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《西北农林科技大学》 2017年
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考虑不确定性的榆林市榆阳区水资源优化配置及配置系统和谐性研究

张成凤  
【摘要】:水资源是人类生存和社会发展必需的基础性自然资源,同时也是不可替代的战略性经济资源。随着社会经济的快速发展和近年来人口城镇化步伐进程的加快,环境生态问题越来越多,水资源水量性短缺与水质性短缺现象日益凸显,供需矛盾日益尖锐,已经成为制约社会发展的瓶颈,对有限的水资源进行优化配置成为缓解这一矛盾的有效途径。自上世纪50年代始,水资源优化配置的研究成果丰硕,但是这些成果真正应用于实践中的却很少,究其根源主要是水资源系统中各因素的不确定性和复杂性没有得到全面考虑,使得研究成果与水资源系统的实际情况相差较大。本文综合考虑资源、环境、社会经济之间的复杂性,将不确定理论研究成果应用到水资源优化配置中,并以陕西省榆林市榆阳区为例进行实证研究。经数据对比,该研究方法更符合城市水资源应用的实际情况。最后,在配置成果的基础上,对水资源系统的和谐性进行评价。主要研究成果如下:1、对榆阳区水资源进行分析,初步探明了榆阳区的水资源基本情势,指出了榆阳区水资源在可持续开发利用过程中存在的主要问题及解决的建议。2、以2013年为现状水平年,以2020年和2030年为规划水平年,分别用定额法、灰色预测模型、灰色预测模型群、指数函数模型、线性函数模型、二次多项式模型对榆阳区需水进行预测,分别进行拟合对比分析及未来需水量预测趋势分析,得出近期预测精度:灰色预测模型群模型二次多项式模型灰色预测模型指数函数预测模型线性函数模型;中远期预测精度:灰色预测模型指数函数预测模型线性函数模型二次多项式模型灰色预测模型群模型;对时间序列的敏感度为:灰色预测模型群模型二次多项式模型线性函数模型指数函数预测模型灰色预测模型。在实用意义上,针对近期预测,灰色预测模型群法更具有现实使用价值,而针对中远期需水量预测,灰色预测模型比较稳定,为城市水资源规划提供决策依据。3、在榆阳区定额法需水量预测的基础上,对榆阳区水资源进行供需平衡及承载力分析。经分析,根据榆阳区经济发展规划,在规划年2020年与2030年,人口规模及经济发展均存在超载现象,所以必须对榆阳区的水资源进行优化配置,使社会、经济及环境能够协调发展,达到效益最大化,趋近榆阳区经济规划预期。4、以榆阳区规划水平年2020年、2030年75%保证率为例,在分析水资源系统不确定性及复杂性的基础上,选用基于不确定性基本理论的不确定模糊多目标规划模型(IFMOP)对榆阳区进行水资源优化配置,以经济、社会及环境效益综合效益最优为目标,将水资源系统中某些不确定因素以区间参数表示,在区间变化范围内,以交互式运算为基础,用LINGO软件进行编程,对配置模型内变量进行求解,得到配置方案。根据配置方案,分别从配置结果、行业配水结构、水源供水结构、新增水源行业补水状况、行业缺水五方面进行分析,确定优化配置方案。优化后的榆阳区水资源承载能力增强,模型具有较强的现实应用性。5、针对水资源配置系统在社会、经济、生态、管理四方面的综合性,考虑评价过程中的模糊性和不确定性,将区间数引入层次分析法,建立区间层次分析法模型。本文分别运用层次分析法和区间层次分析法对榆阳区水资源配置系统进行和谐性评价。对输出结果分别从方法运用和榆阳区和谐性两方面进行分析。区间层次分析法将评价的不确定性和模糊性体现在评价的整过程,使得评价结果更加柔性化和合理化;层次分析法与区间层次分析法(取区间中值)计算结果相比虽然略有误差,但是均反映了经水资源优化配置后,榆阳区水资源系统的和谐度逐步提升。进一步验证了配置方案的合理性与IMOP模型的适应性。
【关键词】:水资源优化配置 需水量预测 不确定理论 IFMOP 系统和谐性
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV213.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-13
  • 第一章 绪论13-24
  • 1.1 研究背景和意义13
  • 1.2 研究进展13-22
  • 1.2.1 国内水资源优化配置的研究状况14-17
  • 1.2.2 国外水资源配置的研究现状17-20
  • 1.2.3 水资源优化配置的研究趋势20-21
  • 1.2.4 水资源系统的复杂性及不确定性21-22
  • 1.3 本文研究内容、目的及研究思路22-23
  • 1.3.1 研究内容22-23
  • 1.3.2 研究目的23
  • 1.4 研究技术路线23-24
  • 第二章 区域水资源优化配置理论及不确定理论24-48
  • 2.1 区域水资源优化配置理论24-31
  • 2.1.1 区域水资源24
  • 2.1.2 水资源优化配置的必要性24
  • 2.1.3 水资源优化配置内涵24-25
  • 2.1.4 水资源优化配置的基本原则25-26
  • 2.1.5 水资源优化配置的任务及目标26-27
  • 2.1.6 优化配置中的手段及途径27
  • 2.1.7 优化配置中的平衡关系27-28
  • 2.1.8 水资源优化配置的属性28-29
  • 2.1.9 水资源优化配置中存在的问题29-31
  • 2.2 不确定理论31-36
  • 2.2.1 不确定理论提出31
  • 2.2.2 不确定规划理论31-32
  • 2.2.3 水资源系统不确定规划理论32-36
  • 2.3 不确定模糊多目标规划方法36-47
  • 2.3.1 IFMOP模型表达形式36-37
  • 2.3.2 模型求解37-47
  • 2.4 本章小结47-48
  • 第三章 研究区水资源开发利用现状分析48-60
  • 3.1 自然地理概况48
  • 3.1.1 地形地貌48
  • 3.1.2 气象概况48
  • 3.2 社会经济48-49
  • 3.2.1 行政辖区48-49
  • 3.2.2 经济发展49
  • 3.3 水资源状况49-52
  • 3.3.1 降水状况49
  • 3.3.2 地表水资源状况49-50
  • 3.3.3 地下水资源量50
  • 3.3.4 水资源总量50-51
  • 3.3.5 水资源可利用量51-52
  • 3.4 现状供水工程与供水能力52-53
  • 3.4.1 供水工程52-53
  • 3.4.2 供水能力53
  • 3.5 现状供水量53-55
  • 3.5.1 供水量构成53-54
  • 3.5.2 供水量变化54-55
  • 3.6 现状用水量55-57
  • 3.6.1 榆阳区近十年各类用水量统计55-56
  • 3.6.2 用水量组成56-57
  • 3.7 现状耗水量57
  • 3.8 供水、需水、用水、耗水分析57-59
  • 3.9 本章小结59-60
  • 第四章 研究区水资源供需平衡及承载力分析60-80
  • 4.1 需水量预测的方法60-61
  • 4.2 需水量预测的分类及经济发展指标预测61-63
  • 4.2.1 预测分类61-62
  • 4.2.2 经济发展指标62-63
  • 4.3 榆阳区需水量预测63-70
  • 4.3.1 定额法需水量预测63-64
  • 4.3.2 灰色预测法64-68
  • 4.3.3 回归分析法预测68-70
  • 4.4 预测结果分析70-73
  • 4.4.1 各类模型预测结果与实际用水状况拟合分析70-72
  • 4.4.2 各类模型对未来需水量预测预测结果分析72-73
  • 4.5 可供水量预测73-75
  • 4.5.1 地表水供水基础及能力73-74
  • 4.5.2 地下水供水工程及供水能力74
  • 4.5.3 其他水源可供水量74
  • 4.5.4 可供水总量74-75
  • 4.6 供需平衡分析75-76
  • 4.7 榆阳区水资源承载力研究76-79
  • 4.7.1 水资源承载能力概念及影响因素76
  • 4.7.2 水资源承载能力评价指标选择76-77
  • 4.7.3 水资源承载能力量化模型77-79
  • 4.8 本章小结79-80
  • 第五章 基于不确定因素的水资源优化配置80-93
  • 5.1 水资源优化配置模型建立80
  • 5.2 榆阳区IFMOP模型建立80-83
  • 5.2.1 目标函数80-81
  • 5.2.2 约束条件81-83
  • 5.3 榆阳区IFMOP模型求解83-92
  • 5.3.1 参数确定83-86
  • 5.3.2 模型求解86-90
  • 5.3.3 配置结果分析90-92
  • 5.4 本章小结92-93
  • 第六章 榆阳区水资源配置系统和谐性评价93-111
  • 6.1 水资源配置系统的和谐度93-96
  • 6.1.1 水资源配置系统93-94
  • 6.1.2 水资源配置系统的和谐性94-95
  • 6.1.3 水资源配置系统的和谐度内涵95
  • 6.1.4 水资源配置系统和谐度等级划分95-96
  • 6.1.5 榆阳区水资源配置系统和谐性评价流程96
  • 6.2 区间层次分析法基本原理96-99
  • 6.2.1 区间层次分析法96-98
  • 6.2.2 区间数四则运算法则98-99
  • 6.3 基于区间层次分析的榆阳区水资源配置系统和谐度评价99-105
  • 6.3.1 榆阳区水资源配置系统区间分析模型99-102
  • 6.3.2 评价指标标准化102
  • 6.3.3 和谐度评价等级划分102-103
  • 6.3.4 基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性计算103-105
  • 6.4 基于层次分析的榆阳区水资源配置系统和谐度计算105-108
  • 6.5 榆阳区水资源配置系统和谐性分析108-109
  • 6.6 对榆阳区水资源系统开发利用的建议109-110
  • 6.6.1 生态系统方面109
  • 6.6.2 社会系统方面109-110
  • 6.6.3 经济系统方面110
  • 6.6.4 工程管理系统方面110
  • 6.7 本章小结110-111
  • 第七章 总结与展望111-114
  • 7.1 总结111-113
  • 7.2 创新点113
  • 7.3 进一步研究及展望113-114
  • 参考文献114-124
  • 致谢124-125
  • 作者简介125

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