定的科学性。由于不同级别的行政机构同时负责同一区域取水许可制度的实施，所以在管理上存在交叉和相互间信息的不畅通。实际上，低一级的行政机构可能并不清楚其辖区内的许可取水总量，而上级机构同样不能从总量上实现对区域总取水量的有效控制。
有必要引进具有科学分析能力的模型工具来辅助制定水资源分配的决策。目前，水量配置决策的主要实现手段是制定用水计划，而用水计划的制定和修正主要基于管理者自身的经验，同时借助一些简单的电子表格进行统计计算完成。这样的方式虽然有利于管理者自身经验的发挥和操作过程的简化，但缺乏科学性并且容易受决策者主观偏好的影响。所以，有必要引入或建立能引导管理人员进行水资源分配的模型工具，在综合考虑各方面影响因素的基础上，结合管理人员的经验，从而使决策更为合理。需要注意的是，这类模型应当结合实际过程中的需求，而不是纯粹的理论计算工具，比如以建模者为主导的优化计算。针对目前实际操作的优势和存在的问题，可以考虑将现有实际操作方案和已有的水资源分配理论性模型结合，相辅相成，扬长避短，得到适用的模型工具，同时也借机提高实际调度的科学性和合理性。开发结合实际管理人员经验与考虑水资源机理过程及其利用特性的辅助模型决策工具在未来很有必要，并具有广泛的应用前景。要加强不同用水模式下地下水和地表水之间相互关联关系的科学分析和研究，并探索其成果在定量管理上的应用。由于缺乏地表水和地下水之间明确定量的数量转化关系的描述，出于定量化管理的需要，在实际操作中一般采取地下水和地表水用水管理相分离的办法。这样，在管理中就缺失了对二者关系的衡量，容易出现预想失真的决策失误。因此，可以考虑在已有各类研究成果的基础上，分析提炼出能应用于实际管理的地下水和地表水的管理关系，建立管理中取、用水条件下的动态关系，提高决策的准确性和科学性。
水资源作为人类社会生存和发展的基本条件，其综合开发利用越来越受到重视。但由于人类对水资源规律认识的不足以及常规的规划和管理手段的局限性，对水资源实现综合全面的管理难度很大。随着计算机技术的发展尤其是GIS技术的逐步成熟，开发基于GIS系统的综合水资源管理系统成为可能。在辽河流域水资源管理系统的建设过程中，GIS作为基础的数据平台对数字化地图等空间数据和水文信息等属性数据进行统一的管理，同时，GIS还为流域规划项目中所采用的水量模型（IGSM）和水质模型（MIKE11）等提供了统一的数据接口，将各个环境模型很好的衔接和协调起来。GIS系统强大的图形处理和输出能力更为水资源管理决策提供了直观的数据支持。从辽河水资源管理系统实际的应用情况来看，GIS技术在流域水资源相关空间数据的获取、管理、分析、模拟和显示等方面起到了不可替代的作用，在评价水资源规划方案和进行复杂的水资源管理决策方面也起了重要的支持作用。
2GIS技术和水资源管理的结合
（1）GIS技术的优势
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析和显示的计算机系统。它采用地理模型分析方法，适时提供多种空间地理信息，辅助相关的地理研究和地理决策[1]。由于GIS可将地理空间模型化并存储在计算机中，因此它还具有对研究对象进行描述、模拟和预测的功能。相对于常规意义上的信息系统，GIS具有空间分析能力强、数据来源广泛、工作方式直观形象等特点[2]，在对空间数据的查询和分析功能要求较高的领域得到了广泛的应用。
（2）流域水资源管理的内容
流域水资源管理是对流域水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等方面在系统层次上的定量分析和综合集成。一方面它提供了进行流域国土规划和经济布局规划的水资源基础，另一方面它通过对水量时空分配的再调整和水环境标准的制定，协调了防洪除涝、节水灌溉、城镇供水、水利发电、水土保持等专项规划之间的关系，在人类开发利用水资源的全过程中占有重要地位。由于水的流动性特点，在流域内一个点上的扰动会影响到周边和下游地区[3]，因此在进行流域水资源综合管理的过程中，必须基于相应的环境模型分析各项管理战略和开发方案的环境影响，同时结合当地的自然和社会条件，以及各方对水资源功能的要求进行综合、分析和比较，最终拟定流域内水资源管理的最优方案。
由此可见，在进行力流域水资源规划和管理过程中，非常强调运用各种环境过程模型，如稳态和动态水流模型、多维水质模型和污染扩散模型等。这些模型大都具有明显的空间特性[4]，但这些环境模型在对空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难。而空间分析和空间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为这些环境模型提供整体的基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间分布特性的模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用过程。在GIS中，基本概念是空间位置、空间分布和空间关系，而基本研究对象是被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。与之相对应，在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而基本研究对象是诸如水、人口等明显具有空间分布特性的环境要素[5]。GIS和环境模型在概念和研究对象上的相似性、互补性，使得二者的结合合理又具有实用价值。
在欧盟-辽宁水资源项目中，基于GIS的水资源管理系统的流程如下所示：
3基于GIS的流域水资源管理系统设计
3.1系统目标
以辽河流域的水资源规划和管理为例，建立基于GIS的流域水资源综合管理系统的设计目标主要包括以下几个方面：
(1)能存储和处理流域水文学和社会经济的相关资料，并能提供查询功能。
(2)通过基于GIS的查询和分析，能提供必需的空间信息，为今后水利工程布局提供基础数据。
(3)能为决策机构提供丰富的社会经济信息，为水资源的调配提供依据。
(4)可对水资源开发利用现状及存在的主要问题以及未来需求量进行评估和预测。
(5)能对水资源的开发潜力进行分析计算，为合理开发水资源提供决策依据。
(6)结合相关的环境模型，能对水资源开发战略和方案做出评估
3.2系统结构
为了安全、高效的实现数据的存储、分析和共享，基于GIS的水资源管理系统应采用C/S模式和B/S模式相结合的网络结构（见图2）。在数据库管理方面，可通过面向对象的空间数据管理系统和基于关系数据库的空间数据库来实现数据的无缝集成。
3.3系统模块设计
基于上述分析，辽河流域水资源管理系统主要集成以下模块：数据录入模块、检索和查询模块、统计分析模块、空间分析模块、辅助决策分析模块和数据输出模块。（见下图）。
（1）数据录入模块。用于系统中空间和属性数据的获取与更新。空间和属性数据可通过键盘、扫描仪及数字化仪等输入设备录入计算机，也可从其它系统直接将数据转入本系统，同时这一模块还提供对数据的适时更改和补充功能。
（2）检索与查询模块。提供属性-空间的逻辑查询和空间-属性的空间查询功能。由于GIS系统中数据同地图中点、线、面相对应，这两种操作实际结果是一致的。数据库的操作能及时反映在地图上，而对地图的操作也能在数据库中表现出来。
（3）统计分析模块。包括对查询结果的统计分析、对空间分析结果的统计分析以及对水文、土壤、人口、经济等监测数据的统计分析。统计的范围可由用户自行设定，如通过矩形、圆形或多边形工具来确定范围大小。同时，这种统计分析功能既可进行一项数据的统计分析，也可对多项数据同时进行统计分析查询，查询结果可通过报表、地图、表格或文字说明的形式打印输出。
（4）空间分析模块。负责对图形进行地形分析、缓冲区分析、空间叠置分析等操作，并能将分析结果进行汇总，以各种专题图表及统计图表的形式输出。
（5）辅助决策分析模块。主要包括水量计算模型(如辽河流域项目中使用的IGSM水资源模型)、水质模型（如MIKE11模型）、水资源供需分析及预测模型、决策支持系统模型等。以上模型可对一项或多项数据进行预测或评价，从而了解流域或特定地区水资源开发利用情况及发展趋势。同时，通过模型模拟出各个候选方案的实施效果后，可利用决策支持系统模型优化出水资源合理开发利用和管理的最佳方案，为最终的水资源管理和规划决策提供直接的依据。
（6）数据输出模块。可将统计、分析和决策的结果以文本、报表或图形的形式输出。
4系统功能实现
基于GIS的水资源管理系统可实现如下主要功能：
（1）预测分析
例如通过输入动态的监测数据，可适时做出地下水位等值线图，并经系统的空间分析模型计算出地下水库的库容量，进而利用辅助决策分析模块中的水资源预测模型对未来地下水资源的变化趋势进行预测。
（2）水资源调度分析
根据农业、工业等部门在当时国民经济中的比例及生产现状进行指标分析，确定合理的供水量，使有限的水资源得到最优的分配，进而发挥出最大的经济效益。
（3）信息检索和查询
可对研究区历年观测的水文资料进行检索，如历年降水量、径流量、地下水位年变化和月变化、水库入库量、废水排放量等。还可对系统内存储或经系统分析而派生出各种图形文件进行查询，如耕地、渠道、河流水系、水库地形等高线、典型年降水量等值线等。
（4）模拟与决策
如利用水量计算模型和水质评价模型对候选的可行水资源管理方案的实施效果进行模拟，直观的对候选方案进行评价。进一步可将预测结果输入决策支持系统模型，求得规划方案的最优解。
地下水的合理埋深是针对地下水的动态调控提出的，它不是一个确定的深度而是一个变化的范围。灌区大量引用地表水灌溉将使区域地下水位上升，可能导致次生盐碱化现象的出现，因此，地下水合理埋深的上限应是不引起土壤严重积盐，危害作物生长的地下水最小埋深。地下水合理埋深的下限在一些关于灌区水量调控的研究中将其确定为生态水位（保持植物正常生长的最大地下水埋深），在降水稀少、缺乏灌溉的干旱地区将生态水位作为地下水合理埋深的下限是必要的［7］。泾惠渠灌区属于半湿润易旱区，降水较为丰富，灌溉充分，作物生长所依赖的土壤水除了地下水补给外，主要有降水、灌溉入渗及渠道渗漏的补给，地下水对其补给量所占的比例相对于以上几种补给来源的补给量较小，且考虑到灌区出现的含水层枯竭、地面沉降及抽水成本等问题，泾惠渠灌区地下水合理埋深下限的确定应综合考虑有利于地下水接受补给、动态恢复和机井的允许提水深度等因素。
1．1合理埋深上限的确定
参考羊锦忠、李凤岭等人对土壤积盐与地下水关系的分析成果，根据防止土壤盐碱化的重要指标－毛细上升高度和作物根系主要活动层厚度来确定地下水位合理埋深上限［8］，其计算公式如下：Hmin＝Hp＋Z（1）式中：Hmin为地下水合理埋深上限，m；Hp为土壤毛管水上升高度，m；Z为作物根系主要活动层厚度，m。土壤毛细上升高度对不同的土壤质地是不同的，作物根系主要活动层厚度随作物种类的不同而不同。灌区土壤质地与文献［9］中所研究的地区的部分土壤质地类似，不同土壤质地的毛细上升高度可参考文献［9］实验得到的数据；研究区内作物主要活动层厚度可参考文献［10］确定。根据式（1）可计算灌区不同分区地下水合理埋深上限。
1．2合理埋深下限的确定
根据泾惠渠灌区多年实测资料的分析以及实地考察，将泾渭河河漫滩及一级阶地地区、泾河二级阶地地区、泾河三级阶地及渭河二级阶地地区多年平均地下水埋深作为各分区有利于地下水接受补给、动态恢复的最大适宜埋深，即地下水合理埋深下限；黄土台塬区地下水埋深较大，部分地区埋深超过了灌区一般农用机井的允许提水深度，因此综合考虑该区能够接受地下水接受补给及动态恢复的适宜深度和机井的允许提水深度，将该地区地下水合理埋深下限设定为25m，各分区地下水位埋深下限结果详。
2灌区水资源联合调控
2．1调控思路水资源联合调控的模式
将地下水位的合理埋深上下限作为约束条件，首先根据各用水部门实际用水定额及工业经济、农业发展和人口增长规模预测出各部门的需水量，然后以保证用水需求和充分利用地表水为目的，对地表水、地下水进行初步供需平衡，再次，将初步调控结果中的地表水、地下水利用量以及降水量、蒸发量、径流量、气温等作为影响因素，利用PSO－RBF神经网络预测出各分区的地下水位，根据地下水位对多种水源进行平衡调控。若某区预测结果超过了地下水合理埋深的下限，则利用水均衡法计算出极限埋深条件下的地下水可开采量，进行供需平衡（地表水供水量不变），对于缺水部分考虑以其他水源进行补充；若埋深小于上限，则调整井渠用水比，减少地表水引用量，适当增加地下水开采量。
2．2调控方案
设置针对灌区水资源利用特点、涵养水源及灌区节水工程的实施状况，本文设置了两种水资源联合调控方案，基本方案和节水方案。基本方案是在满足各行各业需水条件下对灌区水资源进行调控，该方案比较切合实际；节水方案是考虑灌区节水工程的实施状况、节水意识的普及状况及产业结构的调整，最大限度地减少各行业的用水定额，特别是通过调整灌区农作物种植比例来减少农业灌溉这一灌区最大耗水部门的用水量，从而使得灌区缺水量达到最小，该方案需调整灌区的发展模式及提高人们的节水意识，实施周期较长。
2．3供需水量预测
（1）需水量预测。需水量预测是保证水资源可持续利用的前提。泾惠渠灌区需水量预测包括农业、工业、生活及生态需水量预测。由于定额法考虑全面周到，因此运用定额法对各部门的需水量进行预测。
（2）供水量预测。可供水量是水资源供需平衡分析的要素，根据调控思路，对灌区地表水可供水量及其他水源（主要指污水回用及雨水集蓄）可供水量进行预测。对灌区蓄水工程、引水工程进行调节分析计算，可算出不同水平年地表水可供水量；污水及雨水回用水可广泛应用于地下水回灌，工业用水，农业灌溉、城市非饮用水，景观环境用水等，对缓解灌区水资源短缺有着重要的意义，因此可作为供水水源之一，参照《西安市雨水利用规划》、《西安市水中长期供求规划》可估算出不同水平年各研究单元污水及雨水回用量。
2．4地下水埋深预测
本文采用粒子群算法（PSO）对RBF神经网络参数进行优化［11，12］，并运用优化过的RBF神经网络方法对泾惠渠灌区地下水埋深进行预测。通过对泾惠渠灌区1981－2010年观测井资料分析，选用降雨量、蒸发量、径流量、渠灌引水量、气温、地下水开采量6个指标为神经网络的输入变量，地下水埋深为输出变量。运用实测数据检验，检验结果表明经PSO－RBF神经网络模型预测出的埋深数据可达到较高的精度要求，实测值、预测值拟合曲线Fig．3FittingcurveofgroundwaterburieddepthPSO－RBF网络模型具体构建步骤如下：①将RBF的中心、宽度以及网络权值编码成实数向量来表示种群中的个体。②初始化粒子群。③计算每个粒子的适应度，将粒子的当前位置作为初始pi，从种群中找出适应度最小的粒子作为初始pg；将当前适应度与的适应度进行比较，如果当前适应度更好，则更新pi；对于每个粒子，将其pi适应度与pg适应度进行比较，如果pi的适应度更好，则更新pg；④对每个粒子的速度和位置进行更新，产生下一代的粒子群。⑤如果当前的迭代次数达到预先设定的最大次数，则停止迭代，在最后一代找到全局最优解的近似值，否则，返回步骤③。⑥将pg对应的粒子作为RBF神经网络的参数，利用RBF算法进行训练，直至满足条件，结束训练。⑦利用灌区实验站1959－2008年的年均降水量、径流量、气温及蒸发量资料，1981－2008年的年均地下水开采量、渠灌引水量资料，建立时间序列模型，据此预测出灌区2009－2020年的年均降水量、径流量、蒸发量、气温、渠灌引水量、地下水可开采量。⑧将各影响因素变量值代入训练好的POS－RBF模型，对地下水埋深进行预测。
2．5调控结果按所设置的调控方案及调控思路
对泾惠渠灌区各水文地质分区水资源供需平衡分析，得到水资源调控结果（泾河二级阶地地区所占面积最大，需水量最大，且考虑到篇幅限制，这里仅给出该地区调控结果）从上述可以看出：2015年75％保证率条件下，泾河二级阶地地区未实行水资源供需调控时，总需水将达到36715万m3，为满足需水要求，地表水供水量为19000万m3，同时需开采地下水17715万m3，在该情形下运用PSO－RBF神经网络对地下水位埋深预测，得出埋深为13．1m，超出了埋深下限12．5m，表明需进行供需调控。从需水调控角度出发，通过增加节灌面积，调整产业结构等措施，可将需水量控制在34399万m3，节水量可达2316万m3；从供水调控角度出发，以地下水极限埋深12．5m为约束条件，利用水均衡法计算出该地区地下水最大开采量应为13534万m3；在地表水供水量保持不变的情况下，因限定了地下水开采量，导致出现缺水现象，缺水率为5．4％，通过增加雨水集蓄和污水回用工程可降低缺水率。同理，2020年75％保证率条件下，泾河二级阶地地区基本方案的需水量为38334万m3，初始水资源调控情形下，地下水埋深将达到13．3m，较2015年增加0．2m，超出了埋深下限12．5m。经调控后，水资源需求量可下降为36821万m3，地表水供水量为18500万m3，地下水极限开采量为13534万m3，雨水集蓄和污水回用量为3000万m3，将出现少量缺水，其缺水率为4．9％。综合说明，通过本次调控可缓解泾惠渠灌区水环境问题，将地下水位埋深控制在易于恢复且不发生盐碱化的合适范围内，同时将生活、工业污水经处理后作为供水水源，可弥补供水量不足，但在2020年仍出现少量缺水，建议新建、改建水利工程，适当增加地表水供水量。
3结论
（1）考虑到泾惠渠灌区属于北方灌区以及灌区各水文地质分区富水性的差异，以水文地质分区为研究单元，对75％、50％保证率下的水资源进行调控，结果可靠。
（2）PSO－RBF神经网络，很大程度上克服了RBF神经网络不恰当选取网络结构及参数所带来的网络收敛慢的问题。对泾惠渠灌区地下水埋深模拟预测结果表明，PSO－RBF算法具有较高的预测精度。
