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《华北电力大学(北京)》 2016年
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交互式模糊随机优化方法用于农业水资源配置

牛庚  
【摘要】:近些年来,随着人口的增长、现代化进程的推进,直接导致了人类的用水量呈直线上升趋势。然而自然系统中所能提供使用的水资源量非常有限,因此水资源相对紧缺已经逐渐成为制约区域社会经济发展的主要因素。农业灌溉在世界范围内一直受到广泛的关注,不仅是出于粮食安全方面的考虑,不合理灌溉管理也可能直接导致环境质量下降和资源短缺等问题。基于此背景下,开展水资源优化管理以及农业灌溉管理对于解决水资源供需危机、保障农业灌溉经济的可持续发展是十分必要的。然而,区域水资源管理涉及诸多不确定的复杂参数及变量。农业灌溉系统也是一项涉及多个水文变量、多环节的复杂系统工程,系统组成以及相互关系上都存在着不确定性的特征,这也使得传统方法在实际应用中受到限制。因此,针对这种问题,本文引入了先进的不确定优化技术,应用到内蒙古河套地区水资源管理及农业灌溉管理中,为地区的综合决策和可持续发展提供科学依据和技术支持。首先,针对当地水资源严重短缺状况,在对各行业用水情况调查统计的基础上,建立不确定条件下多水源联合供水的交互区间边界模糊规划模型(IFBIP),模型结果可以为当地政府的水资源管理规划和相关的综合决策提供依据和支持。进一步的,针对河套灌区的突出农业用水问题,通过引入两阶段随机规划模型,构建了交互式两阶段区间模糊规划模型(ITFSP)。结果表明,IFBIP模型能够有效处理系统中参数表现为区间边界模糊的双重不确定性问题,获得不同隶属度下的多水源多地区多用户配置的最优决策方案,同时反映经济目标满意度与约束可行度的复杂权衡关系。ITFSP模型能够更加有利于制定水资源的规划与经济处罚的相关决策,同时结合四种预设政策情景分析不同流量水平下的最优的农业政策选择,从而支持决策者调整农业作物种植结构,促进当地农业经济的合理发展。
【关键词】:不确定性 水资源管理 农业灌溉 交互模糊规划 区间规划
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:F323.213
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-9
  • 第1章 绪论9-14
  • 1.1 研究背景9-10
  • 1.2 水资源管理系统特征辨识10-12
  • 1.2.1 水资源管理系统中的复杂性和不确定性10-11
  • 1.2.2 农业灌溉管理系统中的复杂性和不确定性11-12
  • 1.3 本文研究目的与意义12-13
  • 1.4 论文的结构框架13-14
  • 第2章 国内外研究进展14-22
  • 2.1 水资源管理研究进展14-17
  • 2.1.1 国外水资源管理研究进展14-16
  • 2.1.2 国内水资源管理研究进展16-17
  • 2.2 区域农业灌溉管理研究进展17-20
  • 2.2.1 国外农业灌溉管理研究进展17-19
  • 2.2.2 国内农业灌溉管理研究进展19-20
  • 2.3 本章小结20-22
  • 第3章 基于交互式区间边界模糊方法的河套地区水资源管理研究22-53
  • 3.1 研究背景22-23
  • 3.2 理论方法研究23-31
  • 3.2.1 区间线性规划方法23-24
  • 3.2.2 交互式模糊规划方法24-29
  • 3.2.3 交互式区间边界模糊规划方法29-31
  • 3.3 案例研究31-39
  • 3.3.1 河套地区概况31-34
  • 3.3.2 水资源管理模型构建34-37
  • 3.3.3 数据获取37-39
  • 3.4 结果分析与讨论39-51
  • 3.4.1 系统综合效益39-41
  • 3.4.2 子地区水资源配置方案41-43
  • 3.4.3 多水源配置计划43-45
  • 3.4.4 多用户配置方案45-49
  • 3.4.5 综合分析49-50
  • 3.4.6 发现与建议50-51
  • 3.5 本章小结51-53
  • 第4章 多重不确定条件下灌区的农业种植结构与水资源管理研究53-76
  • 4.1 研究背景53-54
  • 4.2 理论方法研究54-58
  • 4.2.1 区间两阶段随机规划方法54-56
  • 4.2.2 交互式两阶段区间模糊规划56-58
  • 4.3 案例研究58-64
  • 4.3.1 河套灌区农业概况58-60
  • 4.3.2 ITFSP模型构建60-61
  • 4.3.3 多情景设计分析61-62
  • 4.3.4 数据收集与分析62-64
  • 4.4 结果分析与讨论64-75
  • 4.4.1 系统收益64-66
  • 4.4.2 种植目标66-67
  • 4.4.3 最优灌溉模式67-70
  • 4.4.4 政策分析70-72
  • 4.4.5 对比传统随机两阶段规划(ITSP)72-74
  • 4.4.6 发现与建议74-75
  • 4.5 本章小结75-76
  • 第5章 结论与展望76-78
  • 5.1 主要结论76-77
  • 5.2 展望77-78
  • 参考文献78-86
  • 附录86-89
  • 硕士期间发表学术论文和参加科研项目情况89-91
  • 致谢91

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