基于区间不确定性水资源复杂系统协调演化研究

水资源系统是一个充满不确定性的复杂系统。水资源的可持续利用就是要实现水资源与社会、经济、环境之间的相互协调发展。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,基于区间不确定性的水资源复杂系统协调演化,能够客观真实地揭示水资源复杂系统的演化区间及其发展趋势,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。     

考虑不确定性的区间多阶段随机规划模型研究

水资源供需系统具有复杂性和不确定性,且系统环境随时间动态变化,给决策者带来困扰。本文基于多阶段规划框架下的多层离散情境树,引入区间数和概率密度函数表达模型中不同参数的不确定性,建立适用于水资源管理决策的区间多阶段随机规划模型,并以陕西省宝鸡市冯家山水库多用户供水方案决策问题进行实例研究。结果表明,该模型不仅能处理水资源供需系统中的不确定性,而且能够以多情境下的离散形式反映各规划周期中水资源配置的动态决策过程,并对预先制定的决策实时纠正以减少缺水经济惩罚和降低不能达到目标的风险,模型优化结果有助于决策者权衡系统经济效益、相应决策风险和相应的经济惩罚。     

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。     

水资源系统多目标综合评估模型与方法

探讨了水资源系统的多目标综合评估模型和方法。以克服现有评价方法中采用主观赋权法和客观赋权法等方法确定评价指标权重中的缺点。为了减小评价标准等级划分的主观性和简化指标值的划分,通过构建差距指数和协调指数降低评价目标的维数。在此基础上,通过考察评价对象的实际指标值与各理想区间的距离,采用基于理想区间的多目标评估方法进行综合评估。并以郑州市为例进行计算分析,结果表明本文提出的模型与方法能有效评估区域水资源系统所处的状态,并能揭示影响区域水资源系统状态的关键因子。     

面向关系结构的水资源集对分析研究进展

水资源-经济社会-生态环境复杂系统的智能分析是水利科学发展和经济社会发展的重要研究,面向关系结构的集对分析从确定性不确定性的联系和转换的角度提供了一种全面、细致、动态分析该复杂系统的基本途径,对定量处理水资源复杂系统确定性不确定性问题具有重要意义。基于文献计量方法分析指出水资源集对分析研究正发展为一个新兴领域,主要研究成果集中于水利工程、土木工程和资源科学领域,研究热点主要有集对分析中的联系度和联系数方法、水资源分析预测与评价方法及其在水资源承载力、水资源可持续利用、水安全、水资源-经济社会协调发展中的应用。基于上述研究热点,在阐述水资源集对分析的关系结构特征基础上,重点综述了水资源集对关系结构分析、水资源集对预测、水资源集对评价、水资源集对决策调控4个方向的研究进展,并展望了水资源集对分析研究的未来发展趋势,以期进一步推动水资源集对分析的发展,为水资源复杂系统分析管控提供重要理论支撑。     

基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型

针对现有集对势方法难以进一步挖掘联系数中不确定性变化信息问题,提出将三元联系数减法集对势看作一个服从正态分布的随机变量,采用95%置信水平下置信区间的长度来反映不确定性大小,建立了基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型。以宿州市为例对构建的模型进行了验证,评价结果与现有的减法集对势、半偏减法集对势方法相一致,说明基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型合理有效;该模型得到的评价结果不是一个数值,而是一置信概率区间,提供了关于评价结果可靠性方面的信息,能够反映在多种不确定因素综合影响下的旱灾风险实际情况,在水资源保护系统不确定性分析评价中具有应用前景。     

水资源研究中的系统思维

以事实为依据,运用辩证的、系统的思维方式对水资源系统的整体性、复杂性、动态性、脆弱性与敏感性特征进行了较为全面的剖析和总结,得出人类活动与水资源系统的演化特征存在着必然的联系。提出正确认识人类活动对水资源系统的影响作用,保障水资源的可持续利用,需要重视对水资源系统不确定性的研究,自觉地运用系统思维,需要马克思主义哲学和现代科技理论来指导。     

基于联系数和耦合协调度的水资源空间均衡评价方法

为定量分析评价水资源空间均衡状况和空间差异,采用联系数和耦合协调度相结合的方法对区域水资源空间均衡进行评价.综合考虑水资源-经济社会-生态环境的复合关系,构建了由水资源承载支撑力和承载压力2个系统、15个评价指标组成的水资源空间均衡评价指标体系,并采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法计算了评价指标权重,提出了基于联系数...     

水资源复合系统协调性指标体系构建与调控措施研究

根据复合系统协调性理论,通过分析水资源复合系统内水资源子系统、社会经济子系统、生态环境子系统两两之间的相互作用关系,以全新的视角构建了水资源复合系统协调性评价指标体系,并针对指标反映的系统特征和系统间关系相应地提出了子系统之间协调性调控措施。     

A Hybrid Dynamic Dual Interval Programming for Irrigation Water Allocation under Uncertainty

Along with the economic development in Canada, the shortage of irrigation water has become a serious concern (Bouwer 1993; Hennessy 1993). In this study, a model of Dynamic Dual Interval Programming (DDIP) is developed and applied to the irrigation water allocation systems with uncertainty. DDIP method improves the existing dynamics interval programming by explicitly addressing the system uncertainties with a dual interval that had higher system reliability. The solution of DDIP is computationally effective, and its decision variables are incorporated into the solutions for final decision. In order to obtain the optimal allocation schemes in a dynamic process, the developed DDIP was applied to an irrigation water system. The results from this case study revealed that optimal solution can be obtained through the DDIP approach from the agriculture water management activities for feasible decisions. These decisions reflect the high uncertainty of the information in the boundaries of dual intervals. The solution presents a maximum benefit under limited yearly uncertain natural resources. Furthermore, the information obtained though this model may help the authority to make optimal decisions and to reduce the risk for uncertain situations.     

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...     

不确定条件下的多水源联合供水调度模型

本文针对城市供水调度系统中存在的不确定性与复杂性,运用区间两阶段随机规划的方法,建立了多水源联合供水调度的优化模型。该模型以供水调度系统成本最小为目标函数,引入概率分布及区间数表示不确定性,模拟了地表水源、地下水源、外来水源等多种水源联合供水过程,并对多种水源的调水目标进行优化。以区间形式给出优化结果,为决策者提供宽裕的决策空间。利用该方法,可充分考虑系统中不确定因素对系统成本的影响,更真实的反映多水源联合供水系统的实际情况。     

水资源复合系统协调性指标体系构建与调控措施研究

根据复合系统协调性理论,通过分析水资源复合系统内水资源子系统、社会经济子系统和生态环境子系统两两之间的相互作用关系,以全新的视角构建了水资源复合系统协调性评价指标体系,并针对指标反映的系统特征和系统间关系相应地提出了子系统之间协调性调控措施。     

区域水资源调度-分配迭代优化模型

在对水资源系统组成和结构分析的基础上,运用大系统优化理论建立了区域水资源系统多目标优化配置数学模型,包括水源优化调度、水量优化分配和调度分配迭代3个子模型。水源优化调度模型的求解采用轮库迭代方法和动态规划方法,水量优化分配模型的求解采用大系统分解协调中的D-W分解原理。对江苏省连云港市区水资源优化配置问题进行了研究,建立并求解了优化配置模型,结果表明,该市各区在2020规划水平年工业、农业、生活和环境部门都将出现不同程度的缺水情况。