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《郑州大学》 2003年
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区域水质—水量联合优化配置研究

张文鸽  
【摘要】: 水资源是人类生存和经济社会发展的物质基础,是不可替代的重要自然资源。随着经济社会的发展和城市化进程的加快,人们对水资源数量和质量的需求越来越高,而可资利用的淡水资源是有限的。匮乏的水资源不仅制约了经济社会的发展,而且造成了水环境的不断恶化。因此,研究区域水质-水量联合优化配置具有重要的理论和现实意义。 本文总结分析了水资源优化配置的国内外研究现状,指出了目前水资源优化配置的不足,在分析水资源系统构成及其特点的基础上,建立了区域水质-水量联合优化配置模型,探讨了基于matlab优化工具箱的模型求解方法。同时,对BP神经网络、灰色GM(1,1)等维新息模型和非线性指数回归等方法在区域需水量预测中的应用进行了研究。最后以濮阳市为研究对象,对该市水质-水量联合优化配置进行了实例研究。具体内容如下: (1)在系统查阅国内外文献的基础上,综述了水资源优化配置的国内外研究现状。从可持续发展角度出发,指出目前水资源优化配置的不足及今后努力方向。 (2)系统阐述了区域水质-水量联合优化配置的基本思路。详细论述了区域水资源评价的原则、内容和区域需水量预测的原则、方法、影响因素等基本理论;重点探讨了区域地表水资源量、地下水资源量、水资源总量、区域可供水量的计算方法和区域水资源质量评价的方法;系统论述了区域水质-水量联合优化配置的原则、内容等基本理论,提出了开展区域水质-水量联合优化配置的基本思路。 (3)以可持续发展理论为基础,以社会、经济、环境综合效益最大为目标,建立了区域水质-水量联合优化配置模型。模型中考虑了社会目标、经济目标、环境目标的识别和度量方法,给出了三类目标的具体函数表达式;根据用户特性和水源特性的不同,引入了用户用水公平系数、水源供给次序系数的概念和度量方法;由于区域水环境与经济的协调发展是区域可持续发展的核心内容,因此本文提出了水环境~经济协调发展度的概念,并给出了相应的计算公式;对规划水平年区域重要污染物排放量进行了计算,并以约束条件的形式予以考虑;分析了区域水质-水量联合优化配置模型的大系统、多目标、非线性等特点,探讨了基于matlab优化工具箱的模型求解技术和方法。 (4)探讨了BP神经网络预测、灰色GM(1,1)等维新息模型预测和非线性指数回归预测等方法在区域社会经济指标预测中的应用。针对BP模型收敛速度慢、容易陷入局部极小点等缺点,提出了原始数据非线性规格化处理、附加动量法、自适应学习速率等改进方法,并将改进后的BP神经网络用与濮阳市社会经济指标预测;利用GM(1,1)等维新息模型能体现系统最新信息、能反映系统动态变化的特点,建立了濮阳市社会经济指标的GM(1,1)等维新息模型,并对GM(1,1)等维新息模型的最佳维数区域进行了研究;在灰色GM(1,1)模型还原后的基础上,引入了非线性指数回归预测模型,对其适用条件进行了探讨,并将其应用于濮阳市社会经济指标预测;在此基础上,对BP神经网络预测、GM(1,1)等维新息模型预测和非线性指数回归预测的结果进行了对比分析。 郑州大学硕士学位论文 中/英文摘要 (5)选取河南省淮阳市为研究对象,建立了该地区的需水量预测模型和水质一水量 联合优化配置模型。以两个水平年(2010年、2020年)、两个保证率(50%、75%)、不同 节水方案(A方案、B方案、C方案、D方案)的水资源供需情况为依据,分析确定了模 型参数(系数),采用matlab优化工具箱进行求解;对淮阳市水质一水量联合优化配置模 型的求解结果进行了供需平衡分析、优化配置目标与水环境一经济协调发展分析,提出该 市水资源合理利用的对策和建议对策。经验证,模型合理,算法有效,此优化配置模型 及成果,可为区域水资源可持续利用规划提供决策依据。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TV213.4

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