基于耗散结构理论的水资源复杂系统演化研究

基于耗散结构理论和熵原理对水资源复杂系统进行正负熵分析,通过构建系统正负熵指标体系,采用改进的灰色聚类白化函数方法与玻尔兹曼方程计算系统的正负熵值,并引入布鲁塞尔器模型,结合系统正负熵值分析系统的发展演化机制,对水资源复杂系统发展演化的内涵及耗散结构特征进行阐述。以滕州市为例,研究结果表明:通过分析水资源复杂系统发展演化机制的动态特征,能够客观揭示系统的演化趋势。     

基于协同学理论评价湘江流域水资源系统适应性

随着全球气候变化以及人类活动的影响,水资源系统的适应性已经成为研究热点。以湘江流域水循环-社会经济-生态环境耦合形成的水资源复合系统为例,从协同学理论出发对复合系统的各个子系统设置序参量,详细阐述了适应性评价模型的建立和评价过程。采用基于贴进度理论的方法计算了各个序参量的组合权重,最后使用综合评价法计算了湘江流域水资源系统的适应度。研究结果表明：湘江流域水资源系统适应性总体状况良好,与实际情况相吻合。评价结果为湘江流域水资源的可持续利用提供了可靠的依据。     

区域产业结构与用水协调的优化模型及评价

区域产业结构与水资源利用相互影响,相互制约,通过合理调整产业结构可有效缓解区域缺水现状。为此,提出了以经济效益、产业结构贴近度、用水量等为目标的产业结构与用水协调的多目标优化模型;针对模型构建、资源配置,决策者偏好等方面存在的模糊性,文中应用交互式模糊多目标优化算法将模型转化为模糊多目标决策模型,通过逐步缩小决策空间,最终得到决策者的满意方案;并应用灰色关联理论和耗散结构理论,分析产业结构与用水结构的灰色关联关系,计算其灰关联熵对方案集进行评价。经实例研究验证了该模型及方法的可行性,可以为区域产业结构与水资源利用的优化协调提供理论依据。     

水资源与经济社会及生态环境系统协同发展初探

为了分析研究水资源、经济社会、生态环境各子系统间、各要素间的相互作用关系,以协同学原理为基础,研究了水资源-经济社会-生态环境复合系统发展演进机理、模式、序参量、控制参量及整体调控框架。结果表明,当前系统演进的序参量已由受工程调控能力和供水能力影响的水资源可利用量,转变为水资源可利用量和水生态环境承载能力,协同发展需要通过对系统的序参量进行调节、控制,优化配置水资源,促进序参量协同效应的发挥,使系统协同程度提高,最终实现系统的有序演化。     

考虑时间序列特征的水资源耦合系统有序度评价方法研究

【目的】近些年来,基于协同学的耦合系统有序度评价方法在水资源评价和管理领域逐渐得到成功应用。系统有序度评价需要综合考虑多个序参量的简单巨系统熵,现阶段简单巨系统熵计算忽略了序参量的时间序列特征,使得评价结果中系统有序度评价结果偏离和系统实际变化情况。【方法】为此,在简单巨系统熵计算中考虑时间因素,提出了一种考虑时间序列特征的协同学有序度评价方法。【结果】以江西省为研究对象,开展了水资源耦合系统有序度综合评价实例检验。【结论】相关实例分析表明：(1)研究提出的考虑时间序列特征的协同学有序度方法评价结果,相比不考虑时间序列特征的评价结果与系统实际演化态势更为贴近;(2)水资源子系统有序度受水资源丰枯变化影响较大;(3)江西省水资源耦合系统熵变值受水资源子系统熵变值影响较大。研究成果提升了协同学有序度评价方法在水资源系统综合评价相关领域应用的普适性,具有一定实际意义。     

基于协同学原理的流域水资源合理配置模型和方法研究

水资源的有限性和稀缺性导致水资源配置过程中经济、社会和生态环境目标相互冲突。本文在识别水资源配置系统协同特征基础上，根据协同学理论中有序度概念和支配原理，分别在水资源配置社会、经济和生态环境子系统中设置序参量，并结合信息熵原理，构建了一种基于协同学原理的流域水资源配置模型，部分程度上有效解决了水资源合理配置系统中多目标、多维数求解问题。将此理论运用于我国南方丰水地区－东江流域水资源合理配置，得出了满意结果。     

基于耗散结构理论和信息熵的河流系统水质演化模型的研究

根据耗散结构原理,文章对河流系统耗散结构进行了识别,并将模糊理论和信息熵结合起来,建立了基于信息熵的河流系统水质演化模型,发展了水资源系统复杂性分析方法.将此方法运用于广东省东江惠州段水质系统演化规律的研究中,得到了比较满意的结果.     

河流健康因子选择和综合评判研究

首先提出了河流健康的子系统和健康因子，再应用耗散结构理论、系统论和信息论的有关概念和理论，提出了基于系统有序度熵的河流健康评价方法，导出了综合考虑河流系统多子系统（序参量组）的河流健康指数的数学表达。以黄河为例，分析提出了黄河健康因子，研究了各健康因子的阈值范围，评价了黄河健康状况，从计算结果来看，现状黄河处于非健康状态。河流健康生命理论是一个新理论，健康因子选择和综合评价方法本身就是一个复杂的科学问题，需要进一步研究和探索。     

大凌河河流系统水质时空格局演化研究

为提高和完善河流系统水质演化的研究理论和方法,文章详细分析了河流系统耗散结构基本原理,对河网系统耗散结构进行了识别,运用模糊分析理论和信息熵值理论,建立了河流系统水质演化规律分析模型;以大凌河为例,运用模型对大凌河流域河流系统格局演化规律的研究和探讨。结果表明:所建模型具有较强的可靠性和适用性,研究成果可对大凌河河流系统水质时空格局演化发展规律进行科学、准确的表征。     

水资源循环利用与经济发展和谐度评价研究

通过建立水资源循环利用与经济发展和谐度指标,利用协同学理论方法分析水资源与经济发展复合系统的序参变量,通过各序参变量的有序度,结合熵权理论计算水资源循环利用模式与经济发展的和谐度,并以某市为例进行和谐度实证分析,从而为各级政府、企业和公众了解水资源循环利用与经济发展之间的关系提供科学的判断依据。     

多水源多用户大型水资源系统优化模型

本文提出一种将水资源系统顺序决策问题转换成有约束非线性优化问题的实用模型——模拟权重系数模型。以具有多水源、多用户、多级串并联性质的宁波城市供水区水资源系统为研究对象，通过与采用模拟法和多维增量动态规划法(MDDDP)相结合的“混合模型”之成果进行对比，表明模拟权重系数模型具有方法简便、成果明瞭之优点。     

基于遥感的新疆水资源适应性利用配置-调控模型研究框架

水资源适应性利用是一种适应环境变化且保障水系统良性循环的水资源利用方式,研究面向环境变化的水资源适应性利用对保障地区水安全,实现人水和谐具有重要意义。将遥感技术与和谐论理论方法相结合,建立了新疆水资源适应性利用配置-调控模型的研究框架,该模型是以人水和谐度最大为目标,以水资源-经济社会-生态环境多维临界阈值及互馈关系方程、水循环方程等边界条件为约束的面向水资源适应性利用的多维临界和谐配置-调控模型。为了实现该模型的应用,需开展基于遥感的新疆水资源-经济社会-生态环境互馈关系及演变规律、水资源适应性变化机理与适应性利用原理、水资源适应性利用理论应用规则及量化方法、基于遥感的新疆水资源适应性利用配置-调控模型、塔里木河流域水资源适应性利用配置-调控模型应用研究的相关工作。围绕上述内容,阐述了实现该模型的3个关键问题及具体的研究方法,包括遥感技术在配置调控模型中的应用;水资源适应性利用规则定量化及如何嵌入模型中;水资源适应性利用配置-调控模型如何构建。研究成果为水资源适应性利用理论方法及应用研究提供参考。     

流域水沙资源优化配置理论与模型及其在黄河下游的应用

本文在分析流域水沙资源利用现状、水沙灾害性及水沙优化配置必要性的基础上，构建了流域水沙资源联合多目标优化配置理论框架，它由河床演变均衡稳定理论和水沙资源联合多目标优化配置理论组成，进而建立了流域水沙资源优化配置数学模型，该模型包括河床演变均衡稳定模型和水沙资源多目标优化配置模型两个子模型。应用模型计算分析了黄河下游主河槽的均衡稳定断面尺寸和输水输沙优化的临界指标，提出了强化非恒定流调水调沙、调控含沙量60～100kg/m3之间的不利水沙条件等改善小浪底水库调度运用的措施，并进一步提出了黄河下游水沙资源多目标优化配置的模式, 应用模型计算分析了不同水沙条件的水沙资源优化配置方案,为黄河下游河道的科学治理提供了新的思路。     

干旱区绿洲耗水分析

耗水分析是干旱区平原绿洲水资源配置的基础。干旱区平原绿洲耗水分析的基本方法包括断面法、水量平衡法、四水转化模型、遥感模型等。以新疆叶尔羌平原绿洲为例,应用四种方法,分析了叶尔羌平原绿洲2002年水资源转化及消耗,重点是四水转化模型的分析模拟。四种方法的总耗水量分析结果基本一致,四水转化模型、遥感模型还得到了不同分区、不同土地类型、不同月份的耗水结果。分析表明,叶尔羌平原绿洲社会经济与自然生态耗水比例各占50%,自然生态耗水维持一定水平,水资源配置基本合理。     

基于最小可用能耗率原理的河流水沙数学模型

本文把河流视为具有能量紊动黏性热耗散结构的开放系统，根据耗散结构的熵和能耗理论，提出了保持冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式。该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性，在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理——自动调整作用原理。应用该原理的公式封闭河床演变方程组，建立了冲积河流河道输水输沙优化的数学模型，根据该模型的计算结果分析了黄河下游河道输水输沙的规律，并解释了河床演变的各种现象。应用该模型计算了黄河下游各河段输水输沙优化的临界指标，并提出了有利于改善小浪底水库调水调沙运用的建议，为小浪底水库调水调沙提供参考。     

黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ⅰ)——模型开发与验证

从水循环的物理机制着手，在考虑人工侧支循环的基础上，以现代地理信息技术为数据处理平台，开发了黑河流域水循环系统的分布式模拟模型。文中系统描述了模型结构，从水循环过程和能量循环过程2个方面对模型各要素的过程模拟进行了阐述，其中水循环过程包括蒸发蒸腾、入渗与径流、地下水运动、地下水流出和地下水溢出、坡面汇流与河道汇流、人工侧支循环等要素过程。在获取各类输入参数后，采用1km网格、以日为时间步长对黑河流域上、中游地区(36 728个网格单元)进行了1981～2002年的逐日模拟。结果表明，所建立的分布式模型对月径流过程和日平均流量过程具有较高模拟精度。校正期内前后两个验证期均得到良好验证。该模型可用于预测未来环境变化条件下流域水资源演变。     

基于可变模糊识别模型的大连市水资源承载能力研究

在总结众多研究成果的基础上,阐述了水资源承载能力的内涵,提出了具体的水资源承载能力综合评价指标体系和量化计算模型。将可变模糊识别模型应用到大连市1996年-2007年水资源承载能力综合评价研究当中,结果表明,大连市水资源整体上处于可承载状态但已接近极限。提出了提高大连市水资源承载能力的途径,并计算大连市2020年及2030年三种不同供水条件下的水资源承载能力。     

水利工程信息模型的构建及其应用

基于BIM(Building Information Modeling)理念,在深入分析BIM建模软件和水利水电工程特殊性的基础上,以基于特征的现有参数化设计软件为系统工具,以参数化模板库和构件库为系统资源,以子模型装配和构件装配为主要过程的水利工程信息模型快速建模的理论方法体系为基础建立了水利工程信息模型,将此模型应用于可视化仿真查询系统中,实现工程各部位的精准定位和信息实时查询,为水利工程的运营管理提供便利。这是BIM技术在水利工程中的有益实践。     

流域水资源配置模拟模型及实例应用研究

以水资源系统工程的理论及方法为出发点，分析国内外水资源配置模拟模型研究现状及存在问题，探讨其基本原理，阐述其系统构成及其各专项模型的原理及求解方法等．同时，对生态环境需水量理论进行研究，提出合理、实用的生态环境需水量计算方法最后以Mikebasin水资源规划及管理专业软件为平台，将理论研究的成果具体应用于建立东江流域水资源配置模拟模型。     

黄河流域水资源多维临界调控理论与模型研究

将控制论、协同论、耗散结构理论引入水资源系统,并基于这三大理论建立水资源多维临界调控理论;按照对复杂系统"从定性到定量综合集成"的研究方法,建立了黄河流域水资源多维临界调控仿真模型,对黄河流域水资源调控进行了实证研究,实现了黄河流域水资源的优化配置,验证了多维临界调控理论与模型的合理性.