基于水资源可再生性评价的大连市水资源合理配置研究

摘要

水资源短缺在不同程度上阻滞了经济社会发展，破坏了生态系统稳定，甚至引起了水事冲突。而解决这一系列问题的根本出路在于增加水资源的可再生量，并在遵循公平、高效和可持续利用的原则下，合理配置有限水资源。本文以水资源供需矛盾突出的大连市为研究对象，研究了水资源可再生性综合评价指标体系的构建及其评价方法、水资源可再生性提高的措施研究(包括社会水循环措施实施的可行性分析、作物种植结构优化和水资源合理配置)以及社会水循环措施实施后的效果评价。全文的主要研究内容和成果如下：
　　 (1)水资源可再生性综合评价的指标体系与方法研究。基于大连市水资源可再生性的特点，从水资源自然可再生性和社会可再生性两方面出发，建立了水资源可再生性综合评价的多层次多指标体系，并采用物理分析和数学计算相结合的方法分析了指标间的相关性；根据所建指标体系的特点，应用了多层次多指标可变模糊模式识别模型进行评价，’采用组合权重法确定了指标权重：同时引入了投影寻踪模型进行评价，并对两种模型的评价结果进行了比较分析；以大连市1998～2007年水资源可再生性评价为例，分别应用上述两种方法对其进行评价。结果表明，两种方法所得评价结果基本一致，投影寻踪模型仅给出了各样本的排序结果；而可变模糊模式识别模型不仅能对评价样本进行排序，而且其级别特征值能直接给出样本的评价等级，结果更为直观。
　　 (2)实施社会水循环措施的可行性分析。从定性描述和定量分析两方面概述了大连市在节水方面所取得的成就、存在的问题以及节水潜力，在中水、海水等非传统水源利用方面的现状及其供水潜力，以及跨流域调水工程的实施条件和供水潜力：并与在节水、非传统水源和跨流域调水使用等方面处于领先水平的国内外城市进行了对比分析，为下文的水资源可再生性提高途径研究提供了现实依据。
　　 (3)作物种植结构优化及其方案的合理性评价。以实现地区经济、社会和生态效益三者综合效益最大为目标，建立多目标作物种植结构优化模型；并针对模型构建中的模糊性，将交互式模糊优化算法应用于求解该模型；应用模糊数学理论、耗散结构和协同学理论，建立了基于相对有序度熵的作物种植布局合理性评价模型，以评价种植结构优化方案的合理性；以大连市规划水平年2020年和2030年作物种植结构优化为实例，验证了优化与评价模型的可行性。另外，与已有作物种植结构优化模型相比，二者所得优化结果基本一致，该模型适用于实时阶段的作物种植优化，而本文模型适用于规划设计阶段。
　　 (4)多目标模糊水资源合理配置研究。针对参数预测中的模糊性，以及水量分配中的模糊相关性，用模糊数来描述参数的预测值；应用模糊相关机会多目标规划，以城镇生活等6类用水部门需水要求被满足的可能性最大以及总供水成本不超过期望值的可能性最大为目标函数，建立多目标模糊水资源合理配置模型；应用基于模糊模拟的遗传算法来获取满意的水资源配置方案；以规划水平年2020年和2030年水资源合理配置为实例，验证了模型与求解算法的可行性。应用该模型，可通过设置不同的口值，直接获取决策者偏好下的满意水资源配置方案，其可看做是优化模型与评价模型的有机结合体；另外，与预测值为梯形模糊数以及正态模糊数相比，三种模糊数下所得最优解基本一致，这说明不同隶属函数形式的模糊数对配置结果影响不大。
　　 (5)评价了社会水循环措施实施后的水资源可再生性强弱的变化。以第五章所获得的满意水资源配置方案为基础，应用第二章所提出的评价模型与方法，进行了社会水循环措施实施后的水资源社会可再生性评价。结果表明节水、非传统水源推广使用和跨流域调水等社会水循环措施对于提高水资源社会可再生性是有效可行的；敏感性分析结果表明，影响水资源社会可再生性的因素，依次为外调水利用、中水回用、城镇生活节水、海水直接利用、海水淡化、农业节水、工业节水；在实际工作中，对于敏感性较强的水循环措施，应加强其保障措施的研究，确保其能够顺利实施。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究进展

1.2.1 水资源可再生性的基本理论及其研究进展

1.2.2 作物种植结构优化的研究进展

1.2.3 水资源合理配置的研究进展

1.3 研究发展趋势

1.4 本文的主要研究内容

2 水资源可再生性综合评价的指标体系与方法研究

2.1 问题的提出

2.2 水资源可再生性的内涵与特征

2.2.1 水资源可再生性的内涵

2.2.2 水资源可再生性的特征

2.3 水资源可再生性综合评价的指标体系

2.3.1 指标体系的初步确定

2.3.2 指标间相关性的处理

2.3.3评价指标标准值的确定

2.4 水资源可再生性综合评价的模型与方法

2.4.1 可变模糊模式识别模型

2.4.2 评价指标组合权重的确定

2.4.3 水资源可再生性评价的多层次多指标可变模糊模式识别模型

2.5 实例分析

2.5.1 大连市水资源概况

2.5.2 评价指标特征值的获取

2.5.3 评价指标相关性分析结果

2.5.4 指标组合权重的确定

2.5.5 评价结果及分析

2.6 讨论

2.6.1 水资源可再生性综合评价的投影寻踪法

2.6.2 投影寻踪法评价结果

2.7 小结

3 社会水循环措施的可行性分析

3.1 问题的提出

3.2 大连市的节水概况

3.2.1 生活节水概况

3.2.2 工业节水概况

3.2.3 农业节水概况

3.3 大连市的污水资源化概况

3.4 大连市的海水利用概况

3.5 大连市的跨流域调水工程概况

3.6 小结

4 作物种植结构优化及其合理性评价研究

4.1 问题的提出

4.2 多目标作物种植结构优化模型及其求解算法

4.2.1 多目标作物种植结构优化模型的构建

4.2.2 交互式多目标模糊优化算法

4.3 基于相对有序度熵的作物种植结构优化合理性评价模型

4.4 应用实例

4.4.1 大连市农业灌溉概况

4.4.2 多目标作物种植结构优化模型的构建

4.4.3 模型参数的确定

4.4.4 规划水平年2020年作物种植优化方案及其评价

4.4.5 规划水平年2030年作物种植优化方案及其评价

4.5 讨论与结果分析

4.5.1 讨论

4.5.2 结果分析

4.6 小结

5 多目标模糊水资源合理配置研究

5.1 问题的提出

5.2 模糊相关机会规划

5.2.1 模糊相关机会规划

5.2.2 模糊相关机会多目标规划

5.3 实例研究

5.3.1 大连市供用水概况

5.3.2 多目标模糊水资源合理配置模型的构建及其求解算法

5.3.3 规划水平年2020年满意水资源配置方案

5.3.4 规划水平年2030年满意水资源配置方案

5.3.5 敏感性分析

5.3.6 讨论

5.4 小结

6 规划水平年的水资源社会可再在性评价

6.1 问题的提出

6.2 规划水平年的水资源社会可再生性评价结果

6.3 敏感性分析

6.4 结果分析

6.4.1 规划年与现状年供水构成的比较

6.4.2 规划年与现状年城镇生活用水供水构成的比较

6.4.3 规划年与现状年城镇工业用水供水构成的比较

6.5 社会水循环措施的保障对策研究

6.5.1 节水型社会建设的对策

6.5.2 加强污水资源化利用的对策

6.5.3 加强海水利用的对策

6.5.4 跨流域调水工程的对策

6.6 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

创新点摘要

攻读博士学位期间参加课题和发表学术论文情况

致谢

作者简介