水资源与防洪系统工程模糊集理论的应用研究

摘要

20世纪后半叶以来，由于各类用水量的增加超过了相应的供应能力，致使许多地区出现了用水危机。水资源危机包括两方面的含义。一方面是由于水资源自身的短缺造成区域工业、农业、生活以及生态环境等方面的需水量不能得到满足，乃至最基本的生活用水都难以得到保障，即资源性缺水；另一方面则是由于水资源开发利用不合理或不充分，造成有限的水资源遭受严重污染或功能破坏，进而使水资源在质上难以满足区域发展的要求，即水质性缺水或工程性缺水。中国的水资源问题是随着人口增长、经济发展、社会进步逐渐显露并被人们所逐步认识的，现阶段中国主要面临着洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化等三大水问题，而在我国水资源开发利用中存在的主要问题是：水资源分布与区域发展极不平衡；水环境污染严重，供需矛盾日益突出；水资源开发利用率高，而利用效率低，浪费严重；水资源开发利用不合理，生态环境遭到严重破坏；缺乏完善的水资源价格体系等。因此迫切需要深入研究水资源开发利用的模式与方法，促进水资源开发的协调利用、良性循环与水资源的可持续利用，以恢复和保护自然生态环境。有鉴于此，本文应用工程模糊集理论对水资源与防洪系统的几个主要涉及方面，包括水资源可持续利用、水资源与水环境承载能力、区域水资源合理配置、防洪调度的模糊决策、珠江流域水问题及深圳特区供水量预测等进行了分析研究，主要内容如下： 1、水资源可持续利用是和谐社会的追求目标与基本前提。本文对水资源可持续利用的理论内涵、发展条件与当前主要的研究方法进行了详细分析，利用水资源系统可持续利用状态协同方程对可持续利用目标函数与约束条件的数学描述进行了研究与分析，以模糊可变集合方法构建水资源可持续利用评判指标体系，以黑河流域中游为例，说明其在水资源开发利用程度与潜力评判中的应用过程。 2、区域水资源和水环境承载能力的分析。详细阐述了水资源承载能力和水环境承载能力的理论内涵，比较了当前几种主要的水资源承载能力评价方法及其评判指标，根据陈守煜教授的模糊优选与识别理论，分析了水资源承载能力模糊识别评判法，并由黑河流域中游张掖地区的评判实例阐明该方法的计算过程，最后简要阐述了现代水资源保护工作的六个方面。 3、水资源合理配置的协同方法。分析了水资源合理配置的概念内涵、主要研究内容及配置分析的基本原则。根据水资源系统可持续利用状态协同方程，以黑河流域水资源合理配置为例，统筹考虑经济、社会、生态环境效益，兼顾上下游与左右岸的关系，以协同学的序参量与系统噪声熵值为主要变量，以整个系统的有序度增加为目标，对黑河流域的水资源合理配置进行了分析并提出配置方案。 4、防洪系统调度的模糊决策权重分析方法。基于模糊决策分析模式，应用模糊聚类通用循环迭代模型、模糊可变集合方法及模糊识别模型对防洪调度所涉及到的涝区分类、防洪工程体系综合风险评价、水库防洪调度决策方案选取等分别进行权重研究，同时研究了在三种状态(数学权重、主观权重及将二者联立)下的不同计算方法，计算结果表明文中所述权重确定方法具有实用意义。 5、珠江流域镉污染、咸潮等水问题及智能预测分析深圳特区中远期城市供水量。分析了2006年初珠江流域的镉污染、特大咸潮的成因及解决思路与办法，对深圳特区的供水量进行了分析，用线性回归、非线性二元转折及模糊优选BP神经网络对深圳特区的中远期供水量进行了智能预测，同时研究了陆海空水资源协同利用以解决困扰深圳城市的缺水难题。 最后对全文进行了总结，并对有待于进一步研究的问题进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.1.1全球水资源危机

1.1.2我国水资源状况

1.1.3我国水资源开发利用现状与存在问题

1.2水资源与防洪系统领域的国内外研究现状

1.3工程模糊集理论概述

1.3.1模糊优选与模糊识别理论概述

1.3.2模糊可变集合原理简介

1.4本文研究的思路、方法与内容

1.4.1本文研究的思路与方法

1.4.2论文的主要研究内容

2水资源可持续利用状态模糊分析

2.1水资源可持续利用理论

2.1.1可持续发展的形成与概念

2.1.2水资源可持续利用的理论内涵

2.1.3水资源系统可持续利用发展条件

2.1.4水资源可持续管理及当前主要的研究方法

2.2水资源可持续利用状态协同方程

2.3水资源可持续利用状态的数学分析

2.4水资源可持续利用状态模糊评判

2.4.1模糊可变集合相对差异函数模型

2.4.2水资源可持续利用状态的评价指标

2.4.3黑河流域中游地区水资源可持续利用状态的模糊评判

3区域水资源(水环境)承载能力分析

3.1水资源(水环境)承载能力的内容

3.1.1水资源承载能力

3.1.2水环境承载能力

3.1.3破坏水资源(水环境)承载能力的原因

3.2水资源承载能力的分析方法与层次化衡量指标

3.2.1水资源承载能力分析方法

3.2.2水资源承载能力层次化衡量指标

3.3应用实例

3.4现代水资源保护工作的主要内容

4水资源合理配置的协同方法及其应用

4.1水资源合理配置

4.1.1水资源合理配置的概念

4.1.2水资源合理配置的主要研究内容

4.1.3水资源合理配置分析的基本原则

4.2水资源合理配置的协同方法

4.2.1水资源开发利用的阶段特点

4.2.2流域水资源配置的协同方法

5防洪系统调度的模糊决策权重分析方法

5.1概述

5.2涝区分类的模糊聚类通用循环迭代模型

5.2.1模糊聚类通用循环迭代模型

5.2.2模糊聚类通用循环迭代模型在涝区分类中的应用

5.3防洪工程体系综合风险分析方法

5.3.1防洪工程体系及风险指标分级选取

5.3.2防洪工程体综合风险评估计算

5.4水库防洪调度决策方案选取的模糊识别方法

5.4.1迭代计算确定水库防洪目标的数学权重

5.4.2考虑权重灵敏度的水库防洪调度决策

5.5小结

6珠江流域的水问题及深圳特区供水智能预测分析

6.1珠江流域概况

6.2北江镉污染及处理方案

6.3珠江特大咸潮的原因分析及压咸补淡应急调水

6.4深圳特区供水智能预测分析

6.4.1线性回归预测模型

6.4.2非线性二元转折曲线模型

6.4.3模糊优选BP神经网络预测模型

6.4.4预测效果评价

6.4.5深圳特区供水量智能组合预测

6.5深圳特区中远期供水不足困局的解决思路

总结与展望

创新点摘要

参考文献

攻读博士学位期间参与课题与发表学术论文情况

致 谢