随机模糊规划方法及流域水权交易研究

发布时间：2019-08-10 09:00

【摘要】：伴随人口的膨胀和社会经济的发展,水资源需求量呈现持续增长态势；与此同时,水源污染及资源的不合理利用导致可利用水量日益减少,水危机已引发越来越严重的环境问题,因而倍受关注。尤其是在开孔河流域(典型干旱区域),水资源退化、气候变化、环境恶化等不利因素加剧了该地的水资源供需矛盾,成为流域社会经济发展的瓶颈。因此,必须深入研究更为高效、可行的水资源开发利用模式(如：水权交易模式),实现水资源的优化配置,保障社会经济的可持续发展。但水资源规划(包括水资源的配置和交易规划)系统是极为复杂的系统,其包含大量不确定性因素及因素间的互动联系,在充分辨识系统不确定性及复杂性的基础上,将这些抽象关系反映到实际模型中,并根据其自身特点对水资源及交易系统进行规划是实现优化配置的关键问题。因此,本文在充分辨识水资源规划系统不确定性组分(人为及自然造成)的基础上,整合子组分及其之间的动态性和复杂性,以经济、配置效率等为目标,考虑多个规划周期,多种风险及政策情景,开发一系列综合区间-随机-模糊规划的方法运用于引入交易模式的流域水资源管理,具体研究内容包括：(1)流域尺度混合区间-随机规划水权交易模型。在深入分析流域水资源不确定性和复杂性的基础上,针对决策函数及约束中相关变量、参数表征为区间数,以及可用水量表现为随机性这一系列复杂不确定信息,建立区间两阶段数学规划方法,并构建流域尺度的水权交易模型。通过不同政策情景设置,得出不同水权交易政策下的水权交易方案。(2)可信度模糊规划及水权交易政策效率分析。根据水权交易系统中可用水量的多重不确定性特征(其既表现为随机性、区间性,也表现为模糊性),开发基于可信度模糊分析的区间两阶段规划方法,用于解决水权交易中不确定性叠加的问题。通过分析不同政策方案(水权及交易率)下的结果,获得不同满意度和系统风险对水权交易政策的影响,并通过比较政策效率为决策者提供决策支持。(3) Hurwicz理论下的随机-模糊规划运用于流域水资源配置。引入Hurwicz理论,并混合两阶段随机规划、可信度模糊规划,开发Hurwicz理论下的两阶段可信度模糊规划方法,用于解决主观与客观因素引起的多重不确定性。同时,针对需水的不确定性,采用支持向量机(SVR)对水资源需求进行预测。耦合预测模拟与不确定优化规划方法来处理不确定条件下的流域水资源配置与规划,将各类不确定性风险量化置于决策者面前,有利于决策者做出风险度适中的决策。(4)区间-随机-模糊混合规划运用于交易模式调整的水权交易。深入分析模糊双区间规划方法表达上的优势,根据流域实际情况,从政府调控力度上构建交易模式调整下的水权交易模型。通过无政策限制(全市场交易模式)及有政策限制(“准市场”交易模式)的模型及结果分析对比,获得多种初始水权分配情景条件下的水资源交易结果。并合理加入污水处理效率、交易率、污水处理成本、交易成本等政策因子来反映水权交易中的政策效益。(5)随机-动态规划运用于市场规则(交易率)变动的水权交易。针对交易率的左手边随机性与可用水量的右手边随机性同时存在于水权交易模型的问题,开发左手边随机多阶段规划的方法,用于解决不确定条件下的开孔河流域的水权交易问题。并采用蒙特卡罗随机模拟的方法(MCS)构建交易率的概率密度分布函数,运用联合概率的方法将交易率的变化动态反映在多个规划期中。并通过模型结果挖掘交易过程中的敏感政策因子及之间的互动响应关系。本文不仅将水权交易体系纳入到水资源规划管理中,在充分分析水权交易系统不确定性及复杂性的基础上,揭示水权交易机制对水资源规划系统的影响(尤其是效率)。更引入Hurwicz理论,将决策者风险偏好的不确定性融入到规划中,进行风险的博弈及选择。所研究开发的一套混合区间-模糊-随机的不确定性优化技术的规划方法,用于解决不确定条件下开孔河流域(典型干旱区域)的水资源系统规划问题(包括水资源配置及水权交易),挖掘了流域水资源和经济社会发展、人口增长及用水需求之间的复杂内在关系和互动机制,为流域的水资源配置规划、水权交易计划的制定提供科学支撑和决策支持。其实现了从整体上对流域系统各组分之间以及水资源与人类经济活动、环境变化之间的复杂互动关系的深入剖析,提高了水资源开发与利用决策(包含配置及水权交易)的准确性及稳定性,降低了决策风险,加强了我国在流域尺度水资源开发与利用方面的管理能力,为流域社会、经济、环境和水资源可持续利用奠下良好的基石。所提出和建立的一系列混合不确定规划理论和方法,将有效提升流域解决当前水资源及相关环境问题的理论水平。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.4

【参考文献】