遗传算法在水土资源区域优化配置中的应用

随着我国城镇化建设持续推进,科学分配水土资源已成为区域资源优化配置重要课题.本文在阐明遗传算法原理基础上,探索构建可并列选择的多目标水土资源区域配置模型,并通过实例分析揭示该模型的适用性,研究可为区域水土资源配置评估与优化提供技术支撑.     

区域水土资源联合优化配置理论框架体系探讨

以区域水土资源联合优化配置的多学科综合与新技术的应用成果相结合,探讨了区域水土资源联合优化配置的内涵及其体系的主要构成要素。将涉及水土资源联合优化配置的所有要素与社会、经济、环境系统耦合成一个复杂的水–土–社会经济–生态系统的模拟系统,研究在社会、经济和自然等因素的共同作用下区域水资源与土地资源配置的相互作用趋势。基于多级递阶结构的分解协调方法,讨论了水土资源联合配置的递阶结构及求解思路,提出了基于"压力–状态–响应"概念框架的区域水土资源联合优化配置的系统动力学仿真模型体系的设计方法,建立了区域水土资源联合优化配置系统的理论框架体系。     

基于改进SD的区域水土资源联合配置研究

将区域水土资源联合配置的多学科综合与新技术的应用成果相结合,以水土资源联合配置的体系为基础,定量刻化了水资源、土地资源配置系统与社会、经济、环境发展之间的互动影响关系,将包括需水、供水、土地需求及供给和生态环境影响等相关的水资源、土地资源联合配置的要素,与社会、经济、环境系统耦合成一个复杂的水资源-土地资源-社会经济-生态模拟系统,利用基于图论改进的流率基本入树的系统动力学(SD)规范建模方法,建立起了比较完整的区域水土资源优化配置的系统动力学流率基本入树模型。运用该模型,对位于苏南丘陵地区的句容市按照不同水土资源联合配置方案(情景)的水资源、土地资源与社会经济环境耦合系统进行模拟计算,该计算结果可为水资源、土地资源的联合统一管理提供基础支撑。     

污染输出防控视角下浅山区水土资源空间优化研究

针对城市浅山区面源污染物输出、水土资源空间开发集约程度不高以及生态环境保护标准高等问题,构建了耦合GIS与线性规划原理的城市浅山区水土资源利用空间格局优化模型,探索了统筹实现浅山区水土资源空间N、P污染物输出总量削减与空间经济效益提升的思路。研究可为城市浅山区面源污染防控与水土资源空间优化配置提供技术支撑。     

基于两阶段模型的水土资源利用效率评价

传统数据包络分析(DEA)模型应用于水土资源利用效率测算时忽略了系统内部运行机理,根据这一不足,本研究针对水土资源利用的内部复杂性,将水土资源利用过程划分为水土资源开发与经济效益转化两个子阶段,考虑各阶段间关系及投入产出权重结构,构建基于合作博弈思想的两阶段水土资源利用效率测算模型;运用模型测评黑龙江省13个地级市水土资源利用整体及各阶段效率,并构建水土资源利用效率两阶段矩阵图。结果表明,黑龙江省水土资源开发程度整体偏高,但各地级市水土资源经济效益转化不均衡,且水土资源利用整体效率偏低,地区差异较大,水土资源未得到有效的优化配置。该文所构建的DEA模型通过分析影响区域水土资源利用效率的各个环节,可以为决策者提出针对性意见并提供科学依据。     

山东省潘庄灌区水土资源平衡分析

文章介绍了山东省第二大灌区潘庄灌区的水土资源利用现状,在对潘庄灌区水土资源及其开发利用现状的分析基础上进行供需平衡分析,其成果可为有效控制和管理潘庄灌区水土资源的开发利用、促进水土资源的优化配置、提高水土资源利用效率和效益、实现水土资源可持续利用提供技术支撑和决策依据,以促进潘庄灌区经济社会高质量发展和生态环境保护。     

浅议山东省山丘区水土资源高效利用

山东省山丘区水土资源开发利用中存在的突出问题主要有:水土流失、土地利用方式不合理、植被覆盖率低、经济欠发达、技术水平低等。文中提出了水土资源高效利用应遵循的原则,分析探讨了实现水土资源高效利用的途径:优化水土资源配置,调整种植结构,加大灌溉基础设施投入,发展节水灌溉等。     

基于单位象元尺度的黑龙港流域农用地下水资源供需分析

水资源匮乏和土地资源相对贫瘠是黑龙港流域最为严重的资源环境问题,基于对研究区遥感图像进行监督分类后得到的农业种植结构的分析,并运用作物缺水量和地下水资源供需短缺量、供需比的计算模型,开展了单位象元尺度的农业水资源供需平衡研究。结果表明,研究区冬小麦、水果和蔬菜分布较多的区域缺水最为严重,缺水量2 400m3/hm2以上的达到1.45万km2,占总面积的42.2%。据此,提出了区域水土资源优化配置方案,即在水资源短缺、土壤盐渍化或沙化地区,以种植耐干旱和耐盐咸的作物为主;在水资源丰沛、土壤有机质含量高和保蓄能力强的地区,以种植对水土资源要求高的作物为主。     

区域水土资源复合系统风险分析研究初探

区域水土资源复合系统风险已经成为制约水土资源供需和生态环境发展的关键因素,对其进行准确的分析与评价,可以为区域水土资源的可持续利用和相关研究人员的评价分析提供科学的决策依据。对区域水土资源复合系统风险的计算模型和指标体系的研究进展进行了综合分析,探讨了目前研究中存在的主要问题和今后的研究方向,为区域水土资源复合系统风险的进一步研究提供参考。     

黄河流域水土资源联合配置技术框架

黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略,对黄河流域水土资源配置提出了新要求。随着气候变化和人类活动的影响,黄河流域面临水资源总量不足、水土资源空间不匹配、水沙异源和生态用水用地矛盾突出等问题。在分析黄河流域水土资源所面临问题及成因的基础上,以山水林田湖草整体保护、系统修复和综合治理为导向,基于已有水土资源要素数据和精密监测获取的数据,识别黄河流域水土资源演变规律及生态关键阈值,构建基于水土资源高效利用与保护的黄河流域水土资源联合配置模型。本研究旨在规范黄河流域水土资源开发,为黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。     

水资源系统优化配置研究进展与展望

概述了水资源系统优化配置的内涵、意义及其在水资源可持续开发利用中的作用.基于对国内外水资源系统优化配置的研究尤其是模拟模型的评述,指出充分考虑生态效益与社会效益,水质水量联合优化配置,3S技术和新优化算法的应用,以计算机技术为先导的通用水资源模拟模型的构造以及建立水资源配置合理性评价体系是水资源系统优化研究的发展趋势.     

我国水资源配置研究的发展与展望

以国家科技支撑计划为主线,总结了我国水资源配置研究的发展轨迹,归纳出我国水资源配置经历了单纯供需平衡、基于宏观经济的优化配置、面向生态的合理配置三个主要阶段.通过分析当前国民经济和社会发展对水利科技的需求,展望了我国水资源配置研究的发展方向,提出需要研究的重点问题.     

水网连通下山东蓝色半岛经济区水资源优化调配研究

对山东半岛蓝色经济区进行水资源优化配置,利于解决区内水资源短缺,促进经济区发展及规划实现。以山东现代水网建设为依托,针对山东蓝色地区水系连通的水资源可持续开发利用的功能需求以及河库连通的二元水网特征,构建水资源优化调配模型。模型基于最严格水资源管理制度需求,通过对现状及规划水平年水资源供需预测分析,开展山东半岛蓝色经济区水系连通下的分层水资源优化配置研究。研究结果为优化区域水资源配置方案,实现地区水资源与社会经济协调发展提供理论支撑。     

Optimal allocation of water resources in large river basins: II. Application to Yellow River Basin

In this paper, the theoretical approach presented in Part I is demonstrated by means of case study on the optimal allocation water resources for Yellow River Basin of China. The object of the case study was to find the optimization of water allocation among subregions and trunk streams of the basin in order to achieve the maximum national economic benefits and the optimal reservoir storage required to maintain the long-term balance of water resources.The optimal allocation of water resources pattern caters for irrigation, hydropower generation, navigation, water supply and other sectors, depending to a large extent on the objective economic benefits obtained from the whole valley and on the objective of reservoir storage. Other factors incapable of being expressed in terms of the two objectives considered in the section concerning constrained conditions. This research is applicable widely and suitable for the solution of complicated, multi-objective large-system problems involving non-linearity, numerous variables and various constrained conditions. Finally, the results of optimal allocation of water resources for Yellow River Basin (OAWRYRB) have been selected on an optimum basis in accordance with the multi-objective method.The application of our optimization techniques to the Yellow River basic showed that the total water of the Yellow River over a year can be allocated by optimization. The maximum national economic benefits and the optimal reservoir storage required to maintain the long-term balance of water resources can also be obtained by the optimal techniques.     

不确定性多目标模糊规划在水资源优化配置中的应用

在充分考虑水资源系统中供需水不确定性的基础上,基于多目标规划、模糊规划和区间规划原理,以经济效益、社会效益和环境效益最大为目标,以需水量、可供水量和不同子区用水部门间的用水公平性为主要约束,构建一种适用于多水源、多子区、多用户的考虑供需水不确定性的多目标模糊规划模型,以期通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、缺水风险与系统收益三者的关系,实现系统综合效益最大。模型以衡水市历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,通过引入模糊隶属度函数,利用两步交互式算法,将多目标规划转化为单目标规划进行求解,以2025年为衡水市规划水平年,得到规划水平年下的11个子区、4种水源、4个用水行业的最优配水方案。结果表明：本研究制定的水资源优化配置方案可实现“外调水优先利用、地下水控制利用”,同时考虑用水的公平性约束后,在缺水条件下可有效控制水资源向每立方米水效益高的区域和部门流动,有利于多区域、多部门共担缺水风险;该水资源优化配置方案可有效缓解衡水市水资源供需矛盾,实现多水源和多目标之间的协同互补。研究成果可为河北省其他县域的水资源优化配置提供技术参...     

哈尔滨市水资源优化配置方案研究

简要分析了哈尔滨市的水资源利用现状,在水资源优化配置的理论基础上,用线性规划的方法建立了哈尔滨市水资源优化配置模型,对模型参数进行确定,用基于实数编码的加速遗传算法计算出哈尔滨市水资源优化配置方案。本文的研究成果对哈尔滨市水资源保护、合理开发利用能够起到一定的积极作用,同时对于解决哈尔滨市水资源不足和水污染问题也将具有重要的意义。     

作物优化灌溉制度的研究

文中对非充分灌溉条件下作物优化灌溉制度如何制定进行了研究。其特点是将作物产量模型、耗水规律模型和土壤水分变化动态模型相结合，以产量最高为目标函数，建立了计算机优化决策系统。该研究成果可使有限的水量在作物生育期内发挥最大的效率，对优化配置水资源，实现农业高效用水具有重要作用。实例研究结果说明，所建模型及求解方法是合理与可行的。     

基于第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的水资源优化配置

水资源优化配置作为解决水资源短缺的重要手段,对于区域社会经济的可持续发展具有重要的意义。水资源优化配置模型是一个结构复杂的综合系统,传统的优化方法难以求得模型的全局最优解。第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)是当前解决多目标优化问题最有效的方法之一,但在水资源优化配置领域应用很少。本文以浐灞河流域为例,尝试利用NSGA-Ⅱ优化方法求解该地区水资源多目标优化配置模型,研究了该方法在水资源优化配置模型求解中的适用性。结果表明:该方法得到的水资源优化配置结果合理、可行。     

基于单元优化配置方法的陕西省关中地区水资源配置研究

水资源问题已经成为制约陕西省关中地区经济社会发展的瓶颈。为此,建立了省内南水北调受水区水资源单元优化配置模型,采用遗传算法求解该模型,并建立了该地区水资源单元优化配置系统。单元优化配置和常规配置的结果对比表明：在保证各供水保证率前提的基础上可以减少总缺水量9 875万m³。这一结论可为陕西省关中地区合理配置水资源及确定引汉济渭工程调水量提供借鉴。     

Conjunctive Use of Surface and Groundwater with Inter-Basin Transfer Approach: Case Study Piranshahr

Disregarding water as a key sustainable development has led to the water crisis in Iran. This problem is the biggest factor for marginalizing the planning and long-term management of water. The sustainable development policies in water resources management of IRAN require consideration of the different aspects of management that each of them demands the scientific integrated programs. Optimal use of inter-basin surface and groundwater resources and transfer of surplus water to adjacent basins are important from different aspects. The purpose of this study is to develop an efficient optimization model based on inter-basin water resources and restoration of outer-basin water resources. In the proposed model the three different objectives are as follow supplying inter-basin water demand, reducing the amount of water output of the boundary of IRAN and increasing water transfer to adjacent basins (Urmia Lake basin) are considered. In this model, water allocation is done based on consumption and resources priorities and groundwater table level constraints. In this research, the non-dominate sorting genetic algorithm is used for performing the developed model regarding the complexity and nonlinearity of the objectives and the decision variables. The optimal allocation of each water resources and water transfer to adjacent basin can be determined by using of proposed model. Optimal allocation policy presented based on optimal value and planning horizon. The results show that we can transfer considerable volume of water resources within the basin for restoration the outside basin and prevent the great flow of water by the border rivers applying the optimal operation policy.