《水資源優(yōu)化配置理論及應用案例》指導下計算機技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中的應用

水資源是人類生存發(fā)展的重要資源，對人類生命健康、生產(chǎn)生活都具有重要作用。隨著人類對水資源開發(fā)的不斷深入，如何更好地分配、利用水資源已成為社會發(fā)展的主題，于是人們將計算機技術(shù)引入水資源的監(jiān)測與優(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)。《水資源優(yōu)化配置理論及應用案例》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，為相關從業(yè)人員與科研人員提供參考。

該書前言部分簡單介紹水資源優(yōu)化配置這一課題研究的背景、現(xiàn)狀、意義和研究內(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)動力學特征分析方法；第三章對河南受水區(qū)的水資源系統(tǒng)動力學特征進行分析；第四章構(gòu)建復雜系統(tǒng)水文資源要素預測模型；第五章以鄭州為例，研究城市生態(tài)環(huán)境需水量與評價指標體系；第六章介紹復雜系統(tǒng)水資源合理配置的內(nèi)涵、原則及機理；第七章構(gòu)建復雜水資源系統(tǒng)多目標優(yōu)化配置模型并進行求解；第八章根據(jù)模型對河南受水區(qū)的水資源配置模型進行優(yōu)化設計；第九章介紹鄭州水資源調(diào)配方案的設計；第十章闡述南水北調(diào)水價形成機制；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，通過興修水利對全國范圍的水資源進行重新分配、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，都是我國人為調(diào)配水資源所采取的重要工程措施。這種針對特定流域或區(qū)域而建設的工程可有效提高水資源的配置效率，從而提高用水效率。在整個調(diào)配過程中，計算機技術(shù)的應用十分普遍，人們利用計算機技術(shù)實現(xiàn)對水資源的監(jiān)測、評價，并構(gòu)建水資源配置模型，此外，人們還利用計算機技術(shù)計算、確定水價，實現(xiàn)對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，計算機技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中發(fā)揮的作用表現(xiàn)如下。

第一，利用計算機技術(shù)對水資源進行監(jiān)測。水資源的監(jiān)測主要包括水質(zhì)監(jiān)測、水體變化監(jiān)測，如水體中成分含量、水質(zhì)污染情況等，監(jiān)測結(jié)果可為區(qū)域居民生活用水提供安全保障。在進行水質(zhì)監(jiān)測時，主要利用計算機技術(shù)構(gòu)建水資源監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化監(jiān)測，如在監(jiān)測水體成分含量時可通過傳感器連接計算機系統(tǒng)終端的方式進行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過計算機網(wǎng)絡進行高效傳輸，這些數(shù)據(jù)被存儲在數(shù)據(jù)庫中，可進行檢索、處理分析，為相關部門或人員進行水質(zhì)評估提供參考。水體變化監(jiān)測則包括水位波動變化、泥沙含量以及降水量等，根據(jù)水位、降水量等數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對區(qū)域未來一段時間內(nèi)水資源的預測，從而為科學調(diào)配水資源提供參考。在實際監(jiān)測過程中，常利用計算機模擬技術(shù)構(gòu)建水資源預測模型，根據(jù)測定數(shù)據(jù)科學計算未來水位，并對異常水位、水質(zhì)進行預警。

第二，利用計算機技術(shù)實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。現(xiàn)今人們主要采取計算機算法來實現(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，建設集經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益目標于一體的水資源優(yōu)化配置方案。參考各變量相關關系，人們可構(gòu)建關于居民基本生活用水的最小化目標函數(shù)、區(qū)域生產(chǎn)用水最小化目標函數(shù)以及生態(tài)用水最小化目標函數(shù)，利用遺傳算法可對多目標函數(shù)進行求解，獲得最優(yōu)化求解結(jié)果，政府可根據(jù)此結(jié)果對當?shù)夭煌a(chǎn)業(yè)、不同區(qū)域的供用水量進行規(guī)劃配置，從而實現(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，推動水資源規(guī)劃配置走可持續(xù)發(fā)展道路。

第三，利用計算機技術(shù)完成水資源定價與收費工作。現(xiàn)今我國主要采取階梯式水價機制，通過制定嚴格的征收標準來對社會用水進行限制，緩解水資源浪費、水質(zhì)污染嚴重的問題。在水價核定過程中，計算機信息技術(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算機系統(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。在進行水資源收費時，也常利用基于計算機技術(shù)構(gòu)建的自來水收費系統(tǒng)進行用水統(tǒng)計與價格計算，整個收費系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡與銀行業(yè)務系統(tǒng)、建筑智慧水電管理系統(tǒng)相連接，可實現(xiàn)對居民用水計價收費的智能化管理，水資源定價與收費會更加便捷、高效，也為控制居民用水量提供了參考，間接促進了區(qū)域供水量調(diào)整，推動了水資源的優(yōu)化配置。

總之，計算機技術(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，也為推動社會經(jīng)濟發(fā)展提供了助力。未來應加強計算機技術(shù)在水資源優(yōu)化配置中的應用，使水資源配置工作更加公平、高效。

作者簡介：石新宇（１９７５—），男，山西汾西人，臨汾職業(yè)技術(shù)學院實驗師，研究方向為計算機與網(wǎng)絡技術(shù)