水资源系统分析简述

系统分析是系统工程应用中最基本、最普遍的分析方法,原本出于对数学方程式组成的系统所进行的数学分析,但它不是简单的数学技术的应用,而是集合了多学科的概念、观点和技术发展起来的一门学科。系统分析方法主要研究确定系统内相关要素、结构、功能、状态、行为之间的关系及其与外部之间的关系,并通过逻辑推理和科学计算的定量分析途径,找出可行方案,再经过分析、综合和评价,选出最佳可行方案,供决策者参考。

系统分析最主要的内容就是确定系统的目的和目标,建立系统数学模型,实施模拟和优化技术,进行分析、综合与评价,最后做出选择方案的满意决策。可以认为,系统分析是对系统工程做出定量评价的基础,也是优选方案的工具。

随着社会的进步、人口的增长和经济的发展,人类社会对水的需求愈来愈迫切,供需矛盾日益尖锐,对水资源开发利用的期望也愈来愈高。从要求上讲,除了满足对水量的要求外,还得考虑水量的空间分布、时间变化以及水质控制、环境保护、生态平衡等需要;从目标上讲,已从单目标、单目的、单用途扩大到多目标、多目的、多用途;从地域上讲,已从单一河段、单一水库的开发发展到水库群、全流域乃至跨流域的整个水资源工程系统的规划和开发治理,因此现代水资源工程系统的规模愈来愈庞大,结构愈来愈复杂,功能愈来愈多样,服务面愈来愈广阔,其所涉及的人力、物力、财力及设备相当惊人,水资源系统的决策变量以及可供选择的方案众多,规划、设计、施工及运行管理工作空前复杂。显然,用传统的常规方法难以完美地解决如此庞大而复杂的问题,必须运用最新的科学技术成就。随着电子计算机的出现及现代数学的进展,一些现代技术和新的工具已经或正在被引进水资源工程的规划、设计和运行管理过程中,其中最重要的是系统分析。它能阐明水资源工程系统的特征和功能,揭示其与子系统间的相互关系,并能预测各种规划、设计、运行方案的系统效应,以便选择最佳方案,达到人们预期的目的。近40年来,系统分析方法在水资源工程中的应用日益广泛。(方乐润,1995)

(一)水资源系统分析所解决的主要问题

通常,水资源工程系统开发利用所涉及的主要问题,大体上可归纳为以下4类:

1.规划问题

明确系统的开发目的、目标、约束条件和环境要求,确定开发方式、规模、程度及其服务面,制定可行方案。

2.设计问题

通过系统分析和评价,选择最优方案,并合理地确定和设计一个水资源系统的各部件(工程)的最优规模(尺寸、容量、能力等)。

3.施工问题

决定一个水资源工程系统各部件的最优施工时序和施工组织管理。

4.运行管理问题(www.xing528.com)

确定系统的最优运行准则和管理模式,以取得系统开发目标的最大价值。

本章主要讨论的就是水资源系统的第4个问题,如何通过系统模拟与优化对水资源进行优化合理配置。

(二)水资源系统分析的特点

1.多学科性

由于水资源系统具有自然性和社会性的双重特性,因此水资源工程问题的求解必然要应用自然科学和社会科学的许多分支学科的知识。问题的多学科性是水资源工程的重要特点之一。

2.复杂性

现代水资源工程几乎总是有许多部件(工程)组成,这些工程服务于不同的用户,具有多方面的目的(用途),它们间既相互联系又相互矛盾,现代水资源工程是一个多部件、多变量、多用户、多决策的复杂系统。问题的高度复杂性构成水资源系统分析的又一重要特点。

3.随机性和非线性

通常,作为水资源系统输入的径流资料的随机性是众所周知的,加之外界社会和人们思维过程中的不确定性,以及水资源系统中存在大量非线性的约束和函数关系,这些均给问题的求解增加了复杂性和难度。

4.多目标性

水资源是国民经济许多部门所必需的,并直接影响整个国计民生,因此水资源的开发利用从本质上和实用上都具有多目标的特点。除传统的经济目标外,环境质量和社会福利也必须作为水资源系统分析的目标,只有这样才能正确充分地反映水资源工程的真正社会价值。