水资源规划优化技术研究进展及展望

文章针对水资源管理与规划的发展过程,详细论述了水资源系统管理与规划中常用优化技术的国内外研究成果及应用。根据是否考虑了模型参数或者模型结构的不确定性问题,将优化模型分为确定性优化模型和不确定性优化模型,同时对每种优化技术做了简要介绍,通过对不确定性优化模型的详细介绍指出了不确定性优化是当前水资源系统优化的热点;同时指出当前不确定性优化技术存在的问题,未来不确定性优化技术发展方向为多种不确定性以及多重效益的综合考虑等。     

基于不确定性的水资源优化配置模型及其实证研究

针对城市水资源系统中存在的不确定性,将可信性模糊机会约束规划模型与区间规划相结合,提出了不确定环境下的可信性模糊-区间线性规划(FILP)模型,将其应用于某城市水资源优化配置与科学管理中,构建了城市水资源优化配置FILP模型.该模型以城市的经济、社会与环境的可持续发展为目标,以供需水量等为不确定性约束,以各水源在各子区不同部门间的分配为决策变量,利用改进的风险显性区间规划算法进行求解得到一定置信度和意愿水平下的水资源优化配置风险-收益权衡方案.实证研究表明,该模型反映了不确定性因素对水资源系统收益的影响,能够为实际的优化决策提供方法支持.     

基于可信性理论的水资源优化配置模型

针对城市水资源与水环境系统中存在的不确定性与复杂性,提出了模糊环境下基于可信性理论的CFCCP模型(可信性模糊机会约束规划模型),并将其应用于衡水市水资源优化配置模型的研究中. CFCCP模型以衡水市经济、社会与环境效益最大化为目标,以供需水量、区域协调发展等为不确定性约束,以各水源在各子区不同部门间的分配为决策变量,并且设计了基于模糊模拟的猴群算法进行求解. CFCCP模型可反映不确定性因素对系统收益的影响,计算了各规划水平年置信水平为08时的水资源配置风险-收益权衡方案,得到2015年和2025年的区域经济效益分别为198 36530×104和266 22730×104元,缺水量分别为25 29936×104和20 99096×104 m3,污染物排放量分别为12 80847和13 00044 t. 同时,通过与传统优化算法的比较,证明了基于模糊模拟的猴群算法在求解多维优化问题时的有效性.      

不确定性模糊多目标模型在生态城市水资源配置中的应用

针对生态城市水资源配置的不确定性、模糊、多目标特点,建立了基于不确定性基本理论的不确定性模糊多目标(IFMOP)水资源配置模型.该模型改变了以往按照确定性目标进行优化的思路,用区间参数的方法将现实中的不确定因素表现为区间形式,将各变量在区间内组合求解,并且通过决策者与模型的交互,用MATLAB软件编程求解,很好地体现了实际决策过程.通过采用华北某市新区水资源数据进行优化配置实例验证,得到了较为合理的2020年水资源优化配置方案.     

基于不确定性的水资源配置双层模型及其实证研究

针对水资源管理系统的不确定性和复杂性,引入区间参数表达系统中的不确定信息,建立了反映水资源管理者和使用者之间层次关系的区间双层规划模型,并以北京市丰台区水资源管理系统为例进行实证研究.同时,基于交互式算法和模糊满意度算法,用Lingo软件编程求解,确定了丰台区水资源的优化配置方案.规划结果表明:丰台区水资源管理系统的供需水量基本达到平衡,75%的供水量来源于本地地表水和南水北调水源;规划期内的系统经济效益预期达到2.22×10~9~5.16×10~9元,COD排放量将达到1.47×10~4~1.89×10~4t.区间结果提高了优化方案的灵活性,系统满意度体现了上层决策者与下层决策者的交互.其次,通过设计4种COD最大允许排放情景,说明了不同的COD排放约束将对规划结果产生重要影响.最后,通过3种模型的对比分析可以为丰台区水资源配置提供不同发展情景下的优化方案.     

流域系统优化调控的新模型与应用

流域系统具有复合性和非线性特征,其机理过程的数值描述本身也存在随机和认知不确定性.在此前提下,如何优化调控流域系统,实现水质改善和水生态系统健康成为当前水资源、水环境及水生态领域亟待解决的突出问题.本文提出了贝叶斯递归回归树模型和区间不确定性的风险决策分析方法,与强化区间线性规划结合形成了新的不确定性＂模拟-优化＂间接耦合模型,实现流域系统优化调控及风险决策方案.上述方法将应用于美国佛杰尼亚州Chesterfield县Swift Creek水库营养盐TMDL分配方案,确定8个子流域的最小负荷分配以实现叶绿素a浓度达标.结果表明该耦合模型既能表征流域系统特征,也能兼顾不确定性模拟的准确度、计算效率以及不确定性优化与风险决策的解空间全局最优性、绝对可行性,为流域系统优化调控及其未来非线性系统的预测与最优控制提供了新的计算工具.     

基于不确定性多目标的规划环境影响评价研究

针对规划环境影响评价的特点 ,建立了基于不确定性多目标的规划环境影响评价模型 .并以沈阳市浑南新区发展规划的环境影响评价为例 ,对新区规划中的产业结构调整、污染物排放、资源利用、污水处理厂扩展等方面进行分析、优化 ,并为该规划的进一步完善提出了合理化建议     

居住小区非传统水资源优化配置研究

中国居住小区非传统水资源利用发展迅速,带来可观的经济、社会和环境效益。与此同时,应实施小区非传统水资源的优化配置,以合理有效地利用多种水源。研究居住小区的非传统水源优化配置具有重要意义,既提高了利用效率,又促进了经济、社会和环境的可持续发展。文章阐述了水资源优化配置中常用的多目标规划方法和特点,指出适合于居住小区非传统水资源利用的多目标规划方法及注意事项。并着重说明可以优先考虑使用遗传算法。     

经济开发区人-模交互式不确定环境系统规划方法初探

简要分析了经济开发区环境规划的特点,指出目前所采用的方法不可能有效地实现对开发区环境经济系统的优化设计。为了解决这个问题,文中提出一套基于环境承载力的不确定性人－模交互式环境系统规划方法,将大气、水及资源等子系统有机地通过模型整合起来,并充分考虑到了环境经济系统的不确定性与部分因子的不可量化性,通过人与模型的交互过程,将决策者及专家的知识和经验与模型结合起来,从而尽可能地保证规划决策结果的科学性和可操作性     

不确定性下区域规划环评方案优化方法框架研究

为了弥补以往规划环评方案中存在的两个缺陷,构建了不确定性条件下融合型和调整型区域规划环评方案优化方法框架,从而消除规划方案本身潜在的环境影响,且实现了规划方案和环境保护补救措施的系统优化及其不确定性风险决策.同时,从方法学上,基于强化区间优化模型建立了不确定性条件下规划方案和补救措施的双层优化方法.最后,针对郑州市土地利用总体规划(1997～2010年)的规划环评,以生态系统服务功能价值的最大化为目标,以郑州市土地资源、经济发展(GDP)和环境指标(土地承载COD排放总量)为约束条件,得到不同风险水平下土地利用规划优化方案.结果表明:①优化后的规划方案的生态系统服务功能价值高于原规划方案,约为原规划方案的1.45～1.52倍,且完全能满足郑州市2010年GDP目标;②有必要在未来融合型或调整型规划环评融入不确定性优化思想,且需要为决策者提供不同环境风险水平下的决策方案.     

天津生态城水系统构建与海绵建设技术研究及实践

围绕天津生态城高标准水系统建设目标,分析不同发展阶段的水环境问题与技术需求,全方位开展水系统及海绵城市规划、建设与管理技术研究,创新形成了统筹所有涉水设施的生态城市新型水系统规划模式、耦合大水系构建与全过程灰绿蓝结合的海绵城市规划策略,研发了非常规水多源多功能净化处理技术、景观水体水质保持与生态修复技术、盐碱区域生物滞留设施雨水径流污染控制技术、盐碱影响下的雨水调蓄与利用技术、基于盐渍土改良和耐盐植物群落构建的景观生态改善技术,建立了融合水动力-水质耦合模型、多水源补水优化调度模型和内涝模型的天津生态城水系统智能化管理平台。该技术成果在天津生态城水系统和海绵城市规划、建设与管理中得到应用,实现非常规水利用率超50%、水体水质达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,年径流总量控制率>80%,径流污染削减率>65%(以SS计),年雨水资源化利用总量达30余万m3,优化了水资源结构并提高了水资源利用效率,全面改善了天津生态城水环境质量,提升了涉水设施动态联动联控的协同管理水平,为同类型地区水系统和海绵城市高标准建设提供了参考和借鉴。     

松花江流域水资源-水污染联合调控方案动态模拟研究

为解决松花江流域水资源消耗与水污染物排放联合调控过程中系统复杂特征难以刻画和系统状态变化难以量化的问题,本文从流域污染物排放的源头即农业、工业、畜禽养殖业及生活(城镇和农村)4个方面展开研究,研究其水资源消耗量和水污染物排放量联合控制的特征和机理过程.通过构建二者的耦合关系,建立了松花江流域水资源-水污染联合控制动态模拟模型.通过对该模型进行验证及设计的4种情景方案的模拟对比,充分说明实施开源、节流、治污、减排的综合措施,才是松花江流域经济社会与水环境系统协调发展的最佳策略.同时结果也证明了本文所提出的联合调控动态模拟模型的合理性和可行性.本研究对于解决松花江流域的水资源优化管理、水污染减排和总量控制具有重要的意义,同时可为制定松花江流域经济发展策略提供参考.     

基于水质模拟的不确定条件下两阶段随机水资源规划模型

针对流域内不同企业的水资源分配及企业生产污染排放导致的水环境问题,运用区间两阶段随机规划的方法,耦合区间两阶段模型（ITSP）和区间水质模型（IS-P）,建立不确定两阶段随机水质-水量耦合规划模型（ITSP-SP）.该模型以流域内系统利益最大为目标函数,模拟了流域内各个企业的水量分配及排污过程中河道水质变化,并在保证河流水质达标前提下优化预计分配水量,调整企业生产规模.通过模型运算得到区间解,为管理者提供了多样的决策方案.并且,该模型充分考虑不确定因素对系统利益的影响,能够有效的规避系统决策失误及方案缺失现象.     

流域水质管理优化决策模型研究

针对目前流域水污染难以有效控制的局面,依据已有的流域水文、水动力、水质、水生态相关机理模拟模型的研究,在考虑了流域社会经济发展条件的基础上,构建了流域水质管理优化决策模型框架体系.基于该框架体系,本文从简单流域系统优化模型、模拟与优化联合模型和时空尺度复杂优化模型3个方面对流域优化决策模型的研究发展历程进行综述,并指出其各自在发展过程中所出现的问题.最后,提出了优化决策模型面临的瓶颈问题,并从模型结构简化和适应性管理两个方面提出了相关的解决思路.     

Renewable energy resources and technologies in Nigeria: present situation, future prospects and policy framework

Nigeria is endowed with abundant energy resources, both conventional and renewable, whichprovide her with immense capacity to develop an effective national energy plan. However, introduction of renewable energyresources into the nation's energy mix have implications on itsenergy budget. The national energy supply system has been projected intothe future using MARKAL, a large scale linear optimization model.However, this model may not be absolutely representative of the highlynon-linear future of renewable energy. Results of the model reveal that under onlya least cost constraint, only large hydro power technology is the prominentcommercial renewable energy technology in the electricity supply mix of thecountry. Despite the immense solar energy potentials available, solar electricity generation is attractive only under severeCO2 emissions mitigation of the nation's energy supply system. Similarly, the penetration of small-scale hydro power technology in theelectricity supply mix is favoured only under CO₂ emissionsconstraints. Due to economy of scale, large hydropower technology takes the lion share of all the commercial renewableenergy resources share for electricity generation under any CO₂emissions constraint. These analyses reveal that some barriers exist to thedevelopment and penetration of renewable energy resources electricity production in Nigeria's energy supplysystem. Barriers and possible strategies to overcome them arediscussed. Intensive efforts and realistic approachtowards energy supply system in the country will have to be adopted inorder to adequately exploit renewable energy resources and technologiesfor economic growth and development.     

干旱半干旱地域灌区水资源综合效益评价体系研究

干旱半干旱地域灌区农业发展,既受水资源短缺制约,又受生态环境和社会因素的影响。论文基于水资源可持续发展的观点,认为灌区水资源优化配置必须考虑经济效益、生态效益和社会效益的协调和综合影响。文中建立了灌区水资源综合效益评价的数学模型。在分析该区水资源利用特点基础上,提出了综合效益评价的经济效益、社会效益和生态效益类等44项评价指标。应用层次分析法(AHP)原理,对构建的模型进行了研究。并以陕西省宝鸡峡灌区为例,利用所建模型进行了综合评价。评价结果可为灌区水资源评价、管理及节水规划提供决策依据。