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.     

流域环境系统不确定性多目标规划方法及应用——不确定性模糊多目标规划模型

提出一种新的不确定性模糊多目标规划（IFMOP）模型。该模型将不确定性信息直接引入优化过程,从而得到以区间数表示的优化解;在模型优化解的解译过程中,将各个变量在区间内进行适当组合就能得到各种决策方案;模型能够与决策者直接进行交互,充分考虑决策者的反馈意见,以便获得最终满意的决策方案。该模型计算方便,其求解过程中不会生成复杂的中间模型。该模型已被成功地应用于云南洱海流域可持续发展环境规划研究     

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.     

不确定性流域污染负荷优化分配模型及其应用

流域优化决策模型以最优化建模方法指导流域管理决策过程,然而流域系统的不确定性会导致决策存在一定风险.本研究通过建立区间参数机会约束线性规划(ICILP)模型来处理流域决策过程中的不确定性,并将该模型运用于太滆运河流域优化决策中,探讨在不同违反概率下系统最优解.结果表明,随着允许入湖量约束违反概率增加,系统对污染物削减量和削减成本有所降低.由于受到经济成本和削减量约束,系统优先减小环境代价较大、削减效率较低的工程项目规模.但受到最低处理率约束,违反概率增加到一定水平时各工程项目趋于定值.虽然较高的违反概率使系统成本降低,但也会导致削减效率降低,不利于流域保护.因此,在实际管理中应根据管理需求选择合适的削减方案以达到保护流域水质的目标.     

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.     

旅游城市环境规划优化方法与应用研究(Ⅰ)不确定性多目标规划模型

以旅游城市环境系统的综合性、多目标性、动态性和不确定性的特征出发，提出用不确定性模糊多目标规划（IFMOP）模型来解决旅游城市 环境规划优化问题。通过建立旅游城市环境不确定性模糊多目标规划系统模型（IFMOPMTCE），使旅游城市环境系统的特性在模型建立和求解过程中得以充分反映，同时也有效地协调了环境经济等目标之间的矛盾与冲突，该研究为旅游城市环境规划工作提供了一种较为有力的工具。     

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.     

北京市生活垃圾管理的多重不确定性长期规划模型

在对北京市生活垃圾产生、运输和处理系统研究的基础上,考虑垃圾管理系统中各种参数、约束条件等的不确定性,将区间参数、机会约束规划和整数规划相结合,建立了城市生活垃圾管理的不确定性机会约束混合整数规划模型,并以北京市为案例城市进行研究.结果表明,容量约束的违反概率越低,资源化程度越高,然而会造成较高的系统成本.根据北京市目前生活垃圾的处理现状及“十一五”规划目标设置了3种不同的政策发展情景:情景1以目前处理处置现状为依据,作为对比方案;情景2将提高垃圾运往堆肥厂和焚烧厂的转运量,提高资源化效率;情景3将达到“十一五”规划要求.优化结果表明,情景2和情景3能够分别延长垃圾填埋场的使用寿命5a和10a,但是会造成系统成本较高的代价.     

Identifying water resources management strategies in adaptation to climate change under uncertainty

In this study, an integrated simulation-based allocation modeling system (ISAMS) is developed for identifying water resources management strategies in response to climate change. The ISAMS incorporates global climate models (GCMs), a semi-distributed land use-based runoff process (SLURP) model, and a multistage interval-stochastic programming (MISP) approach within a general framework. The ISAMS can not only handle uncertainties expressed as probability distributions and interval values but also reveal climate change impacts on water resources allocation under different projections of GCMs. The ISAMS is then applied to the Kaidu-kongque watershed with cold arid characteristics in the Tarim River Basin (the largest inland watershed basin in China) for demonstrating its efficiency. Results reveal that different climate change models corresponding to various projections (e.g., precipitation and temperature) would lead to changed water resources allocation patterns. Variations in water availability and demand due to uncertainties could result in different water allocation targets and shortages. A variety of decision alternatives about water allocations adaptive to climate change are generated under combinations of different global climate models and ecological water release plans. These findings indicate that understanding the uncertainties in water resources system, building adaptive methods for generating sustainable water allocation patterns, and taking actions for mitigating water shortage problems are key adaptation strategies responding to climate change.     

基于区间层次分析法的榆阳区水资源配置系统和谐性评价研究

城市水资源优化配置后,对配置方案进行后效和谐性评价以确定配置模型及配置方案的适应性具有重要意义,同时也是促进人水和谐的有效途径之一。影响水资源配置系统和谐性的因素繁多,评价方法也较多,但各类方法在评价过程的模糊性、指标权重的模糊性及评价精度方面均有不足。论文将区间数与层次分析法相结合,用区间数表示各指标表征值及专家的评价意见,对榆林市榆阳区水资源配置系统的后效和谐性进行评价研究,采用区间数特征根法求出各个指标层因素的区间权重,并进行一致性检验。研究结果表明,经水资源优化配置后,榆阳区水资源配置系统的和谐性整体提升,且系统内的各子系统和谐性也均有不同程度的提升;与目前常用的评价方法相比,区间层次分析法体现了评价过程的模糊性、权重的模糊性与评价精度,使评价结果具有柔性化特征,更加合理可靠。     

城市水资源综合风险评价指标体系与模型构建

水资源是城市形成、发展的必要条件,在自然和人类活动影响下,城市旱涝、缺水及水环境污染现象时有发生,水资源问题已严重阻碍了当今城市发展。在城市水资源风险评价方面,国内外学者已进行了大量的理论探索和实证研究,但方法模型尚未统一。本文在系统论述前人关于自然灾害与城市水资源、水环境风险分析与评估研究成果的基础上,基于城市灾害风险系统论的角度,提出一套适合中国城市水资源综合风险评估的指标体系;同时,对城市水资源综合风险管理模式作了一定的探讨和分析,拟为城市水资源安全规划和管理提供科学的决策依据。     

基于RDA-REM模型的我国再生水开发利用潜力

为促进我国再生水资源高效利用,优化水资源配置结构,针对再生水开发利用潜力开展再生水开发利用影响因素分析,剖析再生水资源的特殊性与竞争性,揭示再生水开发利用的驱动机制与约束机制,建立再生水供需双侧协调交互式的潜力指标体系,并基于冗余分析（RDA）筛选潜力预测关键指标,并以此为基础,构建具有随机效应的潜力预测模型（REM）,预测全国再生水开发利用潜力.同时,针对REM模型参数的不确定性,刻画10%~90%分位数水平下的参数置信区间.结果发现,生态用水量、建成区供水管道密度、再生水处理设施建设固定资产投资和污水处理总量这4项指标与再生水开发利用紧密相关,为潜力预测关键指标.REM潜力预测模型拟合精度较高,最大拟合误差为-8.5%.未来一段时期内,我国再生水开发利用量将继续保持高速增长趋势,2025年全国开发利用潜力有望达到129亿m³,将有助于优化城市供水结构,提高区域水资源循环利用率.     

我国城市水环境产业发展规模和市场容量的SD模型

采用SD方法,建立了城市水环境产业与人口、经济、资源和环境之间相互关系的动态、非线性模型(SDMUWEIC),在不确定分析基础上,预测了未来城市水环境产业的发展规模、市场容量和市场结构.表明城市水环境产业将为建筑、通用机械设备和水处理专用设备等提供广阔的市场,从而促进消费,带动国民经济其他行业的发展.本文还进一步预测了不同城市人口比例和水价增长速度,对城市水环境产业发展的影响.