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水资源管理系统模糊与随机分析方法及应用研究

聂相田  
【摘要】:本文首先阐述了水资源可持续利用管理的概念及其内涵,论述了“持续性”与“发展”之间的辩证关系,分析了水资源承载力的主、客观统一性及科学技术与管理在水资源利用中的作用,提出了水资源持续利用管理的原则和主要研究内容。鉴于水资源持续利用管理的研究内容的广泛性和复杂性,本文针对水资源管理系统普遍存在的随机性和模糊性开展研究。主要研究内容和研究成果概括如下: 1.针对水资源管理领域水文要素预测的重要性和复杂性,将模糊数学知识表达性好的特点与人工神经网络模型学习能力强的特点结合起来,探讨了应用模糊模式识别神经网络模型进行预测的方法,并建立了模型学习的最速下降-共轭梯度算法和进化单纯形算法。通过水文中长期预报算例对模型及算法的检验结果说明,模型及其训练算法是可行的,尤其是在传统单纯形法基础上提出的进化单纯形法更具有优点:通过多点并行搜索迭代和单纯形的随机进化生成,在一定程度上克服了神经网络模型训练中普遍存在的“局部极小点”问题。该方法对非线性规划的非凸问题求解也是一种有益的尝试。 2.针对方案优选决策过程的决策→反馈→再决策的动态特点,探讨了应用模糊优选神经网络模型进行权重体系与优选结果关系分析的人机对话决策方法,并将模型及算法应用于大连市经济发展与水资源协调管理研究中。 3.提出了以传统“失事概率”概念为基础的水库洪水位风险分析模型和以“不利结果的剧烈程度及其发生概率”概念为基础的水库洪水位模糊风险分析计算模型。以丰满、白山水电站水库群系统为背景,建立了应用蒙特卡洛法进行系统仿真的结构模型,并根据系统仿真结果对丰满、白山水库的设计洪水位进行了风险分析。 4.针对现行水利工程经济计算规范中效益计算方法存在的问题,提出了考虑随机因素影响和资金时间价值影响的工程效益计算公式,并将其推广到考虑经济增长的防洪工程效益计算中。针对不同设计保证率的工程项目,进一步分析了所给公式的合理性和适用性。通过算例与现行方法比较,采用该方法得出的工程方案经济评价结果更合理。 5.提出了区域水资源持续利用管理的原则、谱系结构和按行政区划的水资源协调管理递阶结构。建立了以农业为主要用水户的区域水资源持续利用协


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