基于区间不确定性水资源复杂系统的协调演化研究

水资源系统是具有不确定性的复杂系统。本文通过分析水资源系统的复杂性与不确定性,构建了基于区间不确定条件下的水资源复杂系统协调演化分析方法。在利用主成分分析法得到子系统综合发展水平的基础上,采用系统的协调性指数模型来揭示系统间的相互关系,然后根据系统的信息熵得到其协调有序度,以此来反映水资源复杂系统的演化规律。以大连市为例的应用研究表明,观真实地揭示水资源复杂系统的演化区间及其发展趋势,指导意义。基于区间不确定性的水资源复杂系统协调演化,能够客对于实现区域水资源和社会经济的可持续发展具有重要指导意义。     

基于区间多阶段随机规划的水资源优化配置模型及应用

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性,基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,利用多阶段随机规划反映水资源配置中的动态性,进而建立了多水源、多用水户的区间多阶段随机规划模型,模型通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、系统风险与系统收益三者关系,可实现系统最大经济效益。利用该模型对黑龙江省水资源配置问题进行研究,结果表明:规划年黑龙江省生活、工业和生态用水均可以得到满足,农业用水在丰水年基本得到满足,枯水年缺水量为15.32亿~49.40亿m³,与现状年相比,农业缺水得到一定程度的缓解;水源供给方面,地表供水比例稳步提升,可以较好保护地下水源。     

基于IFMOP的玉环市区域水资源配置

引入无概率分布的区间数表示不确定性影响范围,选取经济效益、供需水效率和COD排放量分别构建经济目标、社会目标和环境目标优化函数,构建了玉环市不确定性模糊多目标规划(IFMOP)水资源配置模型,并计算了不确定性解集。结果表明:IFMOP配置计算成果可实现玉环市区域水量水质协调高效利用和社会-经济-生态系统均衡发展;在75%来水保证率下各行业配置总水量不确定性范围为14 375万~15 154万m³。IFMOP水资源配置模型在信息不充分的条件下能够全面使用各类数据信息进行水资源配置,更好地满足水资源在各行业配置过程中的动态管理需求。     

不确定性多目标模糊规划在水资源优化配置中的应用

在充分考虑水资源系统中供需水不确定性的基础上,基于多目标规划、模糊规划和区间规划原理,以经济效益、社会效益和环境效益最大为目标,以需水量、可供水量和不同子区用水部门间的用水公平性为主要约束,构建一种适用于多水源、多子区、多用户的考虑供需水不确定性的多目标模糊规划模型,以期通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、缺水风险与系统收益三者的关系,实现系统综合效益最大。模型以衡水市历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,通过引入模糊隶属度函数,利用两步交互式算法,将多目标规划转化为单目标规划进行求解,以2025年为衡水市规划水平年,得到规划水平年下的11个子区、4种水源、4个用水行业的最优配水方案。结果表明：本研究制定的水资源优化配置方案可实现“外调水优先利用、地下水控制利用”,同时考虑用水的公平性约束后,在缺水条件下可有效控制水资源向每立方米水效益高的区域和部门流动,有利于多区域、多部门共担缺水风险;该水资源优化配置方案可有效缓解衡水市水资源供需矛盾,实现多水源和多目标之间的协同互补。研究成果可为河北省其他县域的水资源优化配置提供技术参...     

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。     

沈阳市水资源承载力分析

文章基于沈阳市水资源开发利用与经济社会发展实际状况,对2010-2017年期间的水资源承载力水平利用WF水足迹理论进行计算分析,从而揭示了水资源被人类社会利用的实际情况;然后对比分析了承载系统对维持区域经济、社会发展的能力及其面临的压力,根据容量耦合模型和耦合协调度评价体系揭示了沈阳市经济、社会与水资源利用的协调状态。研究表明:沈阳市2010-2017年的年均水足迹为35. 66×108m3,水足迹总体表现为波动下降趋势;城镇与农村居民的人口规模、饮食习惯差异为导致虚拟水消费量不同的关键因素,历年社会承载力指标均低于经济承载力,显著影响水资源系统的因素为经济社会发展,城市人口增长的影响作用相对较弱;水资源系统处于拮抗状态,沈阳市经济、社会与水资源复合系统除个别年份外一直保持轻度失调水平。     

水资源恢复的经济补偿初探

水资源恢复是实现水资源可持续利用的必要环节.水资源恢复的经济补偿有助于维持正常的水循环和水体功能、保证水资源保护工作的良性开展、促进水资源的可持续利用,其通过经济激励作用与利益协调功能,促进水资源的有效恢复.建立和完善水资源恢复的补偿机制是一项极其复杂的系统工程,涉及经济、社会、资源与环境等多学科、多领域的系统研究工作,应加大研究力度.     

云南省水资源-经济-社会-水生态协调度评价

为科学评价云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平,引入阴-阳对优化（YYPO）算法、投影寻踪（PP）和正态云模型（CM）,构建了YYPO-PP-CM水资源-经济-社会-水生态协调度评价模型。从水资源、经济、社会、水生态系统中遴选出20个指标来构建水资源-经济-社会-水生态系统协调度评价指标体系和等级标准,采用云模型正向发生器来计算各分级评价指标隶属度;选取了8个标准测试函数对YYPO算法的优化性能进行仿真验证,并与粒子群优化（PSO）算法、布谷鸟搜索（CS）算法等4种传统优化算法的性能进行对比。基于PP基本原理,利用云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态指标数据构造投影寻踪优化目标函数,通过YYPO-PP给出各评价指标权重,同时,根据隶属度矩阵和权重矩阵来计算水资源-经济-社会-水生态协调度评价的分级确定度,并进行评价分析,最后将评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的结果进行比较。结果表明：① YYPO算法的寻优精度优于PSO、CS等传统优化算法,具有较好的开发、探索平衡能力和全局极值寻优能力。② YYPO-PP-CM模型将云南省2006～2007年水资源-经济-社会-水生态协调度评价为“极不协调”,2008～2009年为“不协调”,2010年为“基本协调”,2011～2014年为“较协调”,2015～2016年为“协调”,表明近10 a来云南省水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平持续提升。③ 评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的评价结果基本一致。④ YYPO-PP-CM模型兼具客观性、模糊性和随机性,既能客观确定评价指标权重,反映水资源-经济-社会-水生态协调度评价分级的定性概念,又能反映隶属程度的不确定性,具有良好的应用价值。     

基于耗散结构理论的水资源复杂系统演化研究

基于耗散结构理论和熵原理对水资源复杂系统进行正负熵分析,通过构建系统正负熵指标体系,采用改进的灰色聚类白化函数方法与玻尔兹曼方程计算系统的正负熵值,并引入布鲁塞尔器模型,结合系统正负熵值分析系统的发展演化机制,对水资源复杂系统发展演化的内涵及耗散结构特征进行阐述。以滕州市为例,研究结果表明:通过分析水资源复杂系统发展演化机制的动态特征,能够客观揭示系统的演化趋势。     

基于CAS范式的水资源系统复杂性分析

分析了复杂性定义与特征,揭示复杂性的主、客体本质。指出水资源系统也具有主、客体本质,复杂性是水资源系统的一个重要特征。结合复杂适应系统对涉及到经济、环境、人文和水资源规划等多方面的水资源系统进行分析研究。将水资源系统看成是由若干个相对独立的有适应性的个体所组成的一个有层次的网络体系,用定量与定性相结合的方式得到系统的演化规律。建立流域级的水资源复杂适应性系统模型对于研究水资源管理和维持生态平衡等都能起到直接的推动作用。     

基于可持续能力和协调状态的水资源系统评价方法探讨

基于可持续理论、系统协调理论内涵,从区域资源条件、生态环境、水资源开发利用水平及经济社会现状要素相互耦合、共同支撑水资源系统的角度,应用压力-状态-响应模型(PSR模型)构建了区域水资源系统综合评价指标体系,借鉴前人研究成果提出了水资源系统可持续度、协调度概念及其定量表征方法,在此基础上提出水资源系统综合评价方法,并结合有关数据对2003—2013年辽宁省水资源安全形势演进态势进行实证分析。结果表明:1研究时段内辽宁省水资源系统可持续度呈整体上升趋势,自然因素导致资源子系统可持续度变化不稳定,其余3个子系统可持续度基本呈现逐年提升态势;2研究时段内辽宁省水资源系统协调度波动变化,是资源条件、生态环境、开发利用水平和经济社会发展因素的耦合导致子系统之间的协调关系不稳定;3在研究时段内辽宁省水资源系统安全等级逐渐提高,安全态势趋于好转。未来,有关部门应在加大自然资源和生态环境保护力度、提高水资源开发利用水平和促进区域经济与社会发展的基础上,努力探索区域水资源系统协调发展和统一管理的新思路和新方法,将水资源纳入区域可持续发展进行综合管理和优化配置,以期实现区域水资源系统和谐、可持续的发展目标。     

京津冀水资源与经济社会协调度分析

为了实现京津冀三地水资源-经济-社会系统协调发展的目的,构建了京津冀水资源-经济-社会系统耦合协调度模型,以2007～2016年为研究时间段,综合运用熵值法、AHP法、耦合度与耦合协调度计算等分析了各子系统和综合系统的发展水平以及系统的协调程度。通过分析,可以得出以下结论:①区域内部存在着分化现象,综合发展水平由高到低依次为北京、天津、河北;河北水资源相对丰富而经济社会相对落后,天津的水资源水平发展最慢。②三地耦合度均高于耦合协调度,整体而言,水资源-经济-社会系统水平朝向愈加协调的方向发展,2016年天津、河北达到了高水平-高度协调状态,北京达到了高水平-极度协调状态。基于上述分析结果,从各子系统的发展角度提出了相应的对策及建议,以期促进京津冀三地的水资源-经济-社会系统的协调发展。     

京津冀地区水-经济-生态耦合协调发展特征评价

运用耦合协调度模型评价了2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境的耦合协调发展状态,并利用灰色关联法分析了影响京津冀地区耦合协调发展的主要因素。结果表明:2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境耦合协调发展水平总体呈上升趋势;京津冀地区和北京水资源系统持续滞后,天津水资源和生态环境系统交互滞后,河北处于经济社会系统滞后的状态;北京始终处于耦合协调发展最好水平,天津其次,河北耦合协调发展缓慢;水资源总量和地下水储变量是影响京津冀地区耦合协调度最重要的因素,人口变化情况次之。     

安徽省水资源与社会经济协调发展空间分布研究

基于水资源与社会经济协调发展模型,选取平水年份的2005年为例对安徽省水资源与社会经济协调发展空间分布进行分析。研究发现:安徽省地市间水资源与社会经济的协调度差异明显:以高开发利用极不协调(5个城市)和低开发协调(6个城市)两个类型最为突出;其他地市基本以中度开发协调或基本协调为主。人均GDP最高的合肥、芜湖、马鞍山、铜陵和淮南5市是高开发利用极不协调区;人均GDP低的阜阳、亳州和宿州3市正处在低开发协调区;另外处在低开发协调区的宣城、池州和黄山3市是人均水资源量在全省最高的3个区。进一步对比淮北与芜湖发现,两市水资源和人口数量相当,但协调度迥异,其GDP和用水量相差都在2～3倍。可见,社会经济发展水平差异以及由此带来的用水差异是水资源与社会经济协调发展差异的根本原因。与已有的研究成果对比发现,协调度与社会经济干旱指标在度量水资源支持社会可持续发展上结论基本吻合,尤其在经济发展水平较高区域表现出更高的一致性。     

长江经济带水-能源-粮食系统耦合时空动态特征研究

水、能源和粮食为可持续发展的基础性资源,如何从时空角度全面评价长江经济带水-能源-粮食系统的耦合协调发展是促进区域资源可持续发展的重要前提。以水、能源、粮食以及共生单元水能、水粮和能粮系统为单元,构建水-能源-粮食系统耦合协调评价指标体系,采用熵值法对各系统指标赋权,运用耦合协调度模型和空间自相关分析对2010—2019年长江经济带的水-能源-粮食系统协调发展和时空动态特征进行定量研究。结果表明：2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统综合评价指数整体呈缓慢增长趋势,其中水系统对水-能源-粮食系统综合评价指数贡献最大,年均贡献占比为21.57%;能源系统贡献最小,占比为11.95%; 2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调水平呈先升后降趋势,其中四川省上升幅度为5.05%,重庆市下降幅度为2.83%,且存在显著的空间异质性,上游地区明显高于中下游地区。其中能源资源是水-能源-粮食系统耦合协调发展的短板;长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调度表现出显著空间关联性,高-高集聚区集中在长江上游地区,下游地区主要以低-低集聚区为主。长江经济带内各省市应因地制宜地完善资源管理机制,推动长江经济带资源可持续发展。     

黄河流域地级市水-能源-粮食系统耦合及空间关联研究

黄河流域水资源匮乏,但肩负国家能源和粮食生产的重任。在资源有限、需求不断扩张的背景下,探究水-能源-粮食资源的空间错配给黄河流域可持续发展带来的压力和挑战,可为流域高质量发展及国家区域协调发展战略提供科学依据和参考。基于中观尺度,构建黄河流域地级市水-能源-粮食系统综合评价框架,分析了流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调发展水平及空间关联特征。结果表明：2000-2018年,流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调度整体由初级协调阶段过度到中级协调阶段,但协调发展稳定性不足,至2018年,系统耦合协调度呈现下降态势;多数年份系统耦合协调度表现出显著的空间关联特征。从地级市视角出发对水-能源-粮食系统进行研究更具地区针对性,更易凸显中观尺度下系统发展的个性特征。应进一步探究黄河流域水-能源-粮食系统的空间关联影响机制,并解构黄河流域水-能源-粮食系统动态耦合协调发展模式。     

基于改进PCA的重庆市水资源可持续利用评价

水资源的可持续利用是区域可持续发展的前提和保障。从水资源、社会、经济、生态环境等4个方面,选取了29个指标构建重庆市水资源可持续利用评价指标体系,收集了2005~2014年的相关指标数据,应用改进的主成分分析法(Modified-PCA)进行评价,得出了重庆市近10 a来水资源可持续利用水平的变化状况,并对其主要影响因素进行了分析。根据分析结果,有针对性地提出了进一步推进重庆市水资源可持续利用系统发展的对策。研究成果对谋求水资源、生态环境、经济以及社会的相互协调,实现重庆市可持续发展有一定的积极作用。     

贵阳市经济发展与水资源环境耦合研究

水资源环境是生态环境的关键因子,研究西部典型城市的经济发展与水资源环境的耦合规律,对西部城市生态文明建设具有重要的现实意义。通过构建经济发展和水资源环境综合指标体系,借助于协调发展度模型,对贵阳市2001~2015年间的经济发展与水资源环境交互耦合作用关系进行了定量研究。研究结果表明:贵阳市的经济发展综合指数总体上呈上升趋势,水资源环境综合指数表现为波动上升的趋势;经济发展与水资源环境协调发展度总体上呈线性的增长趋势,协调类型逐渐从严重失调转变至优质协调类型。经济发展与水资源环境的耦合关系是动态的历史过程,只有促进两大系统综合指数的稳步提高,二者的协调发展度才会稳步提升。     

丝绸之路经济带背景下新疆水资源与经济社会协调性评价

丝绸之路经济带战略实施,必将给沿线我国各省区经济社会带来新的发展机遇,分别从4个方面构建水资源与经济社会协调发展指标体系,运用变异系数法客观确定评价指标权重,基于距离协调度对2005—2013年新疆水资源与经济社会协调发展度进行定量分析。结果表明:新疆水资源与经济社会系统处于上升趋势,2005—2013年期间经济社会系统发展速度快于水资源发展;根据水资源与经济社会的协调发展度分为2个阶段:2005—2011年为第一阶段,水资源与经济社会系统的协调发展度一直处于上升阶段;2011—2013年为第二阶段,水资源与经济社会的协调发展度出现下降趋势,但是总体仍然处于中级协调水平。最后,对新疆在丝绸之路经济带建设中水资源与经济社会协调发展提出建议和对策。