基于遗传算法的榆林市水资源优化配置的研究

发布时间：2020-04-28 17:26

【摘要】： 水是生命之源,是人类生存和社会发展的必要物质基础,同时,水资源也是不可替代的基础性自然资源,也是战略性的经济资源,在国民经济生产中占有至关重要的地位。随着人口的增长和社会经济的发展,对水资源的需求无论是量还是质上都有了巨大的增长,但是可利用的水资源是有限的,国家之间、区域之间、部门之间、不同人群之间的用水纠纷和矛盾日益明显,导致了现在水资源供给与需求尖锐矛盾的形成,制约了社会、经济的健康发展。如何在当前有限的水资源基础上有效调配水资源,在不同区域(流域)、不同部门、不同用水人群之间进行有效、公平、合理地分配,最大限度地提高水资源的利用率,以取得最优的综合效益,这是当前人们面临水资源危机需要解决的首要问题。水资源优化配置在一定程度上可以缓解这一矛盾,是目前缓和水资源供需矛盾的有效手段,对社会、经济以及环境的协调持续发展具有极其重要的意义。本文分析了国内外有关水资源优化配置理论和研究方法,建立了基于遗传算法的水资源优化配置模型,同时结合模拟方法对榆林市水资源优化配置进行了研究,并对研究结果进行了分析,主要成果如下: 1.针对陕西省榆林市的社会、经济、水资源等实际情况,采取经济与生态相协调的配水方案,应用基于遗传算法的大系统总体优化求解方法,建立了以经济、社会和环境的综合效益最大为目标的区域水资源优化配置模型,借助C语言编制了计算机求解程序。 2.根据研究结果,对榆林地区的水资源进行缺水原因及协调度分析。⑴榆林市的缺水情况主要集中在2030年的工业部门和农业部门,总体上,从平衡分析结果看,2030年的缺水比2010年缺水情况严重,因为2010年,在榆林市水资源规划中,引黄工程的引水到位,水量增加,而实际的需水量远低于2030年,故在2010年,水量富余,不出现缺水情况,结合目前实际情况,在2010年,有可能达不到榆林市规划的引黄工程水量,故实际情况会出现缺水情况。2030年,随着榆林市经济社会的不断发展,区内供水量有限,而需水量大量增加,尤其是在工业与农业部门,造成不同程度的缺水,但从总体的配水情况看,榆林市的水量供需基本达到平衡。。 ⑵在规划水平年2010年,保证率由50%到75%时,榆林市供水净效益减少, COD排放总量减少,2030年,保证率由75%到95%时,供水净效益增加,总缺水量减少,但COD排放总量增加;即某一目标的改善(如总净效益增加,总缺水量减少),是以牺牲其它目标的利益(如COD排放增加)为代价。这体现了三个目标之间是相互矛盾、相互竞争的。2030年,较之2010年,随着榆林市的社会经济发展,区域用水量增加,因此三个目标值均比2010年有所增加,但三个目标相互竞争的特性与2010年一致,符合多目标优化的特点及规律。 ⑶榆林市的水资源优化配置是基于经济与生态协调性的原则,不仅要求系统综合效益最佳,而且应使区域资源、环境、经济协调持续发展。榆林地区综合协调度μ在0.85以上,反映了榆林市资源、环境、经济处于协调发展之中。 3、本文选取陕西省榆林市为研究对象,建立了该地区的水资源优化配置模型,并以两个水平年(2010年、2030年)三个保证率(50%, 75%, 95%)的水资源供需情况为依据,拟定模型参数(系数)。采用多目标总体优化遗传算法进行求解,并对GA进行了具体算法设计,编制了计算机程序,探讨了GA在水资源优化配置中的实际应用效果。对榆林市水资源优化配置模型的求解结果进行了供需平衡分析、优化配置目标与效果分析、系统协调发展分析,提出了解决该市缺水的措施与方法。经验证,模型合理,算法有效。此优化配置模型及成果,同时体现了可持续发展思想,并为区域水资源可持续利用规划提供了决策依据。本文建立的区域水资源优化配置模型及其求解方法具有适用性和可操作性。
【图文】：

目标,重要度,模糊语,费用系数

万元产值取水量定为 2115 m/万元，水利分摊系数取 0.3，则农业灌溉用水的效益为 0.0001 万元/ m3。⑵费用系数目前榆林市城市综合水价平均为 2.75 元/m3，居民生活用水最终负担价格为 2.38 元工业用水最终负担价格为 3.78 元/ m3。因此，榆林市供给居民生活用水的费用系数 2.38 元/ m3，供给工业用水的费用系数定为 3.78 元/ m3，供给城镇生态环境用水的系数定为 2.38 元/ m3。灌溉用水系数定为 0.3 元/ m3。.3 子区权重系数、目标权重系数子区权重系数kw 表示 k 子区对整个区域而言的重要性程度。目标权重系数pλ 表示p 个目标对其他目标而言的重要性程度。kw 、pλ 的确定可采用层次分析法（AHP）或 DELPHI 等方法[53-55]。本文介绍二元法[56]，确定目标权重系数，具体方法如下：⑴对于 m 个目标，慎重考虑其重要度，按重要程度由高到低进行排序。⑵使用以下六种模糊语气表示第一个目标（最重要目标）与其他目标相比较时的相要程度( )ujmj1,,1= …：同样重要、略为重要、明显重要、十分重要、极其重要、比拟。

流程图,遗传算法,流程图,目标

图 5-1 遗传算法流程图fig 5.1 Genetic algorithm flow chart标 1 的求解复的调试（进化代数 200000），最终确定目标 1 的解为5.5，13938.4，1356.3，22241.4，1718.5，14169.5，2203.5，21265.1，181413，22732.4，0.18，0.27，0.0002，7765.6，0.0002，0.36，1222.4，5890.3，582.9，425，800.8，4091.7，1167，32.9，915.8，4089.5，0.15，5，0.04，0.16)，经验证，其完全符合约束条件。求得目标 1 的值为 f1＝1573012*2= 3146024 万元。 2 的解为99.3，14502.3，1414.3，21471.5，1987.3，13886.2，2002.2，22249.2，1575.2，22751.5，0.01，0.04，0.023，7542.3，0.014，1.02，722.3，228.6，1207.8，292.2，906.1，4033.1，1086.8，308.8，735.8，3809.6，0.04，02，0.05，0.05），符合约束条件。目标 2 的值为 f2=426.9 万 m3。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TV213.9

【引证文献】