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基于复杂适应理论的水资源优化配置整体模型研究

作　者: 赵建世
导　师: 雷志栋；翁文斌
学　校: 清华大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水资源配置整体模型复杂适应系统黄河流域南水北调
分类号: TV213.4
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 2009次
引　用: 29次
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内容摘要

通过对水资源优化配置模型以及相关研究的回顾发现，当前一般采用综合集成的方法将各种局部的模型集成在一起的模型体系来分析水资源配置问题。随着研究的发展和深入，建立水资源系统的整体模型来分析水资源优化配置问题，已经成为水资源配置研究领域的重要研究方向和前沿，也是本文的基本目标。整体模型的出发点就是要解决这些局部模型的集成问题，希望通过一个整体的模型框架，将水资源系统中各种元素的相互作用通过内生变量进行联接，从而取代组合模型仅仅通过计算结果的传递来描述元素间作用的方式。整体模型要解决的最基本的问题就是将水文模拟和经济优化统一在一起，当然，模型还应该包括对生态环境用水和社会系统用水过程的描述。组合模型更加容易应用，但是从长期的研究来看，需要一个适当的动态连接，通过内在的交互方法求解经济和水文部分。整体模型的关键问题在于建立各部分的本质连接，从而使得水资源配置得多目标分析能够在主要的物理系统的基础上实现。在建立整体模型的过程中，存在的主要困难一个是缺乏必要的关于复杂系统的基础理论的支持，另外一个是高维度的非线性优化模型在求解方法上的困难。本文的目标是建立水资源优化配置整体模型。为了解决基础理论和模型解法这两个难题，本文引入了复杂适应系统理论并和水资源系统的基本特征相结合，形成了建立整体模型的理论基础。同时根据模型的结构提点提出了嵌套遗传算法来求解高维度的非线性优化模型。为了构建水资源系统优化配置整体模型，在简单的研究回顾之后，本文的进行了基于复杂适应系统理论的水资源系统结构分析、模型理论框架的建立以及模型的解法研究和实现等工作，这些都是本文的核心内容。在建立了模型的理论基础、基本框架和解法分析后，本文将模型初步应用于黄河流域，根据流域的概化节点网络图建立了黄河流域水资源优化配置整体模型，并对南水北调西线工程的效益进行了初步的分析。另外，基于黄河流域的情况，分析了影响水资源配置的各种主要演化动力的作用机制。

全文目录

第一章   水资源优化配置模型研究综述  9-29
  1．1   水资源系统的宏观特性分析  9-14
    1．1．1   概述  9-10
    1．1．2   水资源系统的进化性分析  10-12
    1．1．3   水资源系统的复杂性分析  12
    1．1．4   水资源系统研究遵循的整体技术路线  12-14
  1．2   水资源优化配置模型研究综述  14-25
    1．2．1   概述  14-15
    1．2．2   水质水量综合管理研究  15-18
    1．2．3   水资源系统中的经济估算  18-22
    1．2．4   经济-水文-环境-制度综合模型（体系）  22-25
  1．3   水资源优化配置模型研究的发展方向  25-27
    1．3．1   当前水资源优化配置模型研究的方向  25-26
    1．3．2   困难与解决途径  26-27
  1．4   本文的主要目标与研究内容  27-29
第二章   复杂系统基础理论研究进展与复杂适应系统的理论和建模方法  29-44
  2．1   系统科学研究进展综述  29-32
    2．1．1   系统科学的形成和发展  29-30
    2．1．2   自组织理论  30-31
    2．1．3   非线性理论和复杂性研究的兴起  31-32
  2．2   “还原论”及其局限性  32-33
  2．3   复杂适应系统的基本理论与水资源系统  33-35
  2．4   受限生成过程建模方法  35-40
    2．4．1   受限生成过程的定义  35
    2．4．2   受限生成过程建模的基本步骤  35-36
    2．4．3   受限生成过程建模的数学描述  36-40
  2．5   复杂适应系统理论建模的应用实例  40-44
第三章   基于复杂适应系统的水资源优化配置整体模型理论与框架  44-83
  3．1   基于复杂适应系统理论的水资源系统解析  45-50
    3．1．1   水资源系统的组成与层次划分  45-48
    3．1．2   水资源优化配置研究中几对重要的关系分析  48-49
    3．1．3   水资源配置的动力分析  49-50
  3．2   模型整体框架  50-83
    3．2．1   建模的基本简化原则  51
    3．2．2   主体的分类  51-53
    3．2．3   模型的框架结构  53-56
    3．2．4   模型结构与关键算法  56-83
第四章   模型的数学解法研究  83-105
  4．1   模型的解法——嵌套遗传算法  83-97
    4．1．1   遗传算法的基本原理及程序实现  83-87
    4．1．2   算法分析  87-94
    4．1．3   嵌套遗传算法  94-97
  4．2   模型的多目标处理方法  97-105
    4．2．1   多目标问题求解方法综述  97-98
    4．2．2   情景分析法  98-100
    4．2．3   切比雪夫方法  100-105
第五章   黄河流域水资源配置整体模型的实现  105-125
  5．1   黄河流域的节点概化  105-113
  5．2   模型程序结构  113-119
    5．2．1   节点与主体的对应关系  113
    5．2．2   通用主体模型的实现  113-115
    5．2．3   整体模型的基本程序结构  115-119
  5．3   模型的数据来源  119
  5．4   模型的初步校核  119-125
    5．4．1   模型的计算与2000和2001年度流域的实际发生数据对比  120-123
    5．4．2   与其它研究成果的对比  123-125
第六章   模型应用—南水北调西线工程效益分析与水资源配置动力分析  125-145
  6．1   南水北调西线工程的调水量与效益分析  125-136
    6．1．1   南水北调西线工程概况  125-128
    6．1．2   西线工程对比标准方案的计算分析  128-132
    6．1．3   调水量的影响与调水效益分析  132-136
  6．2   水资源系统的演化动力分析  136-145
    6．2．1   地理动力分析  136-139
    6．2．2   利益动力分析  139-141
    6．2．3   管理动力分析  141-145
第七章   基于复杂适应系统的水资源配置整体模型的总结与展望  145-149
  7．1   模型的特点与不足  145-148
    7．1．1   理论的特点  145-146
    7．1．2   模型的特点  146-147
    7．1．3   理论与模型的不足  147-148
  7．2   模型的后续研究工作与发展展望  148-149
参考文件  149-153

基于复杂适应理论的水资源优化配置整体模型研究

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