CN116523257A - 一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法 - Google Patents

一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法 Download PDF

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Abstract

一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法，决策模式设计主要有以下两方面改进：1)识别水与经济社会发展的协调关系，提出适应水资源条件的“城地人产”发展控制要素指标，建立用水分配与经济总量关系作为“以水四定”的优化调控准则；2)建立效益最大和区域均衡双重目标的“城地人产”四类要素适水发展模式计算方法，以可利用水资源为控制条件，在满足刚性需求前提下，通过分析水资源驱动产业创造经济价值总量引导水资源的行业分配和规模确定。通过上述分析决策过程建立“以水定需”模式，不以供需平衡和缺水为分析目标，而是提出满足水资源刚性约束的社会经济发展规模和对应的水量分配成果。

Description

一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法
技术领域
本发明涉及水资源管理领域，特别涉及一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法。
背景技术
现有水资源供需分析主要以需水为导向，通过供给端调节充分满足用水需求进行供需平衡分析，通常以缺水最小或供水效益最大为目标，是一种“以需定供”的模式。该决策方式的不足在于被动的以水资源满足用户用水需求，过于强调需求端效益，实际是在认可需求合理性的条件下进行决策分析，不能充分考虑水资源的刚性约束效应，将水资源条件与产业效率关联，发挥水资源作为有限的战略资源引导产业发展和布局的限制性作用，导致出现需求过大、超过水资源可承载条件的供需形势，与现行的最严格水资源管理制度不相匹配。由于缺乏以水资源为约束调控经济社会发展的规模结构，对水资源需求预判不足，出现先到先得、用水效益效率低的用户挤占更高效的用户，降低发展质量，尤其是对于缺水地区更为突出。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法
按照确定水资源约束与用水指标分析、用水效益分析、确定目标和约束、开展分析，步骤如下：
S1、确定水资源刚性约束条件，即区域用于支撑经济社会发展的水资源利用量；根据区域特征，是可利用水量和可耗水量，一般丰水地区选用可利用水量，缺水区域根据管理情况选用可用水量和可耗水量；
以可用水量为例，水资源刚性约束包括本地水资源可利用量、入境水可利用量以及调入水量，计算式如下：
WA总＝WA本+WA入+WA调 (1)
其中WA总为区域总的可利用水量，WA本为区域本地可利用水量，WA入为入境水可利用量，WA调为区域可接受的外调水量；WA本按照水资源评价结果，选择扣减基本生态流量和洪水期不可控水量的倒算法结果；
WA本＝W总-Wf-We (2)
上述方法是针对区域尚未确定的水资源可利用指标的计算方式，针对实际工作中的区域最严格水资源管理实施状况，可利用量和可耗用水量可以是正式下发的取用水控制指标或经过批准批复的水量分配方案；
S2、确定控制指标及产业用水效率指标合理范围确定；
分析水资源与人口发展、产业发展、土地利用和城镇发展的协调关系，提出指标和用水效率范围；“定人”是以水资源约束控制区域范围内常住人口，指标是人口数量和结构(城镇化率)；“定产”是水资源约束控制区域经济总量和结构，指标是地区生产总值和三产结构；“定地”是以水资源约束控制土地利用，主要是耕地灌溉面积和种植结构；“定城”是控制城镇开发范围，采用建成区面积规模；人口目标和产业发展目标具有相关性，需要保障一定收入水平下的人口规模和合理的人口结构，也即人均GDP需要满足目标要求；
根据不同行业历史用水效率变化趋势，结合相应的用水定额标准、类似地区先进用水效率指标，设定合理的用水效率范围，作为后续优化模型的约束范围；根据历史用水效率给出不同区域分类用户的用水效率合理变化范围：
其中，c(i，j)为区域j第i个用户的用水效率可变化范围，对应上述指标对应的用水效率，产业用水效率包括一、二、三次产业。为区域近期用水效率实际值，一般选用区域最近10年的用水效率情况进行分析；C1和C2分别为上下限的修正值，根据先进标准和类似区域对比情况进行校正，对于缺水区域相对选择更为严格的标准作为下限；初始条件采用各类用户用水效率现状值，考虑用水效率提升需要相应的节水投资增加，当用水效率取值向上限值调整时，目标效益采用罚函数控制；
根据上述方法确定的用水效率变化范围作为优化计算的约束条件；
S3、行业用水和产业规模效益相关性分析
生活、生态以保障刚需为基本需求，行业间的协调竞争性主要表现在生产行业；生产行业按照三产划分，考虑不同行业用水效率差距较大，且水资源不是驱动产业发展唯一要素，按照相关系数法建立用水量和行业经济效益的变化关系，以产业的单位用水效益作为行业竞争用水依据；采用相关分析理论，以产业规模为自变量，以行业取水量为因变量，通过相关系数得到各产业总效益与取水量的相关程度，分析其对水资源的依赖程度；具体计算方法是整理分行业历史用水量和行业增加值量系列，计算二者相关系数r值，判断行业用水效率与GDP的关系；r越大，表示两种要素之间的相关程度越密切，水资源对驱动行业发展取得效益的价值量越高，采用该系数对行业的单位用水量创造GDP进行修正，作为行业用水效益的计算依据；
针对每个区域，采用如下公式计算各类用户用水效率与相关分析式如下：
式中：为不同年份的用水量(万m3)；/>为不同年份的行业增加值(万元)；n为资料采集的年份数量；
当r＝1时，表示产业占比x与用水占比y完全相关；当r＝0时为完全线性无关；r∈(0，0.3)时，为微相关；r∈(0.3，0.5)时，为低度相关；r∈(0.5，0.8)时，为显著相关；r∈(0.8，1)时，为高度相关；
按照上述相关关系，关联各行业万元增加值用水量计算考虑相关性后的单方水增加值：
e(i，t)＝r(t)*c(i，t) (5)
式中，c(i，j)为第i个分区第t个产业的用水效率，m3/万元；t＝(1,2,3)分别表示一二三产；
S4、确定目标函数和约束条件；以水资源可利用量为刚性约束条件，按照协调水资源与经济社会发展的关系建立协调发展目标综合确定优化目标函数和约束条件；
水量分配是确定四定指标的基础，水量分配原则是保障刚需、效率驱动、区域均衡；保障刚需是优先满足民生、国家战略区域定位要求的行业发展用水；效率优先是保障刚需后，剩余可利用水量按照创造产出效益最大的原则分配；区域均衡是协调区域用水关系，在前述要求满足的条件下实现用水公平，包括区域人均GDP尽量小，产业和人口分布尽可能匹配。在处理水量分配的过程上，从一般的需求保障优先性出发，可以确定以下用水优先序：1)居民生活用水；2)基本环境用水；3)重点产业用水；4)其他产业用水；可以在前三项优先保障的基础上对第四类进行水量调配，前三项用水保障通过约束条件反映；
通过水量分配计算水资源与社会经济发展的协调均衡性，相应的目标函数如下：
Cobj f(x)＝f{maxGDP，minGAP，min M，min PEN} (6)
其中maxGDP是区域GDP总量最大目标；minGAP是各分区人均GDP差距最小目标，采用基尼系数计算；minM是人口与产业分布的匹配程度最高目标；MinPEN是罚函数，模型因约束太严格无解时需要突破部分约束条件时给出的降低目标值；根据上述四项目标按照均等对待的方式，对各项目标值采用归一化处理计算目标函数总值；
GDP总量最大目标：
式中：W(i，t)为第i个分区第j个用户的分配水量，e(i，j)为该用户的单位水量增加值，根据用水效率推算。m为分区个数；n为产业用水户数，包含一二三产业；
区域人均GDP差距最小目标:
MinGAP＝∑(Yi*Pi)-2∑(∑Pi)′Yi (8)
式中：Yi代表第i个分区GDP占全区总GDP的比例，Pi代表第i个分区人口数占全区人口总数的比重，(∑Pi)′表示累计到第i个分区人口总数占全部人口总数的比重；
区域人口与产业分布偏离度M最小目标:
式中：M指数为各地区产业分布分区占比H与人口分布分区占比P的绝对值；H为用区域GDP占全区GDP的比例来衡量；RGDPi表示i地区的GDP，RPOPi表示i地区的人口，GDP代表全区的GDP，POP代表全区的总人口；M的取值范围为[0，1]，当M＝0时，表明产业与人口分布完全匹配，即各地区拥有的产业份额与人口份额相等；当M＝1时，表明产业与人口分布完全不匹配；
罚函数目标值最小，包括用水效率提升的资金投入和刚性需求目标不能保障时的惩罚：
式中，CS(i，t)为第i个分区第j个用户用水效率与现状效率的偏差值，当效率高于现状效率时考虑节水投入，ES(i，t)为相应分区用户的效率提升的投资变化参数；Objt为第t项刚性需求不能保障的偏离值，Divt为对应的偏差计算系数；
各项约束条件设置如下：
(1)用水总量约束：
式中，Wi为第i个分区分的用水总量，WA总为全区总用水量约束值；
效率变化约束，变化范围控制见公式(5)；
(2)产业增加值变化范围约束：g(i，j）≤G(i，j)
式中，g(i，j)为第i个分区第j次产业的增加值，G(i，j)为i分区第j次产业增加值上限，G0(i，j)为i分区第j次产业现状增加值，通过现状产业增加值和最大增速计算得出，最大增速采用最近10年该产业的最大年增速和计算方案目标数量得出；
(3)配置关系约束：水源用户配置关系约束，体现不同类别的水源对用户配置的限制，不同区域根据实际情况设置。如地下水不作为环境用水或农业用水，非常规水源不供给生活用户等。
(4)刚性用水需求保障约束：
式中，Wgi为分区i对应的刚性需求保障水量，n为具备保障条件要求的分区数量，WG为该类刚性用水需最低保障。针对生活、环境等不产生经济效益但具必须的非产业用户，以及农业、能源等用水效率偏低但具有区域发展战略要求的用户，可以设定最低保障的用水目标。对于第一类用户需叠加全部单元对应类别用水，对于第二类用户选择需要满足该保障用水要求的单元用水进行累积；
S5、方案计算；根据优化模型目标和约束条件要求，以现状实际的分区分用户取水量和社会经济指标为初始值，按照“四定”协调关系分析历史数据整理作为约束；根据上述目标函数与约束条件的范围设置，采用多目标优化分析方法求解，优化途径主要是在扣减刚性保障需求条件下，通过调整不同用户的用水效率，计算目标函数值，逐步对比迭代；通过模型多次调算，优化水量在不同行业区域间的合理调配，得出分区分行业的水量控制结果，以及对应的“四定”发展规模方案结果；约束条件范围和确定水量分配控制、用水效益的参数是决定求解方向的关键，依托模型优化确定社会发展模式及合理供水组成，依据现状及预测约束内的经济、社会的比例关系优化产业结构、用水结构。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提出一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法，建立水资源与“城地人产”四类经济社会发展关键要素的直接关系，考虑水资源条件下发展要素的内在均衡关系，得出水量分配以及对应的经济社会发展规模。与现有水资源供需分析方法相比，决策模式设计主要有以下两方面改进：1)识别水与经济社会发展的协调关系，提出适应水资源条件的“城地人产”发展控制要素指标，建立用水分配与经济总量关系作为“以水四定”的优化调控准则；2)建立效益最大和区域均衡双重目标的“城地人产”四类要素适水发展模式计算方法，以可利用水资源为控制条件，在满足刚性需求前提下，通过分析水资源驱动产业创造经济价值总量引导水资源的行业分配和规模确定。通过上述分析决策过程建立“以水定需”模式，不以供需平衡和缺水为分析目标，而是提出满足水资源刚性约束的社会经济发展规模和对应的水量分配成果。
附图说明
图1本发明的分析思路图；
图2本发明的计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
如图1-2所示，一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法
按照确定水资源约束与用水指标分析、用水效益分析、确定目标和约束、开展分析，总体技术思路如图1所示。步骤如下：
S1、确定水资源刚性约束条件，即区域可用于支撑经济社会发展的水资源可利用量。根据区域特征，可以是可利用水量和可耗水量，一般丰水地区选用可利用水量，缺水区域根据管理情况选用可用水量和可耗水量。
以可用水量为例，水资源刚性约束包括本地水资源可利用量、入境水可利用量以及调入水量，计算式如下：
WA总＝WA本+WA入+WA调 (1)
其中WA总为区域总的可利用水量，WA本为区域本地可利用水量，WA入为入境水可利用量，WA调为区域可接受的外调水量。WA本按照水资源评价结果，选择扣减基本生态流量和洪水期不可控水量的倒算法结果。
WA本＝W总-Wf-We (2)
上述方法是针对区域尚未确定的水资源可利用指标的计算方式，针对实际工作中的区域最严格水资源管理实施状况，可利用量和可耗用水量可以是政府正式下发的取用水控制指标或经过批准批复的水量分配方案。
S2、确定控制指标及产业用水效率指标合理范围确定。
分析水资源与人口发展、产业发展、土地利用和城镇发展的协调关系，提出“四定”指标和用水效率范围。“定人”是以水资源约束控制区域范围内常住人口，指标是人口数量和结构(城镇化率)；“定产”是水资源约束控制区域经济总量和结构，指标是地区生产总值(GDP，一二三次产业增加值总和)和三产结构(单一指标可以采用三产占比表示)；“定地”是以水资源约束控制土地利用，主要是耕地灌溉面积和种植结构(如水田占比)；“定城”是控制城镇开发范围，采用建成区面积规模。人口目标和产业发展目标具有相关性，需要保障一定收入水平下的人口规模和合理的人口结构，也即人均GDP需要满足目标要求
根据不同行业历史用水效率变化趋势，结合相应的用水定额标准、类似地区先进用水效率指标，设定合理的用水效率范围，作为后续“以水四定”优化模型的约束范围。根据历史用水效率给出不同区域分类用户的用水效率合理变化范围：
其中，c(i，j)为区域j第i个用户的用水效率可变化范围，对应上述“四定”指标对应的用水效率，产业用水效率包括一、二、三次产业。为区域近期用水效率实际值，一般选用区域最近10年的用水效率情况进行分析。C1和C2分别为上下限的修正值，根据先进标准和类似区域对比情况进行校正，对于缺水区域相对选择更为严格的标准作为下限。初始条件采用各类用户用水效率现状值，考虑用水效率提升需要相应的节水投资增加，当用水效率取值向上限值调整时，目标效益采用罚函数控制。
根据上述方法确定的用水效率变化范围作为优化计算的约束条件。
S3、行业用水和产业规模效益相关性分析
生活、生态以保障刚需为基本需求，行业间的协调竞争性主要表现在生产行业。生产行业按照三产划分，考虑不同行业用水效率差距较大，且水资源不是驱动产业发展唯一要素，按照相关系数法建立用水量和行业经济效益的变化关系，以产业的单位用水效益作为行业竞争用水依据。采用相关分析理论，以产业规模为自变量，以行业取水量为因变量，通过相关系数得到各产业总效益与取水量的相关程度，分析其对水资源的依赖程度。具体计算方法是整理分行业历史用水量和行业增加值量系列，计算二者相关系数r值，判断行业用水效率与GDP的关系。r越大，表示两种要素之间的相关程度越密切，水资源对驱动行业发展取得效益的价值量越高，采用该系数对行业的单位用水量创造GDP(行业增加值)进行修正，作为行业用水效益的计算依据。
针对每个区域，采用如下公式计算各类用户用水效率与相关分析式如下：
式中：为不同年份的用水量(万m3)；/>为不同年份的行业增加值(万元)；n为资料采集的年份数量。
当r＝1时，表示产业占比x与用水占比y完全相关；当r＝0时为完全线性无关；r∈(0，0.3)时，为微相关；r∈(0.3，0.5)时，为低度相关；r∈(0.5，0.8)时，为显著相关；r∈(0.8，1)时，为高度相关。
按照上述相关关系，关联各行业万元增加值用水量计算考虑相关性后的单方水增加值：
e(i，t)＝r(t)*c(i，t) (5)
式中，c(i，j)为第i个分区第t个产业的用水效率，m3/万元；t＝(1,2,3)分别表示一二三产。
S4、确定目标函数和约束条件。以水资源可利用量为刚性约束条件，按照协调水资源与经济社会发展的关系建立协调发展目标综合确定优化目标函数和约束条件。
水量分配是确定四定指标的基础，水量分配原则是保障刚需、效率驱动、区域均衡。保障刚需是优先满足民生、国家战略区域定位要求的行业发展用水；效率优先是保障刚需后，剩余可利用水量按照创造产出效益最大的原则分配；区域均衡是协调区域用水关系，在前述要求满足的条件下实现用水公平，包括区域人均GDP尽量小，产业和人口分布尽可能匹配。在处理水量分配的过程上，从一般的需求保障优先性出发，可以确定以下用水优先序：1)居民生活用水；2)基本环境用水；3)重点产业用水；4)其他产业用水。可以在前三项优先保障的基础上对第四类进行水量调配，前三项用水保障通过约束条件反映。
通过水量分配计算水资源与社会经济发展的协调均衡性，相应的目标函数如下：
Cobj f(x)＝f{maxGDP，minGAP，min M，min PEN} (6)
其中maxGDP是区域GDP总量最大目标；minGAP是各分区人均GDP差距最小目标，采用基尼系数计算；minM是人口与产业分布的匹配程度最高目标；MinPEN是罚函数，模型因约束太严格无解时需要突破部分约束条件时给出的降低目标值。根据上述四项目标按照均等对待的方式，对各项目标值采用归一化处理计算目标函数总值。
GDP总量最大目标：
式中：W(i，t)为第i个分区第j个用户的分配水量，e(i，j)为该用户的单位水量增加值，根据用水效率推算。m为分区个数；n为产业用水户数，包含一二三产业。
区域人均GDP差距最小目标:
Min GAP＝∑(Yi*Pi)-2∑(∑Pi)′Yi (8)
式中：Yi代表第i个分区GDP占全区总GDP的比例，Pi代表第i个分区人口数占全区人口总数的比重，(∑Pi)′表示累计到第i个分区人口总数占全部人口总数的比重。
区域人口与产业分布偏离度M最小目标:
式中：M指数为各地区产业分布分区占比H与人口分布分区占比P的绝对值；H为用区域GDP占全区GDP的比例来衡量；RGDPi表示i地区的GDP，RPOPi表示i地区的人口，GDP代表全区的GDP，POP代表全区的总人口。M的取值范围为[0，1]，当M＝0时，表明产业与人口分布完全匹配，即各地区拥有的产业份额与人口份额相等；当M＝1时，表明产业与人口分布完全不匹配。
罚函数目标值最小，包括用水效率提升的资金投入和刚性需求目标不能保障时的惩罚：
式中，CS(i，t)为第i个分区第j个用户用水效率与现状效率的偏差值，当效率高于现状效率时考虑节水投入，ES(i，t)为相应分区用户的效率提升的投资变化参数；Objt为第t项刚性需求不能保障的偏离值，Divt为对应的偏差计算系数。
各项约束条件设置如下：
(1)用水总量约束：
式中，Wi为第i个分区分的用水总量，WA总为全区总用水量约束值；
效率变化约束，变化范围控制见公式(5)。
(2)产业增加值变化范围约束：g(i，j）≤G(i，j)
式中，g(i，j)为第i个分区第j次产业的增加值，G(i，j)为i分区第j次产业增加值上限，G0(i，j)为i分区第j次产业现状增加值，通过现状产业增加值和最大增速计算得出，最大增速采用最近10年该产业的最大年增速和计算方案目标数量得出；
(3)配置关系约束：水源用户配置关系约束，体现不同类别的水源对用户配置的限制，不同区域根据实际情况设置。如地下水不作为环境用水或农业用水，非常规水源不供给生活用户等。
(4)刚性用水需求保障约束：
式中，Wgi为分区i对应的刚性需求保障水量，n为具备保障条件要求的分区数量，WG为该类刚性用水需最低保障。针对生活、环境等不产生经济效益但具必须的非产业用户，以及农业、能源等用水效率偏低但具有区域发展战略要求的用户，可以设定最低保障的用水目标。对于第一类用户需叠加全部单元对应类别用水，对于第二类用户选择需要满足该保障用水要求的单元用水进行累积。
S5、方案计算。根据优化模型目标和约束条件要求，以现状实际的分区分用户取水量和社会经济指标为初始值，按照“四定”协调关系分析历史数据整理作为约束。根据上述目标函数与约束条件的范围设置，采用多目标优化分析方法求解，优化途径主要是在扣减刚性保障需求条件下，通过调整不同用户的用水效率(单方水产生增加值)，计算目标函数值，逐步对比迭代。通过模型多次调算，优化水量在不同行业区域间的合理调配，得出分区分行业的水量控制结果，以及对应的“四定”发展规模方案结果。约束条件范围和确定水量分配控制、用水效益的参数是决定求解方向的关键，依托模型优化确定社会发展模式及合理供水组成，依据现状及预测约束内的经济、社会的比例关系优化产业结构、用水结构。具体计算流程见S1～S5及图2。
6、案例说明。以宁夏为例，根据分析区域水资源可利用量为74.03亿m3(表1)，采用上述方法以效益最大的经济目标、区域均衡度最高的社会目标设定目标函数，以宁夏所属的21个区县(银川中心城区作为整体，宁东基地单列)为分区单元，基于分区分行业用水效率构建GDP最大的经济效益目标，按照分区人均GDP差距、人口与产业分布偏离度表达区域均衡和社会公平性目标。其中，河湖补水不低于2.4亿m3、农村生态用水不低于7亿m3、农业灌溉用水达到50亿m3、水田面积满足90万亩、宁东基地工业用水不低于3亿m3为刚性需求目标。
以2020年为现状，对2025年水资源刚性约束条件下的“以水四定”规模进行分析。根据计算得出的21个区县结果，按照5个地级市汇总相应结果。表2为优化后的水量分配结果，表3为优化得出的“四定”指标结果，表4为优化计算后重要指标与现状对比情况。
表1水资源刚性约束条件(亿m3)
表2 2030年用水量控制指标表(单位：亿m3)
地区 城镇生活 农村生活 工业 农业 河湖补水 农村生态 小计
全区 5.17 0.69 6.40 52.42 2.39 6.96 74.03
银川市 2.77 0.16 0.96 14.58 1.17 2.59 22.24
石嘴山市 0.57 0.05 1.05 9.22 0.61 1.46 12.97
吴忠市 0.79 0.17 0.63 15.36 0.28 1.32 18.55
固原市 0.50 0.17 0.16 1.65 0.00 0.03 2.50
中卫市 0.53 0.15 0.58 11.61 0.32 1.56 14.75
宁东 0.00 0.00 3.02 0.00 0.00 0.00 3.02
表3 2025年分区域四定规模控制指标
表4现状与“四定”指标对比
指标名称 现状 2025 指标名称 现状 2025
人均GDP(万元) 5.4 8.5 万元GDP用水量(m3) 178.6 118.8
城镇化率(％) 59 65 万元工业增加值用水量(m3) 38.6 29.4
人均粮食占有量(kg) 571 488 农田亩均灌溉水量(m3) 665 524
第三产业占比(％) 43.6 47.7 人均非农业用水(m3) 147 328
建成区面积(km2) 646 791 城乡人均生活用水比 2.3 1.6
人均总用水(m3) 1089 1014 农业用水占比(％) 86 68
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于人口、地理、农业、城市需求的水资源利用方法，其特征在于：
按照确定水资源约束与用水指标分析、用水效益分析、确定目标和约束、开展分析，步骤如下：
S1、确定水资源刚性约束条件，即区域用于支撑经济社会发展的水资源利用量；根据区域特征，是可利用水量和可耗水量，一般丰水地区选用可利用水量，缺水区域根据管理情况选用可用水量和可耗水量；
以可用水量为例，水资源刚性约束包括本地水资源可利用量、入境水可利用量以及调入水量，计算式如下：
WA总＝WA本+WA入+WA调 (I)
其中WA总为区域总的可利用水量，WA本为区域本地可利用水量，WA入为入境水可利用量，WA调为区域可接受的外调水量；WA本按照水资源评价结果，选择扣减基本生态流量和洪水期不可控水量的倒算法结果；
WA本＝W总-Wf-We (2)
上述方法是针对区域尚未确定的水资源可利用指标的计算方式，针对实际工作中的区域最严格水资源管理实施状况，可利用量和可耗用水量可以是正式下发的取用水控制指标或经过批准批复的水量分配方案；
S2、确定控制指标及产业用水效率指标合理范围确定；
分析水资源与人口发展、产业发展、土地利用和城镇发展的协调关系，提出指标和用水效率范围；“定人”是以水资源约束控制区域范围内常住人口，指标是人口数量和结构(城镇化率)；“定产”是水资源约束控制区域经济总量和结构，指标是地区生产总值和三产结构；“定地”是以水资源约束控制土地利用，主要是耕地灌溉面积和种植结构；“定城”是控制城镇开发范围，采用建成区面积规模；人口目标和产业发展目标具有相关性，需要保障一定收入水平下的人口规模和合理的人口结构，也即人均GDP需要满足目标要求；
根据不同行业历史用水效率变化趋势，结合相应的用水定额标准、类似地区先进用水效率指标，设定合理的用水效率范围，作为后续优化模型的约束范围；根据历史用水效率给出不同区域分类用户的用水效率合理变化范围：
其中，c(i，j)为区域j第i个用户的用水效率可变化范围，对应上述指标对应的用水效率，产业用水效率包括一、二、三次产业为区域近期用水效率实际值，一般选用区域最近10年的用水效率情况进行分析；C1和C2分别为上下限的修正值，根据先进标准和类似区域对比情况进行校正，对于缺水区域相对选择更为严格的标准作为下限；初始条件采用各类用户用水效率现状值，考虑用水效率提升需要相应的节水投资增加，当用水效率取值向上限值调整时，目标效益采用罚函数控制；
根据上述方法确定的用水效率变化范围作为优化计算的约束条件；
S3、行业用水和产业规模效益相关性分析
生活、生态以保障刚需为基本需求，行业间的协调竞争性主要表现在生产行业；生产行业按照三产划分，考虑不同行业用水效率差距较大，且水资源不是驱动产业发展唯一要素，按照相关系数法建立用水量和行业经济效益的变化关系，以产业的单位用水效益作为行业竞争用水依据；采用相关分析理论，以产业规模为自变量，以行业取水量为因变量，通过相关系数得到各产业总效益与取水量的相关程度，分析其对水资源的依赖程度；具体计算方法是整理分行业历史用水量和行业增加值量系列，计算二者相关系数r值，判断行业用水效率与GDP的关系；r越大，表示两种要素之间的相关程度越密切，水资源对驱动行业发展取得效益的价值量越高，采用该系数对行业的单位用水量创造GDP进行修正，作为行业用水效益的计算依据；
针对每个区域，采用如下公式计算各类用户用水效率与相关分析式如下：
式中：为不同年份的用水量(万m3)；/>为不同年份的行业增加值(万元)；n为资料采集的年份数量；
当r＝1时，表示产业占比x与用水占比y完全相关；当r＝0时为完全线性无关；r∈(0，0.3)时，为微相关；r∈(0.3，0.5)时，为低度相关；r∈(0.5，0.8)时，为显著相关；r∈(0.8，1)时，为高度相关；
按照上述相关关系，关联各行业万元增加值用水量计算考虑相关性后的单方水增加值：
e(i，t)＝r(t)*c(i,t) (5)
式中，c(i，j)为第i个分区第t个产业的用水效率，m3/万元；t＝(1,2,3)分别表示一二三产；
S4、确定目标函数和约束条件；以水资源可利用量为刚性约束条件，按照协调水资源与经济社会发展的关系建立协调发展目标综合确定优化目标函数和约束条件；
水量分配是确定四定指标的基础，水量分配原则是保障刚需、效率驱动、区域均衡；保障刚需是优先满足民生、国家战略区域定位要求的行业发展用水；效率优先是保障刚需后，剩余可利用水量按照创造产出效益最大的原则分配；区域均衡是协调区域用水关系，在前述要求满足的条件下实现用水公平，包括区域人均GDP尽量小，产业和人口分布尽可能匹配；在处理水量分配的过程上，从一般的需求保障优先性出发，可以确定以下用水优先序：1)居民生活用水；2)基本环境用水；3)重点产业用水；4)其他产业用水；可以在前三项优先保障的基础上对第四类进行水量调配，前三项用水保障通过约束条件反映；
通过水量分配计算水资源与社会经济发展的协调均衡性，相应的目标函数如下：
Cobj f(x)＝f{max GDP，min GAP，min M，min PEN} (6)
其中max GDP是区域GDP总量最大目标；min GAP是各分区人均GDP差距最小目标，采用基尼系数计算；min M是人口与产业分布的匹配程度最高目标；Min PEN是罚函数，模型因约束太严格无解时需要突破部分约束条件时给出的降低目标值；根据上述四项目标按照均等对待的方式，对各项目标值采用归一化处理计算目标函数总值；
GDP总量最大目标：
式中：W(i，t)为第i个分区第j个用户的分配水量，e(i，j)为该用户的单位水量增加值，根据用水效率推算。m为分区个数；n为产业用水户数，包含一二三产业；
区域人均GDP差距最小目标：
Min GAP＝∑(Yi*Pi)-2∑(∑Pi)Yi (8)
式中：Yi代表第i个分区GDP占全区总GDP的比例，Pi代表第i个分区人口数占全区人口总数的比重，(∑Pi)′表示累计到第i个分区人口总数占全部人口总数的比重；
区域人口与产业分布偏离度M最小目标：
式中：M指数为各地区产业分布分区占比H与人口分布分区占比P的绝对值；H为用区域GDP占全区GDP的比例来衡量；RGDPi表示i地区的GDP，RPOPi表示i地区的人口，GDP代表全区的GDP，POP代表全区的总人口；M的取值范围为[0，1]，当M＝0时，表明产业与人口分布完全匹配，即各地区拥有的产业份额与人口份额相等；当M＝1时，表明产业与人口分布完全不匹配；
罚函数目标值最小，包括用水效率提升的资金投入和刚性需求目标不能保障时的惩罚：
式中，CS(i，t)为第i个分区第j个用户用水效率与现状效率的偏差值，当效率高于现状效率时考虑节水投入，ES(i，t)为相应分区用户的效率提升的投资变化参数；Objt为第t项刚性需求不能保障的偏离值，Divt为对应的偏差计算系数；
S5、方案计算；根据优化模型目标和约束条件要求，以现状实际的分区分用户取水量和社会经济指标为初始值，按照“四定”协调关系分析历史数据整理作为约束；根据上述目标函数与约束条件的范围设置，采用多目标优化分析方法求解，优化途径主要是在扣减刚性保障需求条件下，通过调整不同用户的用水效率，计算目标函数值，逐步对比迭代；通过模型多次调算，优化水量在不同行业区域间的合理调配，得出分区分行业的水量控制结果，以及对应的“四定”发展规模方案结果；约束条件范围和确定水量分配控制、用水效益的参数是决定求解方向的关键，依托模型优化确定社会发展模式及合理供水组成，依据现状及预测约束内的经济、社会的比例关系优化产业结构、用水结构。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S4中，各项约束条件设置如下：
(1)用水总量约束：
式中，Wi为第i个分区分的用水总量，WA总为全区总用水量约束值；
效率变化约束，变化范围控制见公式(5)；
(2)产业增加值变化范围约束：
式中，g(i，j)为第i个分区第j次产业的增加值，G(i，j)为i分区第j次产业增加值上限，G0(i，j)为i分区第j次产业现状增加值，通过现状产业增加值和最大增速计算得出，最大增速采用最近10年该产业的最大年增速和计算方案目标数量得出；
(3)配置关系约束：水源用户配置关系约束，体现不同类别的水源对用户配置的限制，不同区域根据实际情况设置。如地下水不作为环境用水或农业用水，非常规水源不供给生活用户等。
(4)刚性用水需求保障约束：
式中，Wgi为分区i对应的刚性需求保障水量，n为具备保障条件要求的分区数量，WG为该类刚性用水需最低保障；针对生活、环境等不产生经济效益但具必须的非产业用户，以及农业、能源等用水效率偏低但具有区域发展战略要求的用户，可以设定最低保障的用水目标；对于第一类用户需叠加全部单元对应类别用水，对于第二类用户选择需要满足该保障用水要求的单元用水进行累积。
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