地下水资源管理_天文地球

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内容提要

本着通俗易懂的原则，本教材包括地下水资源管理概述、线性规划在地下水资源管理中的应用、动态规划在水资源管理中的应用、其他规划模型在水资源管理中的应用、地下水资源管

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前言

地下水资源管理作为现代水文地质工作重要的技术手段之一，在生产和科学研究领域发挥着不可或缺的作用。但对本科生而言，合适的且偏技术方法的、难度适中的地下水资源管理教

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第1章　地下水资源管理概述

就地表水来说，类似的课程名多称为“水资源规划与管理”或“水资源系统分析”，对应“地下水资源管理”称为“地下水资源规划与管理”似乎更贴切些。单就字面上理解，管理侧

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1.1　地下水资源开发利用中存在的问题

地下水资源开发管理过程中，由于不合理开发利用，如地下水过量开采、开采量时空分布不合理等，会产生一系列相关问题。归纳起来，大致可分为以下几个方面：（1）区域水位

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1.2　地下水系统及其利用

传统的水文地质学基础教材中，关于地下水系统有两个概念，即地下水含水系统和地下水流动系统，并倾向于认为地下水系统指后者（王大纯等，1995），近年地下水流动系统得

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1.3　地下水系统要素

从补给角度看，作为地下水补给项的有降水渗入、河流等各类边界的补给、相邻含水层的补给、灌溉水回渗补给、人工补给等。与补给对应的排泄项有蒸发、向河流等各类边界排泄、

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1.4　地下水资源管理的概念与内容

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1.4.1　地下水资源管理

地下水资源管理（groundwater systems planning and management）是指在一定的约束条件下，通过对地下水系统中各种决策变量的

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1.4.2　为专门目的服务的地下水管理内容

为专门目的服务的地下水管理，种类繁多，无法一一列举。现仅就几个主要方面论述如下。 1.为城市生活和工业用水服务的地下水管理供水水源是城市生活和工业发展的基本条

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1.5　地下水资源管理模型的概念及分类

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1.5.1　地下水资源管理模型

地下水资源管理模型是为达到某既定的管理目标，应用运筹学等求解最优化的技术方法所建立的一组地下水资源数学模型。一般来说，地下水管理模型往往是由两个数学模型偶合而

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1.5.2　地下水资源管理模型的分类

1.按管理模型中变量的性质划分地下水资源管理模型按管理模型中变量的性质可分为确定性系统管理模型和随机性系统管理模型。（1）确定性系统管理模型。确定性系统管理

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1.6　水文地质模型及求解

1.水文地质实体水文地质实体：由地下水流系统及边界构成的实际的地质体称为水文地质实体。水文地质实体更侧重地下水系统的实际地质复杂程度。水文地质实体简化的必要

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1.7　地下水管理模型举例

【例1.1】某冲洪积平原有3个地下水抽水井，抽取砂砾石承压含水层中地下水作为供水水源。由于各井条件不同，各供水井允许降深不同，1～3号井分别为10.5m、12m

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第2章　地下水资源管理模型求解之一——线性规划

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2.1　线性规划问题的一般形式及标准式

线性规划（linear programming，LP）是运筹学优化理论一个重要分支。线性规划是研究具有线性关系的多变量目标函数在变量满足一定线性约束条件下，如何

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2.2　线性规划问题的图解法

1.图解法一般来说，图解法仅适合二变量情况。【例2.2】先用两个非负约束条件，将可行域确定为第一象限。再用两个不等式约束条件将可行域确定为图中阴影部分区

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2.3　线性规划的单纯形解法

线性规划（LP）的单纯形解法是1947年丹捷格（G.B.Dantzig）首先提出来的。该解法理论完善，计算简便，目前仍然是求解线性规划的最常用的方法。(http

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2.3.1　由算例看单纯形法迭代思路

【例2.8】（1）模型标准化。（2）给出一组初始可行解。线性规划中，约束方程个数m＜n 时，基变量个数为m，则非基变量个数为n-m。本例中，约束方程为2

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2.3.2　单纯形表

上面的求解过程，可以采用更直观的单纯形表来计算，步骤如下：（1）模型标准化。（2）确定初始可行解，建立初始单纯形表。（3）判断目标函数值是否能继续改善，如

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2.4　线性规划的其他问题

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2.4.1　线性规划的对偶问题

对偶是线性规划问题的一个特性。对于任何求极大值的线性规划问题，都有一个与之对应的求极小值问题（或相反），其有关约束条件的系数矩阵具有相同的数据，但形式上互为转置

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2.4.2　线性规划的灵敏度分析

一般线性规划问题的讨论中，均假定各系数ai，j、bi、cj是确定的已知常数，实际工作中获取的这些系数往往不可能很精确，而且随着人为活动和自然条件的改变，这些系数

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2.4.2.1　价值系数cj灵敏度分析

1.非基变量中价值系数cr的变化若cr改变Δcr（可正可负），要使最优解不变（基变量和非基变量结构不变，但具体值一般会相应变化），必须保持cr改变后，问题仍然

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2.4.2.2　灵敏度分析的意义

灵敏度分析的结果常常作为模型稳定性的依据。如果参数的变化对最优解的影响明显，即灵敏度高，说明模型稳定性差，否则稳定性好，模型对参数的要求可相对放宽些。目前的灵敏

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2.4.2.3　具有人工变量的单纯形法

前面讨论的线性规划问题是针对约束“≤”的单纯形法的求解。这类约束条件标准化后，松弛变量全是正数，存在一个初始的基本可行解。但当约束条件是“≥”或“=”时，标准化

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2.4.2.4　改进的单纯形法

改进单纯形法又称逆矩阵法，它利用矩阵运算关系，以减少单纯形法迭代过程的计算量和计算机的内存，有利于实现计算机运算。(https://www.daowen.com

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2.5　线性规划的计算机求解

线性规划在各个行业中都得到了广泛的应用。根据美国《财富》杂志对全美前500家大公司的调查表明，线性规划的应用程度名列前茅，有85%的公司频繁地使用线性规划，并取

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2.5.1　Excel规划求解

Office是大家比较熟悉的软件，Office2000及以上版本的Excel均内嵌了规划求解工具。但一般软件安装时，规划求解是通过加载宏自定义安装的。如果没有自

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《地下水资源管理》简介

内容提要

前言

目录

第1章　地下水资源管理概述

1.1　地下水资源开发利用中存在的问题

1.2　地下水系统及其利用

1.3　地下水系统要素

1.4　地下水资源管理的概念与内容

1.4.1　地下水资源管理

1.4.2　为专门目的服务的地下水管理内容

1.5　地下水资源管理模型的概念及分类

1.5.1　地下水资源管理模型

1.5.2　地下水资源管理模型的分类

1.6　水文地质模型及求解

1.7　地下水管理模型举例

第2章　地下水资源管理模型求解之一——线性规划

2.1　线性规划问题的一般形式及标准式

2.2　线性规划问题的图解法

2.3　线性规划的单纯形解法

2.3.1　由算例看单纯形法迭代思路

2.3.2　单纯形表

2.4　线性规划的其他问题

2.4.1　线性规划的对偶问题

2.4.2　线性规划的灵敏度分析

2.4.2.1　价值系数cj灵敏度分析

2.4.2.2　灵敏度分析的意义

2.4.2.3　具有人工变量的单纯形法

2.4.2.4　改进的单纯形法

2.5　线性规划的计算机求解

2.5.1　Excel规划求解