面向可持续发展的区域水资源优化配置理论及应用研究

【摘要】：随着世界各国经济的快速发展和人口的急剧增加，全球性水危机从出现到变得日益严重，已经引起人们的普遍关注。在我国，洪涝灾害、干旱缺水、水生态环境恶化等水问题，已经成为严重威胁社会经济可持续发展的制约因素。近年来，生产、生活需水量不断增长，而水污染、用水浪费与水资源短缺并存，加剧了供需水矛盾，亦导致了一系列的社会经济、生态环境问题。 尤其是在北方，以黄河断流为代表的诸多水问题的出现，预示着21世纪我国在维持经济高速增长的同时，水即将成为制约发展的最大资源瓶颈，特别是缺水矛盾将会日益突出。如何通过水资源的优化配置，提高水资源的利用效率，实现水资源可持续利用，不仅是21世纪我国水利工作的首要任务，而且也是摆在学术界面前的一个紧迫课题。 上世纪90年代初，我国水资源出现严重短缺、水污染不断加重，水资源优化配置的概念在此背景下被明确提出，并逐步应用到水资源的规划与管理中，目前仍处在发展阶段。传统的水资源配置存在强调开发利用而忽视环境保护、强调节水而忽视高效、注重缺水地区的水资源优化配置而忽视水资源充足地区的用水效率的提高、突出水资源的分配效率而忽视行业内部用水合理性等问题，影响了区域经济的发展和水资源的可持续利用。水资源优化配置研究，特别是新理论和新方法的研究，显得尤为迫切。 本文在阅读大量文献、总结分析当前研究成果的基础上，试图对水资源优化配置的理论及应用，从面向可持续发展的角度进行探索研究。较全面、详细地论述水资源优化配置的基本概念、理论和方法；将水资源的优化配置纳入到社会经济—水资源—生态环境复合系统中，建立起水资源优化配置与社会、经济、环境生态紧密联系的概念；以追求经济、社会、环境三者的综合效益最大为系统目标，建立面向可持续发展的水资源优化配置模型；所建模型尽量体现可持续发展原则，并对社会、经济、环境目标以及经济发展与水资源利用、环境改善的协调进行量化探讨；同时，将智能优化算法——遗传算法运用到优化配置模型的求解中，提高求解效率；最后，以厦门市为背景，进行水资源优化配置的实际应用研究。主要内容包括： (1) 绪论，从多角度阐述水资源优化配置问题提出的背景，指出其研究意义，对国内外的研究历史和现状进行综述，并指出目前存在的主要问题，明确研究方向； (2) 简要介绍了可持续发展理论，同时分析了我国水资源特点和当前面临的严峻形势，指出水问题对社会经济发展的危害，并提出了相应对策。最后从人口、经济、生态环境三个方面，研究了水资源与可持续发展的关系； (3)从优化配置的基本概念和实施的必要性入手，系统论述了水资源优化配置的 主要研究内容、基本原则、配置方式、优化配置的目标等基本理论，详细探讨了水资 源优化配置的实现机制，对水资源分配机制和配置中应注意的平衡关系也进行了论述， 同时综述了几种主要的水资源配置理论及其发展方向; (4)在详细描述了面向可持续发展的水资源优化配置研究的对象系统，即社会经 济一水资源一生态环境复合系统的基础上，建立了水资源可持续利用优化配置模型， 探讨了社会、经济、环境目标的量化方法，以及经济发展与水资源、环境的协调的量 化方法，给出了模型参数的确定方法; (5)论述了遗传算法(GA)的基本原理、基本遗传算法的运算过程等，并针对水资 源优化配置模型的特点，将GA与大系统理论相结合，介绍了多目标分解协调遗传算 法和大系统总体优化遗传算法两种优化方法及其在模型求解中的应用; (6)以厦门市水资源的优化配置为例，根据区域具体情况，建立了厦门市水资源 优化配置模型，并运用大系统总体优化遗传算法、编制计算机程序进行求解，对优化 配置的成果进行了分析，针对厦门市水资源的开发利用和配置问题提出了相关建议; (7)全文的结语与展望。对论文取得的主要成果进行总结，并指出今后需要进一 步加强研究的内容。