基于人水和谐的水资源多目标优化配置研究

发布时间：2017-04-29 23:06

  本文关键词：基于人水和谐的水资源多目标优化配置研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水是人类赖以生存且不可替代的重要物质资源和自然资源,也是不可替代的生态环境资源,影响着社会财富的创造和生活的质量。为了改善水资源的浪费巨大、水利用效率较低、水资源开发过度等严重突出的水问题,我国2011年发布了“中央一号文件”,明确要求实行最严格水资源管理制度,确立了水资源开发利用总量、用水效率以及水功能区限制纳污的“三条红线”,从制度上推动人水和谐。要缓解区域水资源的短缺与经济社会发展之间的矛盾,保障有限的水资源能够实现社会效益、经济效益和生态环境效益多赢,对区域的水资源进行优化配置是十分必要的。本文以最严格水资源管理制度的核心——“三条红线”为出发点,将改进遗传算法应用于对区域水资源的多目标和谐优化配置研究中,并以张家口市为例进行分析,旨在使依赖于水资源的区域发展更加和谐。为此,论文主要做了如下内容的研究:(1)最严格水资源管理制度的核心——“三条红线”与人水和谐的内涵的阐述,以及在区域水资源优化配置中考虑二者的现实价值和意义。(2)以2010年作为现状水平年,将张家口市经济社会发展政策、规划同“三条红线”相结合,预测张家口市近期、中期规划年(2015年、2020年)社会经济发展指标;结合发展指标预测成果,采用定额法、指标法和指数模型预测法对各个规划的水平年张家口市经济社会发展需水量进行预测;对张家口市不同规划水平年的水资源分别进行供需平衡分析。(3)基于人水和谐的基本思想,分别建立了以区域经济、社会和环境综合效益最大为目标的3个目标函数;根据目标函数建立相应的约束条件,并在水源供水量与污染物排放量两项约束条件中考虑了“三条红线”指标的限制。建立的目标函数与约束条件构成了优化配置模型。(4)针对水资源配置优化模型含有多个约束条件,采用带有精英保留策略的快速非支配分层排序算法(NSGA-II算法)不能处理约束条件对优化过程控制的作用而影响计算效率的问题,提出应用能够处理含有约束条件控制的多目标优化问题的改进算法GNSGA-II(分组非劣排序选择算法)对区域的水资源配置模型进行求解。(5)针对基于GNSGA-II算法的区域水资源优化的实现过程中,用实际分配水量编码会导致遗传个体不能满足水源供水总量要求的问题,提出了采用配水系数进行染色体编码的方法;由于算法每一代种群的产生都具有随机性,采用配水系数进行染色体编码只能使初始种群满足要求,因此通过对配水系数作归一化处理来保证每一代遗传个体都能满足水源供水量的要求。(6)区域发展需要人水和谐、统筹兼顾,多目标水资源优化配置模型的各目标间存在不可公度性,能协调各用水户的需水要求,但是难以量化生态环境需用水情况,因此本文采用在不同生态环境需水满足度下,对研究区域规划水平年的水资源进行多目标优化配置。(7)在传统水资源优化配置只对非劣解集的典型方案进行定性分析的基础上,对典型方案作了定量分析,即和谐度分析。参照已有的人水和谐量化方法研究成果,对不同生态环境需水满足度下的典型方案进行定量的和谐度计算分析,目标层与准则层的和谐度值均较高的典型配置方案可作为区域实施最严格水资源管理的参考依据。
【关键词】：优化配置 三条红线 人水和谐 改进的非支配排序遗传算法 配水系数 归一化
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-15
• 1.1 论文研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 最严格水资源管理制度12
• 1.4 人水和谐理论12-13
• 1.5 主要研究内容及技术路线13-15
• 1.5.1 研究的主要内容13-14
• 1.5.2 研究的技术路线14-15
• 2 研究区域基本情况15-21
• 2.1 自然地理概况15
• 2.2 水文气候15-16
• 2.2.1 降水15
• 2.2.2 蒸发15
• 2.2.3 径流15-16
• 2.2.4 气候16
• 2.3 河流水系16-17
• 2.4 社会经济概况17-19
• 2.4.1 行政区划17-18
• 2.4.2 人口18-19
• 2.4.3 经济19
• 2.5 研究区域水资源概况19-20
• 2.5.1 水资源概况及特点19
• 2.5.2 地表水资源和地下水资源19-20
• 2.6 水资源开发利用中的问题分析20-21
• 2.6.1 水资源利用现状20
• 2.6.2 存在的问题20-21
• 3 区域发展指标及需水量预测21-32
• 3.1 区域社会经济发展目标预测21-23
• 3.1.1 人口发展指标预测21-22
• 3.1.2 经济发展指标预测22
• 3.1.3 农业发展指标预测22-23
• 3.2 需水预测原则及方法23-24
• 3.2.1 需水预测原则23
• 3.2.2 需水预测方法23-24
• 3.2.3 指数模型预测方法24
• 3.3 规划水平年需水量预测24-28
• 3.3.1 生活需水量预测24-25
• 3.3.2 工业需水量预测25-27
• 3.3.3 农业需水量预测27-28
• 3.3.4 生态环境需水量预测28
• 3.4 张家口市规划水平年的需水量汇总28-30
• 3.5 规划水平年供需平衡分析30-32
• 4 水资源优化配置模型及其求解32-38
• 4.1 水资源优化配置模型32-33
• 4.1.1 水源和用水户的构成32
• 4.1.2 建立水资源优化配置模型32-33
• 4.2 水资源优化配置模型处理方法33-36
• 4.2.1 模型处理方法的确定33-34
• 4.2.2 NSGA-Ⅱ算法及其改进34-36
• 4.3 基于GNSGA-Ⅱ算法水资源优化的具体实现36-38
• 5 水资源优化配置实例38-50
• 5.1 研究区域水资源优化配置模型建立38-41
• 5.1.1 规划水平年38
• 5.1.2 水源和用水户的构成38
• 5.1.3 张家口市水资源优化配置模型38-39
• 5.1.4 模型参数的确定39-40
• 5.1.5 用水户需水上下限的确定40
• 5.1.6 模型求解前提与遗传参数的确定40-41
• 5.2 优化结果与分析41-46
• 5.3 人水和谐量化分析46-50
• 5.3.1 建立量化指标体系46-47
• 5.3.2 优化结果典型方案的和谐度分析47-50
• 6 结论与展望50-52
• 6.1 结论50
• 6.2 展望50-52
• 参考文献52-55
• 在读期间发表的学术论文55-56
• 作者简介56-57
• 致谢57-58

【共引文献】

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1 王煊,田一梅,任俊智,王有栋;水系统综合规划的优化模型[J];安徽农业科学;2005年10期

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3 张克阳;苏亮;班富孝;;张家口市水资源优化配置探讨[J];现代农业科技;2010年14期

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7 张学真,胡安焱;城市河流水文过程变化的对比分析[J];桂林工学院学报;2005年03期

8 王文君;郭纯青;代俊峰;黄翠秋;王小刚;;孤立岛屿的多目标水资源优化配置——以广西涠洲岛为例[J];桂林理工大学学报;2012年01期

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10 秦涛;;基于粒子群算法的宝鸡市水资源优化配置研究[J];地下水;2012年05期

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本文编号：335764