《水資源優(yōu)化配置理論及應(yīng)用案例》指導(dǎo)下計(jì)算機(jī)技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用

水資源是人類生存發(fā)展的重要資源，對(duì)人類生命健康、生產(chǎn)生活都具有重要作用。隨著人類對(duì)水資源開發(fā)的不斷深入，如何更好地分配、利用水資源已成為社會(huì)發(fā)展的主題，于是人們將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入水資源的監(jiān)測(cè)與優(yōu)化配置過程中，利用算法構(gòu)建水資源優(yōu)化配置模型與系統(tǒng)?！端Y源優(yōu)化配置理論及應(yīng)用案例》系統(tǒng)闡述構(gòu)建水資源優(yōu)化配置模型以及求解的具體方法，為相關(guān)從業(yè)人員與科研人員提供參考。

該書前言部分簡(jiǎn)單介紹水資源優(yōu)化配置這一課題研究的背景、現(xiàn)狀、意義和研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線。第一章基于南水北調(diào)中線工程分析河南受水區(qū)的水資源狀況與供用水現(xiàn)狀；第二章介紹水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征分析方法；第三章對(duì)河南受水區(qū)的水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行分析；第四章構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)水文資源要素預(yù)測(cè)模型；第五章以鄭州為例，研究城市生態(tài)環(huán)境需水量與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；第六章介紹復(fù)雜系統(tǒng)水資源合理配置的內(nèi)涵、原則及機(jī)理；第七章構(gòu)建復(fù)雜水資源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化配置模型并進(jìn)行求解；第八章根據(jù)模型對(duì)河南受水區(qū)的水資源配置模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第九章介紹鄭州水資源調(diào)配方案的設(shè)計(jì)；第十章闡述南水北調(diào)水價(jià)形成機(jī)制；第十一章提出構(gòu)建南水北調(diào)工程河南段水資源優(yōu)化利用與管理決策系統(tǒng)，闡述了其構(gòu)建思路與總體框架。

我國(guó)水資源短缺的問題由來已久，近現(xiàn)代以來，通過興修水利對(duì)全國(guó)范圍的水資源進(jìn)行重新分配、調(diào)整，如南水北調(diào)工程、三峽工程以及鄂北水資源調(diào)配工程、西藏滿拉水利樞紐工程等，都是我國(guó)人為調(diào)配水資源所采取的重要工程措施。這種針對(duì)特定流域或區(qū)域而建設(shè)的工程可有效提高水資源的配置效率，從而提高用水效率。在整個(gè)調(diào)配過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用十分普遍，人們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)，并構(gòu)建水資源配置模型，此外，人們還利用計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算、確定水價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源配置的全面管理，為區(qū)域供用水管理提供數(shù)據(jù)參考。具體來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中發(fā)揮的作用表現(xiàn)如下。

第一，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水資源的監(jiān)測(cè)主要包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水體變化監(jiān)測(cè)，如水體中成分含量、水質(zhì)污染情況等，監(jiān)測(cè)結(jié)果可為區(qū)域居民生活用水提供安全保障。在進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，如在監(jiān)測(cè)水體成分含量時(shí)可通過傳感器連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)終端的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效傳輸，這些數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，可進(jìn)行檢索、處理分析，為相關(guān)部門或人員進(jìn)行水質(zhì)評(píng)估提供參考。水體變化監(jiān)測(cè)則包括水位波動(dòng)變化、泥沙含量以及降水量等，根據(jù)水位、降水量等數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域未來一段時(shí)間內(nèi)水資源的預(yù)測(cè)，從而為科學(xué)調(diào)配水資源提供參考。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，常利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)構(gòu)建水資源預(yù)測(cè)模型，根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算未來水位，并對(duì)異常水位、水質(zhì)進(jìn)行預(yù)警。

第二，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置?，F(xiàn)今人們主要采取計(jì)算機(jī)算法來實(shí)現(xiàn)水資源的合理分配與利用，如基于遺傳算法的水資源優(yōu)化配置方法，可綜合考慮區(qū)域政府在區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、居民生活用水、生產(chǎn)用水以及生態(tài)環(huán)境方面，建設(shè)集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)效益目標(biāo)于一體的水資源優(yōu)化配置方案。參考各變量相關(guān)關(guān)系，人們可構(gòu)建關(guān)于居民基本生活用水的最小化目標(biāo)函數(shù)、區(qū)域生產(chǎn)用水最小化目標(biāo)函數(shù)以及生態(tài)用水最小化目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法可對(duì)多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，獲得最優(yōu)化求解結(jié)果，政府可根據(jù)此結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)夭煌a(chǎn)業(yè)、不同區(qū)域的供用水量進(jìn)行規(guī)劃配置，從而實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，緩解區(qū)域水資源供需矛盾，如此便可有效提高區(qū)域水資源利用效率，推動(dòng)水資源規(guī)劃配置走可持續(xù)發(fā)展道路。

第三，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成水資源定價(jià)與收費(fèi)工作?，F(xiàn)今我國(guó)主要采取階梯式水價(jià)機(jī)制，通過制定嚴(yán)格的征收標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)社會(huì)用水進(jìn)行限制，緩解水資源浪費(fèi)、水質(zhì)污染嚴(yán)重的問題。在水價(jià)核定過程中，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用十分突出，如市政部門可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搜集居民用水量等數(shù)據(jù)，結(jié)合水企制水、輸配成本等，合理制定水價(jià)。在進(jìn)行水資源收費(fèi)時(shí)，也常利用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建的自來水收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行用水統(tǒng)計(jì)與價(jià)格計(jì)算，整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)、建筑智慧水電管理系統(tǒng)相連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)居民用水計(jì)價(jià)收費(fèi)的智能化管理，水資源定價(jià)與收費(fèi)會(huì)更加便捷、高效，也為控制居民用水量提供了參考，間接促進(jìn)了區(qū)域供水量調(diào)整，推動(dòng)了水資源的優(yōu)化配置。

總之，計(jì)算機(jī)技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中發(fā)揮了重要作用，為城市供水安全提供了保障，也為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了助力。未來應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用，使水資源配置工作更加公平、高效。

作者簡(jiǎn)介：石新宇（１９７５—），男，山西汾西人，臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)