“水破产”危机应对理论及计算机辅助决策系统应用

本书在区域水资源优化理论和应用及系统研制方面通过河南省科技厅成果鉴定，在全国处于领先地位。
 

　　本书主要内容包括：建立面向多部门的水资源调度排序模型、方法和体系；构建水资源调度有效性的理论基础和应用体系;在对水资源系统的运行和演化机理进行科学分析的基础上，形成一个能够促进用户节水，满足多种需求的水资源配置和管理机制。
　　本书在区域水资源优化理论和应用及系统研制方面通过河南省科技厅成果鉴定，在全国处于领先地位。

 

第1章绪论(1)
1.1“水破产”危机应对理论研究的目的与意义(1)
1.2国内外水资源优化配置研究现状(5)
1.2.1国外研究现状(5)
1.2.2国内研究现状(8)
1.2.3水资源配置软件研究现状(10)
1.2.4水资源优化方法发展趋势(11)
1.2.5水资源优化配置研究特点及存在的问题(12)
1.3研究内容与技术路线(13)
1.3.1研究内容(13)
1.3.2技术路线(16)
第2章区域水量优化配置理论(19)
2.1遗传算法理论(19)
2.1.1遗传算法生物学基础(19)
2.1.2遗传算法特点(20)
2.1.3遗传算法的数学基础(21)
2.1.4遗传算法的实现步骤(23)
2.2人工神经网络理论(26)
2.2.1反向传播神经网络及其算法(27)
2.2.2反向传播算法存在的问题(28)
2.23BP算法的若干改进(29)
2.2.4反向传播网络的设计(29)
2.3自由搜索理论(30)
2.3.1自由搜索原理(30)
2.3.2自由搜索算法结构(31)
2.4小结(32)
第3章区域水资源优化配置模型(35)
3.1可持续发展的理论体系(35)
3.1.1可持续发展观的产生和形成(35)
3.1.2可持续发展的界定和基本原则(36)
3.1.3可持续发展的理论框架(37)
3.2水资源可持续利用定量体系结构(38)
3.2.1水资源可持续利用的三层定义(38)
3.2.2水资源可持续利用研究的目标和基本任务(41)
3.3区域水量可持续利用整体配置模型(42)
3.3.1模型的建立(42)
3.3.2不同利益激励下数学模型的建立(46)
3.3.3数学模型的求解(52)
3.3.4实例计算(54)
3.3.5结果分析(56)
3.4区域渠系优化配水调度模型(56)
3.4.1区域不确定条件下多目标灌水定额的确定(57)
3.4.2数学模型建立的前提(61)
3.4.3配水数学模型的建立(64)
3.4.4配水遗传算法的构造过程(67)
3.4.5配水遗传算法的实现(68)
3.5小结(73)
第4章区域可持续用水管理评价研究(75)
4.1区域计划用水管理评价的意义(75)
4.1.1区域计划用水管理评价的现实意义(75)
4.1.2区域计划用水管理评价的理论意义(76)
4.2区域计划用水管理评价过程(76)
4.3区域运行综合评价方法及其评析(77)
4.3.1层次分析法(77)
4.3.2专家打分法(79)
4.3.3模糊聚类法(79)
4.3.4主成分分析法(81)
4.3.5综合距离法(81)
4.3.6评价方法评析(83)
4.4评价指标体系的建立(84)
4.4.1综合评价指标建立的原则(84)
4.4.2评价指标选取(85)
4.5区域计划用水管理评价(86)
4.5.1多元相关分析(86)
4.5.2多元统计方法确定各目标值(87)
4.5.3区域计划用水管理综合评价(88)
4.6实例应用(89)
4.7小结(91)
第5章区域整体利益下水价模型研究(93)
5.1水价在水资源管理中的重要作用(93)
5.2水资源的属性(94)
5.2.1水资源的自然属性(94)
5.2.2水资源的经济属性(95)
5.2.3水资源的社会属性(96)
5.3水资源的价值(96)
5.3.1水资源的理论价值(97)
5.3.2自然水资源的价值(97)
5.3.3商品水资源价值(97)
5.4水价的构成要素(98)
5.4.1综合成本(98)
5.4.2盈利率(98)
5.4.3国家社会经济发展水平(99)
5.5水价与水量需求的关系(99)
5.6采用合理价格体制，确定合理、合适的水价(99)
5.6.1水务管理部门收入(100)
5.6.2农户灌水效益(102)
5.7人工神经网络对降雨量的预测(103)
5.8实例分析(107)
5.9小结(107)
第6章区域水量优化配置管理决策
系统软件研制(109)
6.1系统需求分析(109)
6.1.1系统功能需求(109)
6.1.2系统信息需求(110)
6.2系统设计方法与原则(110)
6.2.1系统设计方法(111)
6.2.2系统设计原则(112)
6.3系统设计(112)
6.3.1系统用例图(112)
6.3.2静态结构模型(113)
6.3.3动态结构模型(114)
6.4功能模块设计(115)
6.5系统开发平台及数据库技术(117)
6.5.1系统开发工具(117)
6.5.2数据库技术(117)
6.6系统运行(119)
6.6.1系统登录(119)
6.6.2系统主界面(121)
6.7运行实例(121)
6.7.1配水计划制定(121)
6.7.2优化配水(122)
6.8小结(126)
第7章结论与展望(129)
7.1结论(129)
7.2展望(131)
参考文献(133)
 

 

　　区域水量优化配置是合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等的手段和措施。改进区域内优化配置手段和方法，对水资源在区域和各用水部门间进行合理调配，实现有限水资源的经济、社会和生态环境综合效益，以及水质和水量的统一和协调,具有重要意义。研究遗传算法、自由搜索算法、神经网络算法等在区域水量优化配置中的应用，是对区域水量优化配置理论的有益补充。
　　本书结合国家科技部863 计划“数字渠系平台建设与精准用水管理决策应用”(2003AA20904002)、西北农林科技大学科研专项“区域时空配水管理通用模型库研究与开发”(04ZM070)，以冯家山区域为研究对象，进行区域优化配置若干理论和计算机管理决策系统研究,以提高水量优化配置效果为目的，深入研究了区域水量优化配置的理论、优化配置模型、区域用水管理评价及遗传算法和自由搜索算法对水量的优化配置。主要研究内容和取得的结论如下。
　　（1） 依据遗传算法理论，在配水求解中，摈弃传统的二进制编码，采用了和人们处理问题思路一致的十进制编码，用依次配水的顺序排列来表示各个个体的编码串，有效提高了编码效率和降低了程序设计的难度。针对传统基因编码中基因不能很好反映渠道技术参数的问题，采用了复合基因编码技术，基因组编码包括多个位码，既有表示渠道号的位码，还有表示渠道流量、渠道配水优先级别等信息的位码。比以往用基因算法求解得到的优化信息更加完备，优化结果更加贴近实际。
　　（2） 针对遗传算法的局限，文中采用自由搜索算法克服了传统基因算法容易陷入局部解的缺陷，扩大了算法的搜索空间，从而提高了基因序列的质量，同时，对各个渠道流量调节采用了自由搜索算法，使各渠道的流量在其允许的范围内调节到值，从而使各个渠道在同一时间关闭，不但减少了渠道弃水，而且在目前区域的管理条件下还减少了人工管理的劳动时间，这对整个渠系水量调度具有很好的理论和现实意义。
　　（3） 区域调度的目的在于将适时、适量的水分分配给各种作物，使得有限的水资源能产生的经济效益。对于水库区域,若能将水量优化调度和土地资源以及人们不同优化目的有机地结合起来，将会使灌溉水资源真正得到有效合理的分配。本书构造了区域不确定条件下多目标灌水定额模型，并与渠系优化配水模型进行了实际验证。
　　（4） 针对目前综合评价中存在主观确定权重、值选取不准、评价函数不尽合理的问题，在对区域用水管理评价时，先采用主观法确定权重，再采用多元相关分析法(multivariate correlation analysis,MCA)客观调整权重，并预测参数的数值分布区间，后用综合距离法(CP，也称折中法)对指标进行综合评价，实例表明，该评价是科学的、可行的，是对综合评价理论的有益探索。
　　（5） 在市场经济条件下，无论是供水者还是用水者，利润对他们来说都是至关重要的。充分拉动经济杠杆，对供水、用水及节水将具有重要的影响。文中从利益激励出发，给出了水价的合理范围，为水价制订提供了有益的参考。
　　（6） 基于区域水量优化配置理论、方法、模型研究的基础上，采用面向对象模块化的设计方法，开发出了计算机管理决策系统。该系统能够实现区域内水情信息、渠系信息的查询、分析,能够根据实际情况对配水计划随时调整,可对区域用水计划管理进行综合评价。实例结果表明该系统具有很好的通用性、实用性和可扩展性。