基于时间尺度的区域水资源优化配置研究——以甘肃省瓜州县为例

摘要

水资源是人类社会生存与发展中不可替代的重要自然资源及生态环境系统的基本要素；同时，随着人口的增长和工农业生产的发展，水资源所面临的危机日益严重，加上生态环境失调，已严重阻碍了我国经济社会的持续发展。因此，对区域水资源进行合理规划与利用势在必行，尤其在水资源供需紧张的西北内陆干旱区，水资源系统作为一个多目标、多层次的复杂系统，建立合理的水资源优化配置模型，具有十分重要的实践意义。本文在阅读整理国内外水资源优化配置和水资源可持续利用理论及分析方法的基础上，应用改进的BP人工神经网络、指标分析法和多目标规划法分别对甘肃省瓜州县进行需水预测分析和时间尺度水资源优化配置，得到以下几点结论： 1、运用改进的BP人工神经网络和指标分析法分别对瓜州县需水量进行了初步预测，通过对比分析预测结果表明：采用指标分析法所得到的预测结果总体效果较好；改进的BP人工神经网络较适合于较短时期的预测，其精度相对指标分析法高；对于长期预测，从运算角度看，由于BP神经网络本身存在的缺陷，使得运算量大，与指标分析法相比，达到期望值所需时间长，消耗人力多。 2、从瓜州县水资源开发利用现状出发，分析了在水资源开发利用中存在的问题，提出了针对瓜州县水资源开发利用过程中可能改进的措施。主要体现在随着瓜州县经济社会的发展，节水型社会建设的大力推进，用水结构改变，在生态用水得到保障的基础上，社会经济收入逐步提高，农业用水总量逐步减少，工业用水和废水回用量逐渐增加。 3、从多目标规划原则出发，基于水资源多用户问题，采用工业、农业、生活多目标规划法，以实现区域水资源效益最大化为目标函数，按照约束条件的客观性与主观性，给出相应的非劣解；通过调用Matlab优化工具箱的优化函数，得到适合瓜州县的合理配置有限水资源方案及相应最大效益。2010规划水平年需水总量为5.8311×108m3，2015年为5.8518×108m3，2020年为6.0895×108m3；各规划水平年行业用水总效益分别为7.2645×108元、11.9453×108元和13.3284×108元。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3主要研究内容

1.4研究方法和技术路线

第二章研究区概况

2.1自然地理概况

2.1.1地理位置

2.1.2地形地貌

2.1.3气候条件

2.1.4河流水系

2.1.5土壤植被

2.2社会经济状况

第三章区域水资源开发利用

3.1水资源开发利用现状

3.1.1水资源的组成、系统和结构

3.1.2现状水资源评价

3.2区域水资源可利用量分析

3.2.1水资源可利用量分析遵循原则

3.2.2瓜州县水资源可利用量分析

3.3现状年供用水分析

3.3.1供水量统计分析

3.3.2用水量统计分析

3.4水资源开发利用中存在的问题

3.4.1渠系输水能力低，水资源供需矛盾突出

3.4.2用水结构不合理，水资源利用经济效益低

3.4.3地下水位下降，生态状况堪忧

3.4.4水环境脆弱，面临污染威胁

3.4.5保障安全供水的基础薄弱，水资源利用效率低

3.4.6现有水价机制仍需完善

3.4.7水资源管理条块分割，管理体制与运行机制不完善

3.5本章小结

第四章瓜州县需水量预测研究

4.1需水预测分类及影响因素

4.1.1预测原则

4.1.2需水预测分类

4.1.3影响因素分析

4.2神经网络预测方法

4.2.1人工神经网络简介

4.2.2 BP算法

4.2.3实现BP算法的Mat1ab神经网络工具箱简介

4.3指标分析法

4.3.1工业需水预测

4.3.2农业需水预测

4.3.3生活需水预测

4.3.4生态环境需水预测

4.4瓜州县需水量预测

4.4.1神经网络需水预测结果

4.4.2指标分析法需水预测结果

4.4.3本节小结

4.5本章小结

第五章水资源优化配置的数学模型

5.1水资源优化配置的内涵及原则

5.1.1水资源优化配置内涵

5.1.2水资源优化配置原则

5.2水资源优化配置数学模型

5.2.1水资源系统

5.2.2水资源优化配置决策变量

5.2.3水资源优化配置模型的建立

5.2.4模型目标函数约束条件

5.3模型求解方法

5.3.1模型特点

5.3.2Mat1ab平台数据分析功能简介

5.3.3求解方法分析

5.4本章小结

第六章瓜州县水资源优化配置模型

6.1瓜州县水资源优化配置模型的建立

6.1.1综合效益目标函数

6.1.2用水效益目标函数

6.1.3约束条件

6.2求解瓜州县水资源优化配置模型

6.2.1参数确定

6.2.2模型求解

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录

致谢