华北地区2013—2025年水资源战略数学模型华北地区2013—2025年水资源战略数学模型.doc

华北地区2013—2025年水资源战略数学模型 摘 要 水资源是人类生产生活最关键的资源，可如今，水资源短缺已发展成为世界性问题，随着经济、社会、人口的持续增长，水资源成为制约中国发展的重要因素。本文选取的是水资源短缺具有代表性的华北地区为研究对象，收集和整理有关水资源的相关数据，建立数学模型来制定具有成本效益的水资源战略。 本文通过建立Logistic模型，预测2013年到2025年华北地区各省市的人口数量，由于历年人均需水量变化微小，故假设各省市每年人均需水量保持不变，则华北地区2025年预测需水总量为各省市人口数量与各省市人均需水量乘积的和。再通过灰色预测模型，对已收集到的供水数据预测2025年的供水总量，通过比较供水总量和需水总量的大小，分析华北地区缺水的程度，从而制定水资源战略。为提高水资源战略的有效性和可行性，我们先收集水资源的情况，从而确定水资源的主要来源是自然水（地下水、地表水）的存储；然后对流动水的转移工程建立经济效益分析模型，为水资源转移决策提供了切实可行的依据；最后，关于水资源环境污染和保护，我们采用费用—效果分析法对调水和污水再生利用两种方案的费用与利益进行比较，得出污水再生利用方案具有更大的成本优势和更好的效果，能够有效地缓解华北地区水资源短缺的问题。 关键词： 水资源战略 Logistic模型 灰色预测模型 经济效益分析模型 费用—效果分析法 1．问题重述 目前，中国年用水总量已突破6000亿立方米，全国年平均缺水量500多亿立方米，三分之二城市缺水。我国人均水资源量远低于世界平均水平，被联合国列为1 2个贫水国之一，而华北地区是我国水资源最为缺乏的地区之一，该区现有全国人口总量的26％，水资源仅占全国总量的6％，人均占有量555立方米；其中河北省人均水资源最为256．3立方米，为全国人均水资源量的1 l％。受水资源总虽少的影响。由于水资源短缺，不得不大量开采地下水。随着人口的增加、经济的发展，对水资源的需求量却在不断增加，供需矛盾日渐突出。迫切需要人们节约用水，采取各种措施提高水资源利用效率，来应对社会经济发展所带来的水资源供需矛盾。水资源的有效利用对于社会经济的稳定和整个国民经济的持续发展都具有战略性的意义。 本题选择华北地区为研究对象，华北地区包括北京市、天津市、河北省、山西省、内蒙古自治区，先充分收集该地区水资源的相关数据，建立适当的数学模型预测分析从2013年到2025年水资源短缺状况。依据我们量化得到的数据，从水资源的存储、流动、环境污染（比如盐碱化、重金属污染等）和保护等方面着手建模分析成本效益，最后制定水资源的最优战略决策，以满足华北地区直到2025年的用水需求。 2.问题分析 华北地区人口较多，经济发达，年需水量比较大，随着需水量的增加，供水量出现了短缺，供水不足影响该地区的社会、经济、农业、工业的发展，经过查找资料我们总结出造成华北地区水资源短缺的主要因素： (一)水资源总量少、人均量更少，使用量大，地下水严重超采。 华北人均水资源多年平均量为335立方米，为全国人均水资源量的15％；其中河北省人均水资源最为256．3立方米，为全国人均水资源量的1 l％。受水资源总量少的影响．华北地区地下水的开采量占全国开采总量的54．78％。由于水资源短缺，不得不大量开采地下水。 (二)水资源时空分布不均 在时间上，水资源时空分布不均。年际间，主要表现在出现丰水年和枯水年的现象；年度内，主要表现在夏秋降水多，水资源量相对较多；冬春降水少，水资源量相对短缺。在空间上，水资源的分布不均。主要表现为资源水量和地表蒸散发量随地带性变化而分布不均匀。 (三)人类活动的影响巨大，生态环境用水被大量挤占 人类活动对水资源的深刻影响，一方面表现在水资源的开发利用上，另一方面则表现为土地利用的影响。城市人口增加，经济发展。单位面积上的需水量很大，对水资源的压力巨大；尢城市化引起降雨对地下水的人渗补给减少，同时使城区暴雨汇流时间缩短，洪峰过程更加尖瘦”，洪峰流量大大增加，加重了防洪负担；农业灌溉面积扩大，水资源的蒸发消耗大增加。使天然系统中的地表水和地下水的数量大大减少。 (四)污染和浪费严重，污水处理率低 随着城市化进程的加快和乡镇企业的迅速崛起，以及农村化肥、农药的使用量不断增加，华北地区的水资源受到了严重的污染。 海滦河流域污水处理率较低，现状不足30％：污水处理能力在地区上发展不均衡，除北京和天津市污水处理率较高外，其它城市污水处理率较低。水质恶化是华北地区水质型缺水的重要事实。如北京市上游永定河的官厅水库，由于上游来水被严重污染，己使水库丧失了供水功能，从而加剧了北京市的缺水形势。 为了制定有效可行的水资源优化策略，我们分以下几个方面来计算分析： 1、先用Logistic模型估测出华北