【摘要】：近年來,快速的人口增長、城市化、工業(yè)化、氣候變化,導(dǎo)致了淡水資源量的需求不斷上升,污染物的排放增加也加劇了水環(huán)境污染等問題。合理和有效的進(jìn)行水質(zhì)管理和水資源配置對于緩解水環(huán)境污染和水資源短缺至關(guān)重要。系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)是水質(zhì)管理和水資源配置的有效手段。然而,水質(zhì)管理系統(tǒng)和水資源配置系統(tǒng)是復(fù)雜的系統(tǒng),其中的不確定性及其間的互動關(guān)系十分復(fù)雜,不易辨識。因此,如何表征系統(tǒng)中的多重不確定性信息及其互動關(guān)系,如何將這種復(fù)雜關(guān)系反映到實(shí)際管理與配置模型中,如何根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)確定優(yōu)化方法等是水質(zhì)管理系統(tǒng)和水資源配置系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵問題。本論文將在水質(zhì)管理系統(tǒng)和水資源配置系統(tǒng)不確定性辨識的基礎(chǔ)上,整合多時期、多情景等復(fù)雜性,基于區(qū)間參數(shù)規(guī)劃、模糊數(shù)學(xué)規(guī)劃、隨機(jī)數(shù)學(xué)規(guī)劃和析因分析等方法,開發(fā)一系列多重不確定性系統(tǒng)優(yōu)化方法用于流域水質(zhì)管理與水資源配置。具體包括:(1)區(qū)間模糊可信約束規(guī)劃方法。區(qū)間模糊可信約束規(guī)劃方法由區(qū)間參數(shù)規(guī)劃和模糊可信約束規(guī)劃方法整合入一個常規(guī)優(yōu)化框架而得。該方法能夠處理處理以區(qū)間和可能性分布表征的不確定性及分析滿足系統(tǒng)約束的可靠性(或違反系統(tǒng)約束的風(fēng)險)。隨后,該方法被用于香溪河流域水質(zhì)管理,優(yōu)化得到了以區(qū)間值表示的經(jīng)濟(jì)活動適宜規(guī)模。此外,結(jié)果表明BSH化工廠的生化需氧量(BOD)排放量最高;種植業(yè)總氮排放量最高;以化工廠和磷礦公司為主的點(diǎn)源磷排放量最高。(2)模糊邊界區(qū)間規(guī)劃方法。該方法可以有效處理以區(qū)間和模糊邊界區(qū)間形式表征的雙重不確定性。為了驗證該方法的有效性,模糊邊界區(qū)間規(guī)劃方法被應(yīng)用于香溪河流域水質(zhì)管理實(shí)例中。采用交互式算法和頂點(diǎn)分析方法,可求得不同α水平(模糊隸屬度)下的解決方案。結(jié)果表明系統(tǒng)效益和經(jīng)濟(jì)活動規(guī)模模糊邊界區(qū)間范圍隨α水平升高而縮減,至最高水平(α = 1)縮減為區(qū)間。結(jié)果揭示了 α水平的選取對模型結(jié)果有明顯影響。(3)基于多水平析因-風(fēng)險分析的可能-概率規(guī)劃方法。該方法可以處理以模糊隨機(jī)邊界區(qū)間、概率分布和區(qū)間表達(dá)的不確定性,以及分析不確定性及其交互作用對模型輸出的影響。基于此方法,本文中建立了香溪河流域水質(zhì)管理管理模型。結(jié)果揭示了,當(dāng)滿足目標(biāo)函數(shù)概率降低且違反環(huán)境約束概率升高時,系統(tǒng)可信度和必然度升高,對應(yīng)的系統(tǒng)效益升高。此外,化工廠單位生產(chǎn)效益對系統(tǒng)效益影響最顯著;持中立風(fēng)險態(tài)度的決策者應(yīng)重視化工廠生產(chǎn)與城鎮(zhèn)供水間的交互作用,持規(guī)避風(fēng)險態(tài)度的決策者應(yīng)重視違約風(fēng)險與供水效益間的交互作用。(4)基于風(fēng)險分析的區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃方法。該方法可有效處理系統(tǒng)中以區(qū)間和概率分布形式表達(dá)的不確定性參數(shù)(如,允許污染物排放量和污染物排放率),同時可進(jìn)行風(fēng)險管理和情景分析。通過控制追索成本的變化可反映決策者對系統(tǒng)風(fēng)險的態(tài)度。該方法被應(yīng)用于禾水流域水質(zhì)管理。結(jié)果揭示了目標(biāo)效益和風(fēng)險水平升高,決策者風(fēng)險態(tài)度趨于中立,系統(tǒng)效益期望值升高;允許排污量升高,污染物超額排放量降低,相關(guān)政策傾向經(jīng)濟(jì)發(fā)展。此外,該流域內(nèi)農(nóng)業(yè)是主要的土壤流失、總氮(TN)和總磷(TP)排放源,畜牧業(yè)是主要化學(xué)需氧量排放源(COD)。(5)基于蒙特卡洛模擬的雙區(qū)間隨機(jī)規(guī)劃方法。該方法既可有效處理以雙區(qū)間和概率分布形式表征的不確定性,也可以深入分析當(dāng)預(yù)定目標(biāo)未能達(dá)到時所需制定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)救政策(由水資源量的不確定性導(dǎo)致)。該方法被應(yīng)用于漳衛(wèi)南流域作物規(guī)劃及水資源配置。得到了不同概率分布和隸屬度下作物種植和水資源配置方案。結(jié)果表明了概率分布均值高且標(biāo)準(zhǔn)差低時,可利用水資源量均值較高且變化范圍較窄,實(shí)際灌溉面積高,最終導(dǎo)致系統(tǒng)效益高;揭示了可用水資源的不同概率分布可導(dǎo)致不同的系統(tǒng)效益和灌溉面積。小麥為該地區(qū)主要耗水作物且缺水量最高,可考慮調(diào)整小麥種植面積。本文開發(fā)的一系列多重不確定優(yōu)化方法可以有效的處理水質(zhì)管理系統(tǒng)和水資源配置系統(tǒng)的不確定性和風(fēng)險閾值的復(fù)雜性。模型結(jié)果涵蓋水質(zhì)管理系統(tǒng)和水資源配置系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),包括水資源的供需、產(chǎn)品生產(chǎn)、污染物排放控制和系統(tǒng)效益最大化。所得結(jié)果及發(fā)現(xiàn)有助于決策者在權(quán)衡社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的思路下,制定最優(yōu)水質(zhì)管理方案和水資源配置方案。
【圖文】：

１．４論文結(jié)構(gòu)逡逑本文依據(jù)處理多重不確定性的能力依次推進(jìn)，共包括八個章節(jié)的內(nèi)容，論文結(jié)逡逑構(gòu)如圖１－２所示：邋：逡逑第一章：緒論。介紹本論文的研宄背景、研究意義、研宄內(nèi)容以及技術(shù)路線。逡逑第二章：文獻(xiàn)綜述。介紹水資源優(yōu)化配置研究、水質(zhì)管理研宄及不確定性優(yōu)化逡逑技術(shù)研宄進(jìn)展。逡逑第三章：區(qū)間模糊可信規(guī)劃方法及其在水質(zhì)管理的應(yīng)用。對于目標(biāo)函數(shù)和約束逡逑條件中區(qū)間和模糊不確定性信息，引入可信度，開發(fā)了區(qū)間模糊可信規(guī)劃方法，將逡逑其用于香溪河流域水質(zhì)管理研宄，解決不確定條件下經(jīng)濟(jì)活動規(guī)劃和污染物排放控逡逑制等問題。逡逑第四章：模糊邊界區(qū)間規(guī)劃方法及其在水質(zhì)管理的應(yīng)用。對于目標(biāo)函數(shù)和約束逡逑條件中模糊邊界區(qū)間不確定性信息，引入模糊隸屬度（ａ切割水平），開發(fā)了模糊邊逡逑界區(qū)間規(guī)劃方法，將其用于香溪河流域水質(zhì)管理研宄，分析多種ａ切割水平下流域逡逑經(jīng)濟(jì)活動規(guī)劃方案，及其對污染物排放和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的影響。逡逑第五章：基于多水平析因－風(fēng)險分析的可能－概率規(guī)劃方法及其在水質(zhì)管理的應(yīng)逡逑用。對于目標(biāo)函數(shù)中模糊隨機(jī)邊界和約束條件中隨機(jī)不確定性信息，開發(fā)基于風(fēng)險逡逑分析的可能－概率規(guī)劃方法，優(yōu)化香溪河流域水質(zhì)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；結(jié)合三水平Ｔａｇｕｃｈｉ逡逑方法和全析因分析方法

降水最多的地區(qū)之一，年降水量９００？１２００毫米，平均１０１５．６毫米，流域的時空降雨逡逑不均勻，季節(jié)分布差異較大，例如６月到８月的降水量超過全年降水量的４１％，春、逡逑秋、冬季分別占２８％、２６％和５％［２４９，２５（）］。香溪河流域地理位置展示于圖３－１。逡逑Ｓ５Ｊ：：邐ｌ５■上」0邋１２５邋２５０ｋｍ＾邋＾邋ｗ逡逑邐４ｌ邋￣邐？邐逡逑圖３－１香溪河流域地理位置逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－ｌ邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｘｉａｎｇｘｉｈｅ邋ｗａｔｅｒｓｈｅｄ逡逑流域礦產(chǎn)資源十分豐富，尤其是磷礦資源，是我國三大富磷礦區(qū)之一，儲量約逡逑為３．５７億噸［２５１］。在此基礎(chǔ)上，，磷礦業(yè)公司和（磷）化工廠沿著香溪河兩岸建設(shè)迅速，逡逑對該流域的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)十分高。另一方面，流域地形以山區(qū)為主，森林資源豐富，適逡逑宜于農(nóng)業(yè)種植的土地不多，其中耕地面積僅占總土地面積６．５％邋（約為２５．３萬公頃），逡逑林地約占７１％邋（約２７６．４公頃）。然而，種植業(yè)仍然為農(nóng)村約７２．９％人口的主要經(jīng)濟(jì)源。逡逑流域土壤多樣，上游土壤以石灰土為主，下游土壤則多為棕壤和黃棕壤［２５２］。土壤逡逑的多樣化，使流域作物類型繁多，包括水稻、小麥、蔬菜、土豆、柑橘、茶樹、核逡逑桃、煙草等。畜牧業(yè)以豬、牛、羊和家禽為主
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV213.4;X52

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉海龍;;水資源管理中水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控的模式探討[J];水資源開發(fā)與管理;2017年03期

2 張斌武;康鴻博;關(guān)秀翠;;基于虛擬水及營養(yǎng)學(xué)的水資源優(yōu)化配置[J];河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年01期

3 王永濤;楊璐瑤;張和喜;劉瀏;胡s

本文編號：2576834