基于信息熵的黄河流域用水结构演变规律及空间分布特征

黄河流域水资源供需矛盾突出,为协调流域水资源与经济社会发展之间的关系,基于1988-2019年黄河流域水资源公报中的各行业用水数据,采用信息熵的方法分析了黄河流域近30年来用水结构的演变规律及空间分布特征。结果表明：1988-2019年黄河流域总用水量呈现两个阶段的变化,总体上呈现先减少后增加的趋势;用水结构信息熵呈现持续增长趋势,由1988年的0.6增长至2019年的1.2,说明黄河流域的水资源利用结构是向有利于经济社会发展的方向演变。从流域用水结构空间分布来看,四川省、陕西省和山西省用水结构信息熵和均衡度较高,均值分别在1.2和0.6以上,宁夏、内蒙古自治区和山东省的用水结构信息熵和均衡度均值分别在0.9和0.5以下,用水结构的合理性在黄河流域处于较差水平;从流域用水结构时间演变来看,四川省用水结构信息熵和均衡度呈减小趋势,其他8省(区)则呈增大趋势,增幅最大的是青海省,增加了40%以上,原因是该省农田灌溉用水量占比减小,而其他行业用水量占比增加。本文评价了黄河流域9省(区)用水结构的合理性,可为流域水资源的规划和节水政策的制订提供参考。     

广东省生产用水结构时空变化及影响因素

基于多区域LMDI方法和信息熵原理,研究2005-2018年广东省4大区域21个城市生产用水结构时空演化机制,解构人口规模、人口分布、经济发展、产业结构和用水强度等5个驱动因素对广东省生产用水的影响。结果表明:广东省生产用水总量总体上呈现降低趋势,珠三角地区降低幅度明显,三大产业的用水强度都逐年下降,区域间差别显著;三大产业用水占比基本保持稳定,珠三角地区用水结构较为均衡,粤东西北地区用水结构趋向于单一,以第一产业用水为主;经济发展为主导正向驱动力,用水强度为第一负向驱动力,产业结构为第二负向驱动力且其驱动效应逐年下降,人口规模为正向驱动力但效应较不明显,人口分布驱动效应最不明显,但人口分布在珠三角城市中主要表现为正向驱动力,在粤东西北地区则呈现为负向驱动力。该研究结果对协调区域产业发展和水资源的关系,制定合理的水资源规划具有一定的参考价值。     

基于信息熵的厦门市用水结构演变及其驱动力的灰色关联分析

基于1999-2010年厦门市水资源公报中农业用水、工业用水和生活用水数据,采用信息熵的方法描述用水结构的演变规律,运用灰色关联度分析影响用水结构演变的主要驱动力.结果表明:厦门市用水结构信息熵和协调度都于2006年起逼近于最大值,越接近最大值说明各部门间用水比重越趋于均衡,说明厦门用水结构系统趋向于无序、均衡的状态发展.灰色关联度反映了社会经济发展对用水结构的演变具有较强的影响,其中以产业结构对其的影响最为突出.     

基于扩展型IO表和信息熵的江苏省产业用水和排污结构演变分析

用水结构、排污结构与产业结构之间存在相互影响的关系,因此掌握当前产业用水和排污结构的演变特征对产业结构优化具有重要意义。通过编制江苏省1997年-2007年间考虑用水和排污的可比价IO表,并运用信息熵原理从用水量、排污量、用水特性(包括用水效率和效益)和排污特性(包括排污效率和效益)4个方面分析研究区国民经济各部门用水和排污结构的变化特征。结果表明,1997年-2007年江苏省用水量结构趋于有序发展,均衡度减弱;排污量结构趋于无序发展,均衡度增强;用水特性结构趋于有序,系统整体的均衡度在减弱;排污特性结构变化较为复杂:排污效率和排污效益结构大致呈相反发展态势。     

北部湾经济区用水结构演变及其驱动因子分析

为探讨广西北部湾经济区用水结构的变化特征,实现区域水资源的合理配置,基于2006～2017年的用水数据,运用信息熵、灰色关联分析模型,对该区域的用水结构、信息熵、均衡度以及驱动因子进行了研究分析。分析结果表明:①2006～2017年,北部湾经济区用水总量波动变化显著,农业用水量和比重虽然处于"双高"地位,但是呈下降的趋势,工业用水量总体来说呈增长的趋势,生活用水量呈现为逐年增加-剧烈变化-平稳增加的变化历程;②用水结构信息熵与均衡度同步变化,信息熵在0.80以上,均衡度在0.59以上,二者都为先快速提升后波动缓慢上升;③有效灌溉面积、工业企业单位数、家庭总户数分别是农业、工业、生活用水变化的重要驱动因子,二者的关联度分别为0.930,0.956和0.953。     

滇中受水区用水结构时空演变态势分析

以云南省滇中受水区2009年~2018年的用水数据为基础,运用熵理论、洛伦兹曲线和改进的基尼系数等方法对该受水地区的用水结构的时空演变态势进行分析。结果表明,从时间尺度上看,受水区中昆明市的用水结构稳定,各类型用水发展均衡;玉溪紧随其后,最具发展潜力的是红河州;但各分区差异性较大,尤其是生态用水,最大差距可达56倍。从空间尺度上看,各分区农业、工业、生态用水基尼系数都有不同程度的下降,其中生态用水基尼系数下降幅度达0.505,说明生态环境保护得到重视;但2018年生态用水基尼系数仍表明各分区生态用水差异性大,处于不均衡的状态。整体看,受水区用水结构的时空演变态势都朝着好的方向发展。     

陕西省近10年用水结构演变及驱动力分析

分析了2001-2010近10年来陕西省工农业用水、生活用水以及生态用水的结构变化,并引入信息熵的方法对用水结构的演变趋势进行了探讨,同时阐述了造成这些变化的主要驱动因子。分析表明:陕西省用水总量近十年来在波动中缓慢上升,年均增加0.61亿m3;农业用水量和比重都在下降;工业用水总量变化较缓;生活用水和生态用水呈持续增长趋势。     

基于Shannon熵理论的玉溪市用水结构演变分析

基于C.E.Shannon熵理论,采用信息熵和均衡度指标对玉溪市的用水结构进行了分析研究。分析结果表明:玉溪市的年均用水总量为86 533万m3,农业用水、工业用水、生活用水和生态用水的结构比例分别为59.0%、28.7%、10.0%和2.3%;全市用水总量总体上呈波动下降的趋势,农业用水量和工业用水量总体上也是呈波动下降的趋势,生活用水量为波动缓慢上升的趋势,生态用水量为波动无序的状态;全市用水结构信息熵和均衡度总体上为先上升后下降再缓慢上升的波动式变化,全市用水类别结构正在向均衡状态演变和发展;各县(区)的用水结构信息熵的差异不大,区域用水比较均衡。针对上述情势,提出了进一步调整工农业结构、落实最严格水资源管理制度等对策建议。     

长江经济带用水结构演变及驱动力分析

为了探究长江经济带用水结构演变特点,根据长江经济带11个省(市)2003—2020年用水量变化,采用信息熵和均衡度的理论方法,分析其用水结构特征及演变趋势,并结合主成分分析法进行了驱动力分析。结果表明：在时间尺度上,长江经济带用水总量总体呈上升趋势,其中农业、工业用水比例下降,生活、生态用水比例增加;用水结构信息熵、均衡度均呈上升趋势,用水系统均衡性增强。在空间尺度上,长江经济带下游用水系统均衡性最高,其次是上游、中游。随着农业结构的调整,预计长江流域耕地面积可能会减少,农业用水量不会有大幅上升,其占比将继续减少。预计工业用水量可能会减少,占比依然下降;生活用水量会继续提高。用水结构演变的主要驱动力有工业生产总值、GDP、节水灌溉面积、万元GDP用水量4个因子,其贡献率占96.844%。研究结果对长江水资源与生态保护具有重要参考价值。     

冀中南部四市地区用水结构演变分析

为探究冀中南部四市的用水结构演变,选用信息熵理论、洛伦茨法和基尼系数分析了2008—2018年间冀中南部地区用水结构的演变趋势和空间分布特征。结果表明,冀中南部地区的用水结构信息熵值由2008年的0.73上升至2018年的0.97,区域用水结构系统稳定性不断增强;农业用水、工业用水和生活用水的空间分布较为均衡,生态用水的空间分布由2008年的“差距悬殊”转变为2018年的“相对合理”状态,空间分布均衡性不断增强。研究结果可为未来区域水资源管理提供参考。     

安徽省近10年用水结构变化特征分析

根据安徽省水资源公报数据,采用信息熵和均衡度方法对全省的用水结构变化特征展开了分析研究。研究结果表明:2006~2015年的10 a期间,安徽全省、省内三大流域和6个典型城市的用水结构总体相对稳定,部分年份有所波动,而且农业用水仍占据主导地位。受地理位置和气候等因素差异的影响,三大流域和典型地市用水结构变化特征也存在着差异,其中,长江流域用水结构与全省的变化特征基本一致,滁州市用水结构的均匀性低于全省的平均水平。相对于十一五而言,十二五期间的用水结构有所调整:即农业用水比重下降,非农用水比重上升,整体上是朝着更加均衡的方向发展。对安徽省用水结构演变特征的研究,可为安徽省十三五水资源管理和年度计划的制定提供参考和依据。     

基于耗散结构理论和灰色关联熵的水资源系统演化方向判别模型研究

水资源系统是一耗散结构，本文以水资源量作为序参量，来描述水资源系统的有序性和演化方向。依据协同学理论，水资源系统要维持有序就要求经济、社会、生态子系统相互协调，系统序参量之间相互协同。应用耗散结构理论和灰色系统理论，把灰关联度与熵结合起来，以序参量为基础，建立了基于灰关联熵的水资源系统演化方向的判别模型，为水资源系统分析提供了新方法。并将该模型应用于黄河流域水资源系统的演化评价，为实施临界调控提供了依据。     

基于信息熵原理的东北地区参考作物蒸散量时空特征分析

根据1951—2013年东北地区116个气象站点的常规气象资料,基于信息熵理论构建了东北地区日参考作物蒸散量站点间的信息传输模型并分析了信息场的分布情况,利用聚类分析法解析了东北地区日参考作物蒸散量的区域相似性结构特征;并在此基础上选取6个代表性站点,运用重标极差法分析了参考作物蒸散量(ET_0)的时间分形特征。结果表明:空间上,东北地区日参考作物蒸散量的信息熵随纬度增加而减小,各站点信息传输指数随基站与辅站距离的增大而减小,且具有明显的各向异性;东北地区在站点群层面上的信息传输总体呈由南到北、由东到西的分布规律。时间上,东北地区多年平均ET_0总体呈下降趋势,哈尔滨、沈阳、赤峰、加格达奇、佳木斯、海拉尔6个代表性站点的ET_0在未来一定时段内的变化趋势趋于稳定且具有较强的持续性。     

基于信息熵原理的作物需水空间相似性分析

根据区域空间作物需水观测站点具有信息传输的特性,运用信息熵原理研究了它们之间的信息有向传输问题,并运用聚类分析法进一步研究了作物需水相似性区间,初步揭示了作物需水空间分布的结构特征。上述方法运用于湖南省83个观测站作物需水空间分布规律研究中,取得了满意的结果。     

基于信息熵的TOPSIS模型在水利工程评标中的应用

将TOPSIS模型应用于工程项目评标中,引用信息熵理论来计算各指标的权重．可以避免由专家确定权重的主观性。建立了基于信息熵的TOPSIS工程项目评标模型,其计算简单,结果科学合理。     

信息熵在水污染物总量区域公平分配中的应用

在考虑排污权的公平准则的基础上,通过综合考虑区域的经济、自然等客观因素,构建了以加权信息熵最大化为目标的规划模型。该模型应用熵值法得到上述各因素的指标的权重,并通过计算单位化指标负荷污染物量的信息熵,进而得到总信息熵。通过设定合理的运算规则和约束条件,制定出基于公平性的水污染物总量的区域初始分配方案。将模型应用于天津市的水污染物分配计算,结果表明：天津市东丽区、汉沽区和中心城区是水污染物重点削减区域,其次是塘沽区和宁河县。应用结果表明,本文方法可以定量化地反映多种公平准则,进而得到公平可行的分配方案。