多目标优化法在磨沟小流域综合治理中的应用研究

摘要

丹江口库区及其上游集水区水土流失严重，流失面积近占长江流域的10％，在一些地区还会造成突发性的山洪和泥石流灾害，水土流失不仅严重制约着水源区经济社会的可持续发展，而且影响南水北调中线工程的水质安全。 多目标规划法，比单目标规划法前进了一大步，可以避开经验决策法中人为主观因素的影响，而且同时满足规划中多个目标的要求。权重法又称作线性加权和法，其思路是：按各个目标的重要程度对其赋予不同的权重，将各目标函数加权求和，将该加权和作为新的目标函数，这样就可以把多目标问题转化为单目标问题，对此单目标问题进行求解，可得到原多目标问题的解。 研究目的: 以丹江口库区上游西侧磨沟小流域为研究对象，该流域水土流失严重、洪涝灾害频繁，严重制约着经济社会的可持续发展，伴随着水土流失，化肥、农药残留物和其它化学成份，一旦流入丹江口水库，将严重影响南水北调中线工程水源地水质的安全。采用工程措施、生态措施、封育措施和土地利用调整，对该小流域进行综合治理和规划，抑制水土流失，调整产业结构，实现该流域内农民增收、群众生活富裕、人与自然和谐相处，经济社会的可持续发展，确保向首都北京输送优质水源。 研究方法: 运用多目标规划方法，以直接经济效益、保土效益、资金投入为目标函数，建立数学模型，对各目标函数根据其重要程度，赋予不同的权重系数，把多目标问题转化为单目标问题，对模型进行求解，可得到该小流域综合治理规划的各种效益：经济效益、蓄水保土效益、社会效益。然后以经济净现值、投资回收年限、效益费用比、经济内部收益率等指标，从静态和动态两种角度进行国民经济评价，同时对水土保持产生的生态效益、社会效益作定性评价，说明该小流域综合规划治理的合理性。 研究结果: 该小流域通过大力发展水土保持林，积极实施生态修复，疏林地通过疏林补植或封禁治理，全部成为有林地，使林草覆盖率由现状的82.9％提高到87.6％，人为水土流失得到控制。将治理水土流失面积9.25km2，治理程度达到100％，年拦蓄泥沙率达到70％，达到国家验收标准，确保水源地水质安全。 通过调整农业产业结构，结合流域自身的特点和当地群众的意愿，现有坡耕地经过改造整地，全部退耕还经济林或生态林，大力发展经果林，提高经济效益，增加群众收入，使该小流域人均纯收入比当地平均增长水平高出30％以上，人均粮食产量达到400kg以上，可以满足农民的吃粮问题。 研究结论: 通过该方法在磨沟小流域综合治理规划中的应用，实践一种较新的思想方法，拓宽该方法应用的范围和领域。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1丹江口库区及其上游水土流失现状与水土流失特点

1.1.1水土流失现状

1.1.2水土流失特点

1.2国内外小流域规划研究概述

1.2.1国外小流域规划研究状况

1.2.2国内小流域规划研究现状

2多目标规划与小流域综合治理

2.1多目标规划的原理与方法

2.1.1多目标规划的数学模型及特点

2.1.2多目标规划的解

2.1.3有效解的生成技术

2.2小流域综合治理的思路

2.2.1水土保持措施总体布局

2.2.2预防监督措施

2.3水土流失治理措施

2.3.1治理措施制定原则

2.3.2综合治理措施

2.3.3自然修复措施

3多目标规划方法在磨沟小流域规划中的应用

3.1磨沟小流域概况

3.1.1地质地貌

3.1.2土壤植被

3.1.3水文气象及基础设施

3.1.4土地利用现状

3.1.5社会经济状况

3.1.6水土流失和水土保持现状

3.2多目标规划模型的建立

3.2.1选择决策变量

3.2.2目标函数的确定

3.2.3约束方程的建立

3.3模型的求解与检验

3.3.1模型的求解

3.3.2结果及合理性分析

4磨沟小流域多目标规划的效益分析

4.1直接经济效益分析

4.1.1经济效益计算方法

4.1.2增产指标及产品价格

4.1.3直接效益计算

4.2生态效益

4.2.1蓄水保土效益

4.2.2改良土壤和生态环境效益

4.3社会效益

4.4国民经济评价

4.4.1评价的依据与方法

4.4.2评价的主要指标和参数

4.4.3国民经济评价结果

5讨论

5.1模型预测结果的合理性检验

5.2模型预测中出现的问题与解决

6结 语

6.1主要结论

6.1.1经济效益

6.1.2蓄水保土效益

6.1.3环境生态效益

6.1.4社会效益

6.2展望

参考文献

个人简介

致谢