城市生态系统承载力综合评价与环境系统不确定性双层优化管理研究

发布时间：2017-08-20 10:19

  本文关键词：城市生态系统承载力综合评价与环境系统不确定性双层优化管理研究

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【摘要】：随着社会经济的高速发展,伴生了种种环境问题。生态环境破坏与承载力持续超载、垃圾围城、大气污染与温室效应加剧、水资源短缺与水体环境恶化、能源过度消耗等环境问题已成为制约我国经济发展的重要因素。因此,迫切需要开展生态系统承载力评价,并对主要的环境要素进行合理规划,从而实现区域经济的可持续发展。然而,各个环境系统中存在诸多不确定性与层次性。所以,本研究引入不确定优化方法和双层优化理论,并应用到环境系统规划中以处理系统的复杂性和不确定性。在本文中,首先将经济学中的AD-AS模型与生态系统评价方法相结合,建立了北京市生态系统承载力评价的综合总需求—综合总供给模型(SAD-SAS模型)。其次,结合灰色理论,建立变权重组合模型对北京市未来的固体废物产量进行预测,在此基础上,建立固体废物管理和温室气体控制的不确定双层优化模型。再者,针对北京市丰台区水资源管理系统的不确定性和层次性问题,构建了能够反映水资源管理者和使用者之间层次关系的双层优化模型。最后,本文运用变权重组合预测模型对丰台区未来的电力需求进行了科学分析,在科学预测的基础上,建立以最小化污染气体排放量为上层目标,以最小化管理成本为下层目标的不确定双层优化模型。研究结果表明：(1)北京市生态系统承载力水平总体上呈上升趋势,系统自身现状生产能力充足,具有较大的发展潜质；(2)北京市的固体废物产量增幅不大,但处理设施依然存在缺口；固体废物未来的处理方式以焚烧和生化处理为主；填埋场是温室气体的首要排放源,而生化处理厂和焚烧厂是管理成本的主要贡献单元；(3)在南水北调工程正式开通后,丰台区水资源基本可以达到平衡,本地地表水和南水北调水源将是丰台区主要的供给水源：城市生活是用水量最多、经济效益最大、污染物排放量最大的部门；(4)当pi=0.01时,整个规划期内丰台区电力-环境系统的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[105.86,161.,50]×108和[20490,26190]tonnes;当pt=0.05时,整个规划期内的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[105.85,159.75]×108和[20275,25917]tonnes;当pi=0.1时,整个规划期内的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[104.00,158.70]×108和[20030,25320]tonnes;这说明随着风险水平的增加,放宽模型的约束条件,从而削减系统成本和污染物排放量,但系统稳定性却下降。研究结果可以为北京市的可持续发展提供科学的决策依据。
【关键词】：生态系统承载力 不确定性 双层优化 变权重组合模型 固体废物 水资源管理系统 电力-环境系统
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X826
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 研究系统特征识别13-14
• 1.2.1 城市生态系统承载力特征识别13
• 1.2.2 区域固体废物环境系统的复杂性与不确定性13
• 1.2.3 区域水环境系统的复杂性与不确定性13-14
• 1.2.4 区域电力-环境系统的复杂性与不确定性14
• 1.3 研究问题的提出14-15
• 1.4 研究内容与研究框架15-17
• 第2章 文献综述17-24
• 2.1 生态承载力国内外研究进展17-18
• 2.1.1 单资源承载力17-18
• 2.1.2 区域生态承载力18
• 2.2 固体废物环境系统规划研究18-20
• 2.2.1 城市固体废物的预测模型18-19
• 2.2.2 城市固体废物的优化模型19-20
• 2.3 水资源环境系统的研究进展20-21
• 2.3.1 国外研究综述20-21
• 2.3.2 国内研究综述21
• 2.4 电力-环境系统规划研究21-22
• 2.4.1 电力系统的预测模型21-22
• 2.4.2 电力-环境系统的优化模型22
• 2.5 本章小结22-24
• 第3章 基于AD-AS模型的城市生态系统综合承载力评价24-34
• 3.1 概述24
• 3.2 研究方法24-27
• 3.2.1 AD-AS模型24-25
• 3.2.2 SAD-SAS模型25
• 3.2.3 综合总供给模型25-26
• 3.2.4 综合总需求模型26
• 3.2.5 模型计算与结果分类26-27
• 3.3 评价指标体系构建27-29
• 3.3.1 指标体系的选择27-28
• 3.3.2 指标权重的确定28
• 3.3.3 数据处理28-29
• 3.4 研究区域概况29-31
• 3.5 结果与分析31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 模拟双层优化的区域固体废物系统管理研究34-60
• 4.1 概述34-35
• 4.2 研究方法35-39
• 4.2.1 变权重组合预测方法35-36
• 4.2.2 区间线性规划36-37
• 4.2.3 双层规划37-39
• 4.3 案例研究39-51
• 4.3.1 北京市MSW综合现状39-42
• 4.3.2 固体废物环境系统优化模型构建42-49
• 4.3.3 模型数据获取与分析49-51
• 4.4 结果分析51-59
• 4.4.1 MSW产量预测结果分析51-52
• 4.4.2 MGU-MCL模型结果分析52-54
• 4.4.3 与单目标优化模型结果对比分析54-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 不确定性双层优化的城市水资源环境系统管理研究60-72
• 5.1 概述60-61
• 5.2 研究方法61
• 5.3 案例研究61-65
• 5.3.1 丰台区水资源环境系统概况61-62
• 5.3.2 水资源环境系统双层优化设计结构62
• 5.3.3 水资源环境系统优化模型构建62-64
• 5.3.4 模型数据获取64-65
• 5.4 结果分析65-71
• 5.4.1 需水量分析65-66
• 5.4.2 IBPM-WRM优化结果分析与讨论66-69
• 5.4.3 情景分析69-71
• 5.4.4 模型对比和决策方案分析71
• 5.5 本章小结71-72
• 第6章 不确定双层优化的区域多能互补型电力-环境系统管理研究72-85
• 6.1 概述72
• 6.2 研究方法72-74
• 6.3 案例研究74-78
• 6.3.1 丰台区电力-环境系统概括74-75
• 6.3.2 电力-环境系统优化模型构建75-77
• 6.3.3 模型数据获取77-78
• 6.4 结果分析78-84
• 6.4.1 电力需求预测78-79
• 6.4.2 PIBOM结果分析79-81
• 6.4.3 与单目标优化模型结果对比81-84
• 6.5 本章小结84-85
• 第7章 结论与展望85-88
• 7.1 主要结论85-86
• 7.2 展望86-88
• 参考文献88-99
• 附录99-103
• 在校攻读硕士学位期间发表的论文103-104
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作104-105
• 致谢105-106
• 作者简介106

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本文编号：706062