基于遺傳算法的水資源優(yōu)化分配-研究與應(yīng)用

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2000年以來，隨著人口的增長，我國總用水量呈增長趨勢，工業(yè)、生活用水也在持續(xù)增長，農(nóng)業(yè)用水趨于穩(wěn)定。在今后的一段時期內(nèi)，在供水量未達極限狀態(tài)前，我國人均用水應(yīng)該可以保持穩(wěn)定。1）農(nóng)業(yè)用水狀況我國是農(nóng)業(yè)大國，灌溉農(nóng)業(yè)用水所占的比例從1949年的95%，到1997年的73%，再到2005年的63.6%（如圖1-1），雖然下降幅度較為可觀，但是仍占據(jù)了較高的比重。此外，我國農(nóng)業(yè)灌溉水利用效率較低，灌溉渠系水利用系數(shù)為0.45，與歐洲等發(fā)達國家0.8的利用系數(shù)相比，還有一定的差距，浪費現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且節(jié)水意識不強，[3]需提倡現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用。生

2、態(tài)1.6%生活12%工業(yè)22.8%全國總用水量5633.0億m3農(nóng)業(yè)63.6%[3]圖1-12005年我國用水組成示意圖2）工業(yè)用水狀況我國的工業(yè)用水大約占總用水量的20%，工業(yè)用水效率總體水平較低，重復(fù)利用率僅55%左右，遠低于部分發(fā)達國家90%的利用率。更加嚴(yán)重的是，工業(yè)廢水的肆意排放致使許多城市水域污染嚴(yán)重，近50%的城市供水水源達不到衛(wèi)生飲用水標(biāo)準(zhǔn)。因此，注重工業(yè)的“節(jié)水減污”將是今后幾年內(nèi)對工業(yè)用水改革的重點。1.1.2研究的意義經(jīng)預(yù)測，我國的缺水高峰期將出現(xiàn)在2030年左右，隨著社會的不斷進步和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對水在質(zhì)和量兩方面的需求將越來越高，但是自然

3、界所能提供的水2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文資源量是有限的，所以需求與供給間的矛盾必然存在，而且有增無減。當(dāng)水資源開發(fā)趨于飽和之時，如何充分利用有限的水資源使其滿足供需平衡并且不影響水資源的自然更新狀態(tài)是我們研究的熱點問題，這也是水資源優(yōu)化配置所要關(guān)注的方向。對于水資源較為充足的區(qū)域，水資源配置的目的是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)水資源利用效率的提高；而對水資源缺乏的區(qū)域，則應(yīng)關(guān)注于各需水單位間的合理分配，以緩解供需矛盾。隨著我國用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整、對環(huán)境保護要求的提高，實現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水的優(yōu)化分配，發(fā)揮水資源的最大效益等都會體現(xiàn)出水資源優(yōu)化配置的重要意義。1.2水資源優(yōu)化配置的研

4、究概述1.2.1水資源配置理論由于社會環(huán)境、生產(chǎn)生活的需要，人們在很早以前就已經(jīng)開始了廣泛意義上的水資源規(guī)劃的活動，水資源配置即通過合理方式對可利用水進行分配使用，它具有多種分配形式。水資源配置在宏觀意義上包括流域、區(qū)域等各方面的協(xié)調(diào)，它對洪水的再利用、干旱缺水的解決、水環(huán)境惡化的治理等綜合規(guī)劃有著重要的作用；在微觀方面，水資源配置是平衡地表水、地下水等水源供水以及生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水需求的重要手段[4]。我國長期以來意以供定需的原則進行水資源的配置，隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大力發(fā)展，人們對環(huán)境要求的提高，水資源危機逐漸凸顯，水資源的配置逐漸與可持續(xù)發(fā)展結(jié)合，成為新的配置理

5、念。1）面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置“既能滿足當(dāng)代人的需求，又不不對后代人滿足其需求的能力的構(gòu)成危害的發(fā)展”，至今為止，可持續(xù)理論發(fā)展了三十余年，它的定義雖簡單但其本身卻包含著博大內(nèi)涵和深遠意義，它將局部和整體、當(dāng)代和未來、眼前利益和長遠利益結(jié)合在一起，提倡人與自然和諧發(fā)展，為人類今后的發(fā)展做出約束和引導(dǎo)。我國從古時起，就有“天人合一”的思想，道家倡導(dǎo)的與自然協(xié)調(diào)的思想正是“可持續(xù)發(fā)展”價值觀念的體現(xiàn)，然而，這樣的認(rèn)知一直停留在理論層面，沒有具體的指3華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文標(biāo)來表明人們怎樣做才能符合。如何才能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，這一直以來都是我們關(guān)注的問題。對于資

6、源來說，可持續(xù)發(fā)展就是要對其進行保護和規(guī)劃，對于不可再生的資源來說，保護尤其重要；而對可再生資源，必須要考慮其承載能力，在保證資源的持續(xù)性和完整性的基礎(chǔ)上高效合理利用，并且兼顧時空上的公平性，這也是在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中處于重要地位的水資源利用的基本要求。水資源的可持續(xù)利用與優(yōu)化配置密不可分，在今后的一段時間內(nèi)，除了考慮供需平衡問題和宏觀經(jīng)濟問題外，面可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置已經(jīng)成為主要的發(fā)展方向。在可持續(xù)的前提下以發(fā)展為目標(biāo)，強調(diào)水資源有效利用的優(yōu)化配置能夠促使社會經(jīng)濟和水資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，是我們今后的研究目標(biāo)。2）水資源系統(tǒng)分析方法水資源規(guī)劃的一般分析方法是系統(tǒng)分析

7、法，以系統(tǒng)為研究對象，運用各種數(shù)學(xué)方法對其進行全面綜合分析，最終求得系統(tǒng)總體優(yōu)化。系統(tǒng)分析包括系統(tǒng)目的的分析和確認(rèn)、建立模型、最優(yōu)化和評價幾個步驟（如圖1-2），它通常將系統(tǒng)的內(nèi)部因素選擇為決策變量，外部因素作為約束條件，并用數(shù)學(xué)方程來反映它們之間的相互聯(lián)系，經(jīng)過一系列的求解，最終為決策者提供最優(yōu)系統(tǒng)方[5]案和決策依據(jù)。系統(tǒng)建立問題確立目標(biāo)、可行方案、約束建立、驗證模型最優(yōu)化求解模型否綜合分析決策最優(yōu)方案滿意度是建立可行方案[6]圖1-2系統(tǒng)分析主要步驟4華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文水資源系統(tǒng)多為自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)，由水資源