基于多维临界调控理论的佳木斯市水资源优化配置

摘要

享有“东方第一城”美誉的佳木斯市，位于黑龙江省的东北部，地理位置优越、土地肥沃、资源丰富、气候条件适宜，该地区所属的三江平原是我国重要的商品粮生产基地，而佳木斯市是三江平原最主要的粮食主产区。然而，佳木斯市的水资源开发利用存在地表水开发利用程度低、地下水超采问题尚未根本解决、水污染严重、可循环利用的水资源量少、水资源供需不平衡等问题。这些问题导致其出现经济落后、粮食产量较低等一系列后果，若任其发展，必将严重影响生态环境的可持续发展，造成不可逆转的严重后果。
　　针对佳木斯市水资源开发利用中存在的诸多问题，本研究以可持续发展为指导思想，以实现水资源的可持续利用为目标，应用多维临界调控理论对佳木斯市水资源进行优化配置，全面系统地比选与评价水资源利用方案，为佳木斯市水资源系统的协调、有序发展提供重要的理论依据。
　　本研究主要研究内容及结论如下:
　　(1)水资源系统的多维临界描述。
　　介绍多维临界调控理论中的临界控制论、有序原理、协同学的基本概念，并详细阐述了上述三个理论的具体内容，将各个理论与水资源系统相结合，对佳木斯市水资源系统进行多维剖析，形象概化其含义，为水资源优化配置提供更为全面系统的理论依据。
　　(2)佳木斯市水资源环境经济效益评价。
　　针对现有核算体系和经济指标存在的不足，亟须将资源和环境因素纳入统计核算范畴。本研究通过对水资源耗减成本、水环境退化成本和水环境保护成本的概念、意义和计算方法的研究，结合佳木斯市用水状况，分别建立相应的线性规划模型，对佳木斯市的社会经济用水过程进行评价。通过模型计算，定量分析水资源消费过程，将其首次应用到佳木斯市经济核算中，分析经济用水过程给水环境造成的负面影响。该评价过程定量评价了佳木斯市用水过程所伴随的负面影响，也补充了佳木斯市水资源现有核算体系的不足。
　　(3)多维临界调控指标阈值研究。
　　通过对佳木斯市水资源系统进行多维化分析，构建了佳木斯市水资源多维临界调控指标体系，该指标体系能够比较全面的反映出佳木斯市水资源系统的特征。在此基础上，应用多维临界调控理论，构建水资源利用多维临界调控模型，通过多目标决策技术研究某一指标变化对经济效益的影响，定量分析资源维、社会维、环境维、生态维与经济维的关系，得到其关系曲线。以经济效益为基准，定量对各指标之间的交换比进行分析，为分析各维之间的效益提供统一量化基础，并通过对经济指标的影响确定其他表征指标的阈值，为后续的多维临界调控提供基础，克服了不同度量下的不同指标无法直接进行分析的难题。
　　(4)多维临界调控方案的设置。
　　根据多维临界调控中各维的调控目标和准则，选出另一组辅助指标亦作为五维调控的表征指标。结合对佳木斯市未来经济发展趋势分析和水资源状况，得到佳木斯市序参量的阈值与理想点，设置序参量组合方案。辅助调控指标的选择，使多维临界调控更加全面，有利于水资源系统的有序演化。该过程优化了参考方案，弥补了参考方案中无法判定水资源系统整体是否有序以及各维子系统是否协调的不足。
　　(5)多维临界调控方案的比选与分析。
　　应用协同学理论中的有序度来衡量五维中子系统的有序程度，反应了各序参量、各子系统的有序性。通过有序度和有序度熵的比选，将有序度小于0或大于1的方案以及有序度熵无解的方案排除，得到有效方案。最后，将有序度熵最小的方案作为理想的调控方案，评价结果清晰易懂，证明了模型的可行性和适用性。该评价方法巧妙地结合了水资源系统多目标、多层次的属性，充分考虑了水资源系统中各个子系统之间的协调程度以及每个子系统中各个序参量的和谐程度，有助于水资源系统的可持续发展。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 水资源优化配置研究进展

1．2．2 基于多维临界调控理论的水资源优化配置研究进展

1．2．3 基于多维临界调控理论的水资源优化配置研究存在的问题

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

2 研究区域概况及水资源利用现状

2．1 佳木斯市概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 行政区划

2．1．3 地形地貌

2．1．4 河流水系

2．1．5 气候特征

2．2 水资源利用现状

2．2．1 水资源量

2．2．2 水利工程现状

2．2．3 水资源开发利用现状

2．2．4 水资源开发利用上存在的问题

3 水资源多维临界调控理论简介

3．1 临界控制论

3．1．1 基本概念

3．1．2 阈值

3．2 有序原理

3．2．1 有序结构

3．2．2 熵理论

3．2．3 耗散结构理论

3．3 协同学

3．3．1 基本概念

3．3．2 有序度

3．4 理论间联系

3．5 本章小结

4 佳木斯市水资源环境经济效益评价

4．1 水资源耗减成本

4．1．1 水资源耗减量

4．1．2 水资源价值—影子价格

4．2 水环境退化成本

4．2．1 研究方法

4．2．2 模型参数

4．3 水环境保护成本

4．4 初步应用

4．5 本章小结

5 多维临界调控指标阈值研究

5．1 多维临界调控指标确定

5．2 多维临界调控模型的建立

5．2．1 目标函数

5．2．2 约束条件

5．3 模型参数确定

5．3．1 gdpj和dj的确定

5．3．2 Djmax和Djmin的确定

5．4 模型求解

5．5 多维临界调控指标权衡分析

5．6 本章小结

6 多维调控方案设置、比选与分析

6．1 组合方案的初步筛选

6．2 多维临界调控方案设置

6．2．1 方案设置思路

6．2．2 五维调控的辅助指标及其阈值研究

6．3 多维临界调控方案的比选与分析

6．3．1 方案的有序度、有序度熵比选

6．3．2 方案分析

6．4 佳木斯市水资源有序发展策略

6．5 本章小结

7 结论与创新点

7．1 结论

7．1 创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文