水利部“948”项目可行性研究报告.doc

水利部“948”项目可行性研究报告.doc

《水利部“948”项目可行性研究报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利部“948”项目可行性研究报告.doc（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

附件1

水利部“948”项目可行性研究报告

项目名称：

区域水资源综合管理关键技术研究与应用

申请单位：

河南省水利科学研究院

项目负责人：

路振广

联系人：

路振广

联系电话：

0371-65571526

E-mail：

skslzg@

单位地址：

郑州市纬五路39号

邮政编码：

450003

归口单位：

河南省水利厅

申请日期：

2009年5月22日

水利部“948”项目管理办公室制

2009年5月22日

填写说明

1.该报告按照所提供的格式用计算机填写，字体采用仿宋体，字号为小四号，用A4纸打印。

2.承担单位名称须填写全称，并与单位公章一致。

封面加盖公章。

3.归口单位为负责审定所属各单位申请项目，并统筹向科技计划主管部门申报的单位。

部直属科研院所、企事业单位可直接申报，流域机构所属科研单位通过委科技部门申报，地方科研单位通过地方水利厅（水务局）申报。

4.对于有引进内容的项目要详细填写引进的设备、仪器、技术、软件、专利、引进的国别、技术持有单位、规格、数量等内容；没有引进内容的项目则不必填写上述内容。

5.聘请外国专家和出国培训、考察经费应依据国家有关外事规定核算，写出测算依据。

6.国外设备（产品）购置费指从国外购买设备、仪器、技术、专利、软件等产品的费用。

7.经费预算须遵照《水利部中央级项目支出预算管理细则》要求填写。

8.项目执行期限原则上不超过3年。

9.该报告必须实事求是逐项填写，表达要明确、严谨。

凡不符合资助范围，项目内容不具体、目标不明确，填写内容不全，文字不通，手续不完备的可行性研究报告，不予受理。

10.该报告书面材料一式六份，报送水利部“948”项目管理办公室，电子版通过网上申报上传。

书面材料寄至北京市海淀区玉渊潭南路3号C座水利部科技推广中心水利部“948项目管理办公室（邮编100038）

项目基本信息表

项目名称

区域水资源综合管理关键技术

研究与应用

所属专业

水资源

项目类型

应用基础

社会公益

技术开发

技术引进

推广转化

√

申请单位

河南省水利科学研究院

邮政编码

450003

通讯地址

郑州市金水区纬五路39号

单位属性

√科研机构□设计单位□大专院校□企事业□其它

项目负责人

姓名

路振广

性别

男

出生年月

1962.12

职务

所长

职称

教高

专业

农水

身份证

410711196212161617

联系电话

0371-65571526

单位

河南省水利科学研究院

手机

13939032992

项目联系人

姓名

路振广

传真

0371-65571526

联系电话

0371-65571526

E-mail

skslzg@

手机

13939032992

归口单位

河南省水利厅

协作单位

郑州大学

北京新禹万融高科技公司

项目内容及

解决主要问题

（1）区域中长期水文预报技术集成研究；

（2）水库群优化调度和水资源合理配置模型研究；（3）水资源动态复杂巨系统多年自动模拟演算评估模型研究；（4）区域水资源综合管理决策支持系统研发等。

主要解决中长期水文预报技术的可靠性与区域水资源优化管理技术的匹配耦合以及智能化决策与应用问题。

预期成果

从区域中长期水文预报、多水源合理调度配置与动态方案自动模拟演算评估、智能化决策等方面提出本省水资源综合管理技术有机集成模式以及可操作性较强的成套技术成果，并进行推广转化与示范。

引进内容

（国别、技术持有单位、型号、数量等）

引进美国乔治亚水资源研究所“水文预报与水资源优化管理决策支持系统”一套。

引进

经费

130.00万元

出国培训

3人

国家

美国

天数

15天

经费

13.50万元

邀请外国专家

2人

国籍

美国

天数

10天

经费

8.00万元

执行周期

36个月

示范地点或依托工程

河南省白龟山水库及其灌区

总经费

335.23万元

其中

国拨经费

198.00万元

自筹经费

137.23万元

一、项目的必要性、先进性、解决的关键问题及目的意义

河南省水资源天然不足，水旱灾害频繁。

全省人均水资源占有量414.5m3，仅为全国人均水平的1/5，正常年份缺水40.0亿m3，属严重缺水地区，水资源短缺已成为全省经济社会可持续发展和生态环境建设的重要制约因素；河南省地跨四大流域、两大气候带，特有的地理气候特征导致降水时空分布不均，水旱灾害频繁，特别是去冬今春连续一百多天无有效降雨，受旱范围之广、时间之长、程度之重、危害之大，均属新中国成立以来同期所罕见，给我省农业生产造成了严重不利影响。

与此同时，目前我省在水资源开发利用与管理方面还突出存在着以下几个问题：

一是水资源管理粗放，用水效率低，浪费严重；二是随着经济社会的快速发展，工业和生活用水进一步挤占农业用水，农业水资源供需矛盾加剧，农业供水保证率降低，农田有效灌溉面积存在着萎缩趋势，效益衰减，已影响到灌区的可持续发展；三是部分地区水污染严重，进一步加剧了水供需矛盾；四是我省水资源总量中，扣除最低生态环境需水和难以控制利用的洪水，水资源可利用量仅195.2亿m3，不足水资源总量的一半，水资源开发潜力十分有限，开发难度越来越大。

目前，我省正在以占全国1.4%的水资源养活占全国7.6%的人口、生产占全国10.3%的粮食，水资源与水环境承载能力已超过极限，人口、资源与环境领域面临的问题日益突出。

党中央、国务院十分重视水资源问题，根据我国水资源面临的严峻形势，要求以水资源的可持续利用支持经济社会的可持续发展，强调解决我国水问题的核心是提高用水效率，建设节水型社会。

农业是用水大户，又是用水效率较低和竞争力较弱的产业，研究和加强区域水资源特别是农业水资源的配置调控能力和综合管理问题，促进水资源集约开发、节约利用和有效保护，建设节水型农业，不仅是推动传统水利向现代水利转变、积极践行可持续发展治水思路的需要，而且对于提高区域水旱灾害综合防御能力、保障国家粮食安全、发展民生水利和建设社会主义新农村具有重大的现实意义。

本项目针对河南省大中型水库灌区水资源利用与管理中存在的共性问题，通过对典型大中型水库灌区水资源高效持续利用与管理关键技术的集成研究与应用，为提高我省大中型水库灌区可持续发展能力提供技术支撑。

关于区域水资源综合管理问题，国内不少单位从不同的侧面做了大量的研究，也取得不少成果，但是成果的系统性和可操作性较差，特别是有关水资源综合管理技术集成化程度低，技术不配套，实用性不强，应用于生产实际尚有一定的困难。

本项目在现有国内外研究成果的基础上，引进美国乔治亚水资源研究所最新研制的“水文预报与水资源优化管理决策支持系统”，结合实际，加以消化吸收和创新，重点解决中长期水文预报技术的可靠性和多水源联合调度与水资源优化配置技术的嵌套问题，并与智能化决策支持技术研究有机结合，强化成果的配套性、综合性、先进性和实用性，便于生产管理者运用，这正是本项目研究所要解决的关键问题和先进之处。

二、国内外同类技术概况、水平及发展趋势

本项目重点结合引进美国的“水文预报与水资源优化管理决策支持系统”中的关键技术——水文中长期预测预报技术、水资源动态优化配置技术和计算机辅助管理决策支持技术，项目研究人员重点查阅了此三项关键技术领域国内外七十余篇最新文献资料，就当前国内外同类技术概况、水平与发展趋势，简要综述如下：

1、在水资源系统调控管理与优化配置技术研究领域，近几十年来，随着世界性水资源危机的加剧，国内外关于区域水资源合理配置模型的研究异常活跃，取得的成果很多。

国外在这方面的研究始于20世纪50年代中期，六七十年代得到迅猛发展，线性规划、动态规划、多目标规划、群决策和大系统理论被广泛应用于水资源模型研究与综合管理中。

20世纪80年代以后，随着计算机的普及、地理信息系统（GIS）的发展以及公众参与水资源管理意识的不断提高，开发多用户参与的交互式多目标水资源配置模型得到了重视。

20世纪90年代中期以后，水资源管理模型研究出现了新的趋势。

一方面，神经网络方法、遗传算法和随机模拟等计算技术不断引入模型中，另一方面表现为水资源管理模型与地理信息系统、水文模型和经济模型的耦合。

如Minsker等应用遗传算法（GeneticAlgorithms）建立了不确定性条件下水资源配置多目标分析模型；Rosegrant等为评价改善水资源配置和利用的效益，将经济模型与水文模型进行耦合并把模型应用于智利的Maipo流域；Xu等将分布式水文模型与地理信息系统有机结合，解决了传统方法不能解决的大量水资源配置方案的检验问题，同时，初步开发出水资源管理空间决策支持系统（SDSS）。

近年来，英国、奥地利和美国等研究机构相继开发出功能较强的水资源规划与管理模型及决策支持系统软件。

国内在这方面的研究虽起步较迟，但发展却很快，研究成果也不少，如沈佩君等（1987）对江苏某灌区的南四湖水、南水北调工程供水、地下水及灌溉回归水四种水源建立非线性规划模型；李寿声等（1989）针对内蒙河套灌区的具体情况，运用大系统分解—协调技术建立灌区优化灌溉制度及二水联合运用谱系模型；方淑敏等（1990）对滦河的跨流域引水多水库联合优化调度的研究；谢新民（1992）对水资源大系统的运行管理问题进行了分析和研究,建立了水资源大系统分布参数谱系管理模型,并提出了一种二级分解-协调算法;陈志恺和王浩等（1993）承担的联合国开发计划署技术援助项目“华北水资源管理（UNDPCPR/88/068）”,首次在我国开发出华北宏观经济水资源优化配置模型,研制出京、津、唐地区宏观经济水资源规划决策支持系统,包括由宏观经济模型、多目标分析模型和水资源模拟模型等7个模型组成的模型库,由Oracle软件及ARC/INFO软件支持的数据库和多级菜单驱动的人-机界面等,实现了各模型之间的连接与信息交换；谢新民和陈守煜等（1994）利用大系统理论和模糊数学及响应矩阵法,研究地表--地下水资源系统多目标管理模型与模糊决策问题,建立了水电站水库群与地下水资源系统联合运行管理模型,并提出一种目标-协调计算方法；马宏志、翁文斌和王忠静（1998）在总结和延伸了水资源规划的多目标发展、相互作用、动态与风险性、公众接受和滚动规划原理的基础上，提出一种交互式宏观多目标优化与方案动态模拟相结合的决策支持规划思想和操作方法，用分段静态长系列法模拟水资源系统的动态特性，开发出相应的规划决策支持系统；甘泓、尹明万（1998）结合邯郸市水资源管理实际需要，率先在地市一级行政区域研究和应用了水资源配置动态模型并开发出界面友好的水资源配置决策支持系统；谢新民、裴源生和秦大庸等（2000）根据宁夏的实际情况和亟待研究解决的问题,基于社会经济可持续发展和水资源可持续利用的观点,利用水资源大系统分析理论和方法,根据宁夏水资源优化配置的目标及要求,研究建立的水资源优化配置模型系统由4个计算模型和两种模式组成:

浅层地下水模型、需水预测模型、基于灌溉动态需水量计算的水均衡模型、目标规划模型,以及南部山区水资源高效利用模式、引黄灌区地表水与地下水联合高效利用模式等,并研制出水资源配置智能型决策支持系统,可友好地为决策部门提供全面的决策参考和可供具体操作、实施的水资源优化配置推荐方案；王浩、秦大庸和王建华等（2001）在“黄淮海水资源合理配置研究”中,首次提出水资源“三次平衡”的配置思想,系统地阐述了基于流域水资源可持续利用的系统配置方法,其核心内容是在国民经济用水过程和流域水循环转化过程两个层面上分析水量亏缺态势,并在统一的用水竞争模式下研究流域之间的水资源配置问题,是我国水资源配置理论与方法研究的新进展。

近年来，该领域的研究成果更多，如陈守煜等（2003）建立的大连市宏观经济水资源发展规划多目标群决策模型；谢新民和岳春芳等（2005）建立了基于原水——净化水耦合配置的多目标递解控制模型,并提出了分解——协调耦合计算流程，通过多种配置模式和方案的模拟计算和综合对比分析,给出了2种优先推荐的配置模式和70多个推荐配置方案,为珠海市未来20年的水资源优化配置和统一管理提供了科学依据；周玉琴等（2005）针对深圳市东部供水系统的特点,应用大系统分解聚合分析的原理和方法,建立了东部水库群联合供水优化调度二层递阶模型；张展羽等（2006）首次将基于分解协调的人工鱼群算法应用于作物优化配水的计算,并利用VisualBasic6.0软件编制了沿海缺水灌区水资源优化调配耦合模型的计算程序；蔡龙山等（2006）采用大系统分解协调技术与动态规划相结合的方法，对水库群系统水资源优化配置问题进行了分析和研究，构建了灌区两层二级结构的水库优化调度系统的数学模型；燕文明（2007）在对三峡库区生态系统健康状况和水资源承载力两者关联性研究的基础上，借鉴法国罗纳河流域的水资源管理经验，提出了三峡库区的水资源管理模式；李若璞（2007）以衡水市水资源管理实际为背景,以VisualBasic和MicrosoftAccess作为开发工具,开发基于数据库、模型库、方法库、知识库和具有友好人机交互界面的衡水市水资源管理决策支持系统；粟晓玲（2007）以石羊河流域为例，在分析了干旱区水资源配置面临的挑战的基础上,建立了干旱区面向生态的水资源合理配置研究框架体系,主要包括干旱区受水控制的生态系统演变、水资源的生态价值估算、干旱区生态环境需水理论,以及面向生态的水资源合理配置模型与应用；甘治国、蒋云钟等（2008）在分析北京市水资源利用现状的基础上,综合考虑水资源系统供、用、耗、排主要环节中所涉及的要素和相互连接关系,抽象概括出系统中的主要对象,建立了满足北京市配置目标要求的水资源系统网络概化图，提出并开发了基于规则控制的北京市水资源配置模拟模型；李扬;秦大庸等（2008）对黑河中游地区水资源系统进行概化,依据高效、公平、和谐、可持续的原则建立水资源合理配置模型,对2010水平年和2020水平年的水资源配置进行了优化；杜守建、白玉慧等（2008）运用多目标规划和动态规划的基本理论,以济平干渠供水区为例,建立了南水北调工程山东段实时调度数学模型,用遗传算法对所建立的模型进行求解,获得供水区水资源优化分配方案、东平湖及济平干渠按年、月、旬等不同时段的优化调度方案,研究成果对南水北调工程山东段水资源的实时调度及管理具有一定的理论价值和实际意义。

总之，近30年来，国内在该领域研究成果卓著，成效显著。

水资源系统结构复杂、功能综合、影响因素众多。

水资源管理研究必须考虑其系统固有的特征属性以及经济社会发展和生态环境保护的要求。

为此,该研究领域目前可以预见的发展方向和趋势是:

以单纯追求一个目标最优的择优准则,正向由复杂事物固有的多目标优化满意准则转化;从单一整体、功能有限的模型结构形式,将发展为分散的、多层次的、而且又能协调和聚合的多功能模型系统;从“策略导向”的个人决策模式,正演化为“决策过程导向”的个人或群体决策模式等。

2、在水文要素中长期预测预报技术研究方面，长期以来，国内外学者做了大量的研究与探索工作，取得了不少成果与经验，提出了多种预测预报技术，主要分为成因分析法、数理统计法、模糊数学法、灰色系统法和神经网络法五大类，具体方法多达300余种。

其中，灰色系统预测法是二十世纪八十年代由我国学者邓聚龙教授独创，神经网络预测法是二十世纪九十年代初从国外引进的新技术，这两项技术近十几年发展很快，在社会经济、工程技术等各个领域都有广泛的应用。

如李呈义（1990）、陈意平等（1990、1991、1992）、张立虎（2000）、李生宝（2002）、孙才志等（2007）分别应用灰色系统预测方法对气象灾害或水文要素进行预报探讨；陈守煜等（1985、1991、1995、2002）在研究水文水资源系统随机性与模糊性基础上，相继提出了径流长期预报模糊推理模式、模糊聚类模型与模糊模式识别预测模型等，并对辽宁省大伙房水库的入库径流进行预报；王向东等（2003）应用神经网络BP模型对华东地区冰雹、龙卷风、暴雨等灾害性天气成功地进行短时预报；贾海峰等（2006）应用灰色—时序组合预测模型对北京地区水资源量变化趋势进行预报；雷晓云等（2005）应用时序递阶组合模型对天山冰川河流径流量进行预报；杨荣富等（2006）对神经网络模型加以改进，用于降雨径流短期预报问题；屈忠义等（2006））、付强等（2007）、尚松浩等（2008）分别应用人工神经网络模型对田间土壤墒情、水稻需水量和区域土壤水盐动态进行预报等。

从上述研究成果和应用情况看，各种预测预报方法都有不同的适用条件和优缺点，短期预报效果较好，中长期预报精度较低可靠性差。

水文年预报属于中长期预报，这方面的工作目前做得还比较少，究竟什么方法适合，需要在众多的预报方法中筛选比较和研究。

本项目拟将引进的中长期水文预报技术与河南省汛期旱涝趋势预测模型、数值动力延伸产品释用预报技术和以天文背景为因子的预报方法进行集成研究，形成组合预测方法，进一步提高中长期水文预报技术的精度和可靠性，为水资源系统的优化调度提供配套技术，克服目前该领域研究中技术不配套难以实现水资源实时调度管理的局面。

3、关于决策支持系统（DSS），国际上在这方面的研究产生于20世纪70年代末，近20多年来随着系统分析、计算机软硬件技术以及数据库技术等相关学科技术的迅速发展，使得DSS也得到了快速发展，目前DSS已基本进入成熟时期，在医疗、气象、农业和军事等许多领域获得广泛应用，取得了较好效果。

国内研制DSS虽起步较晚，但发展也较快，目前已开发不少DSS，如京津唐水资源规划DSS、节水灌溉DSS、暴雨预报DSS、黄河水资源调度DSS等等，但关于灌区水资源管理DSS还未见研制开发，本项目拟结合我省灌区实际，开发灌区水资源高效持续利用管理DSS，作为水库和灌区管理者进行决策的辅助支持工具。

综上所述，近几十年来国内外在水文中长期预测预报技术、水资源动态优化配置技术以及计算机辅助管理决策支持技术研究方面取得了不少有价值的成果，这些成果不仅在提高区域水资源管理水平方面发挥了作用，而且在理论上也有不少创新。

但是，从该领域的研究应用现状与发展趋势看，现有技术存在的问题也不少，主要表现在：

一是模型的系统化、集成化和仿真程度低，自适应能力差；二是或缺少配套的中长期水文预报技术，或预报的精度和可靠性不高；三是数据库管理系统的功能不够强大，兼容性较差；四是人机交互图形界面缺乏人性化设计，不够简单直观，生产管理人员不便于操作应用等。

本项目拟在引进美国“水文预报与水资源优化管理决策支持系统（GTDSS）”的基础上，结合实际，通过消化吸收和再创新，可以较好地克服目前国内同类技术存在的不足。

三、项目主要内容（非引进项目可不填

（一）和

（二）项内容）

（一）引进内容

1、引进技术、设备、仪器、软件的名称、规格、型号、数量等，各技术产品持有方的国别和单位名称

本项目拟引进的一套“水文预报与水资源优化管理决策支持系统（GTDSS）”系美国乔治亚水资源研究所最新研制的软件产品。

2、详细叙述各引进技术产品的先进性、技术指标及解决的关键问题

位于美国著名学府乔治亚理工学院校园内的乔治亚水资源研究所（GWRI）是一个专门从事水资源的优化利用及规划管理先进技术的开发、应用和推广的研究机构。

其主要产品“水文预报与水资源优化管理决策支持系统（GTDSS）”是目前世界上最先进的水资源与能源管理专业软件系统之一，它包括以下子系统：

GIS数据库；水文水情预报系统；农业规划与灌溉系统；水质监测控制系统；流域水资源优化管理系统；水库群调度与发电控制系统。

此系统被很多国家的水资源运行管理部门和流域管理机构所采用，获得巨大经济效益和社会效益。

美国乔治亚水资源研究所所长ARISGEORGAKAKOS博士，毕业于美国麻省理工学院（MIT），是乔治亚理工学院终生教授。

GEORGAKAKOS博士是世界最著名水资源领域的专家，长期担任美国总统的水资源首席顾问和美国能源部水资源发展计划科学顾问，被世界银行、联合国粮农组织、以及许多国家政府机构长期聘为水资源问题专家顾问。

GEORGAKAKOS博士的研究领域主要包括集成水资源能源管理决策支持系统，遥感卫星数据降雨预报模型，水文水情预报模型，流域规划管理模型，水库水电控制模型及优化控制算法。

其发明的扩展二次线性高斯（ELQG）优化算法是目前最有效的求解大系统水资源优化问题的算法。

GEORGAKAKOS博士的研究成果被广泛应用，其研究工作长期以来得到美国地质调查局（USGS），美国工程师兵团（COE），美国大气与海洋管理局（NOAA），国家科学基金会（NFS），环保局（EPA），联合国粮农组织（FAO），世界银行（WORLDBANK），以及许多相关机构的引用和赞助。

本项目拟引进的产品主要包括三个子系统、三个模型和七个模块：

中长期水文预报与水资源优化管理决策支持系统、地表水和地下水资源联合调度决策支持系统、农业抗旱水资源管理决策支持系统；中长期水文预报模型、水库群调度和水资源优化管理模型、多年模拟演算评估模型；系统数据库管理模块、河流与水库仿真模块、水库-地下蓄水层最优化模块、地下水分析仿真模块、农业灌溉水量需求分析模块、最优灌溉计划制定模块、地区水资源最优化分配与评估模块等。

该系统的数据库包括空间数据（土壤构成、流域边界、气象数据、地面观测点信息、卫星图片）、系统参数（水库参数、发电设备等）及时间数据（降雨、径流、城市及农业供水、水库泄流及发电等）。

这些数据库与当前流行的各种商业数据库管理系统兼容。

其空间属性库可以通过ArcGIS空间数据库引擎进行开发和管理。

GTDSS通过集成这些数据库管理系统为维护数据、分析及数据质量控制提供了简单直观的图形界面和方便的工具。

该产品主要性能指标：

（1）中长期径流预报技术可靠，可靠性大都超过70%；

（2）水库群优化调度算法实用快速；

（3）演算评估模型可以自动多年模拟；

（4）中长期规划与短期运行集成技术；

（5）运行环境要求较低，可在Windows系列操作系统的PC机上运行；

（6）功能强大的数据库管理系统、简单方便的人性化界面，高效可靠管理矢量数据、栅格数据和属性数据；

（7）结合中长期水文预报的自适应调度模型，可以减少弃水、降低洪涝灾害、增加洪水转化水资源的数量。

从上述软件产品包括的内容和主要性能指标可以看出，拟引进的技术集成化程度高，模型（或模块）系统的协调性和聚合性强，数据库功能强大，且与当前流行的各种商业数据库管理软件兼容，人性化界面设计，操作方便，适用范围广，基本上涵盖和代表了目前水资源管理模型的各个方面和发展趋势，其主要性能指标优于国内同类技术。

引进该技术解决的关键问题，一是区域中长期水文预报技术的可靠性问题，二是区域水资源多目标多层次优化配置与智能型群决策支持系统问题，三是水文预报与水资源优化管理技术的有机结合和实际应用问题。

3、引进方式（如贸易购买、合作研究等）

拟采用贸易购买的方式引进该技术。

（二）消化吸收内容

根据我们目前掌握的类似技术，需要消化吸收的内容主要包括：

中长期水文预报模型和技术、水库群调度和水资源优化管理模型以及多年模拟演算评估模型、农作物生长过程与最优灌溉水量模拟等。

（三）研究创新内容

一是中长期水文预报技术集成研究。

水文要素的随机性强，水文预报特别是中长期预报难度大，本项目拟将引进的中长期水文预报技术与河南省汛期旱涝趋势预测模型、数值动力延伸产品释用预报技术和以天文背景为因子的预报方法进行集成研究，进一步提高中长