流域初始水权配置系统方案诊断模型

将流域内不同区域作为初始水权配置对象,在构建流域初始水权配置系统、剖析系统内涵与目标的基础上,根据流域各区域的用水现状与社会经济发展目标,建立流域初始水权配置系统方案诊断指标体系与半结构多目标模糊优选模型,对流域初始水权配置系统方案的合理性进行诊断,体现流域各区域之间用水的公平性与效率性。结合案例分析验证模型的实效性。     

流域初始水权配置

主要研究了流域初始水权配置问题.现行关于流域初始水权配置的研究有两点不足,即没有界定水权的优先权和采用比例型水权进行配置.在克服以上两点不足的基础上,采用了分部定量的配置法,依靠优先权来解决可分配水量的不确定性,以减轻配置方案的变动,降低配置难度.论文构建了流域初始水权配置的指标体系,并建立了流域初始水权配置的模糊层次模型,将模糊一致矩阵引入层次分析法中,无需进行一致性检验,并以黄河流域为例,验证了该模型的合理可行性.     

基于博弈论的区域二次配水方案及其改进遗传算法解

结合水权、水市场的基本制度,以及博弈论、遗传算法原理,建立区域二次配水博弈模型,解决完全水权交易方式和行政调节方式下的区域水资源配置问题.阐述基于博弈论的区域二次配水建模思路和方法,在共同竞争模式下促进节余水资源深度利用和区域利益最大化,并根据模型方程特点对遗传算法的编码方案、适应度函数、交叉算子等进行改进,实现面向水权转让优化的模型求解.实验表明:该模型有效的解决供水方与用水方的利益平衡矛盾,并完成区域二次配水中水资源的配置和优化,为管理者决策提供理论参考.     

基于CAS的水权交易模型设计与仿真

水权转让是水资源优化配置的重要手段,引入市场机制配置水资源是一种有效途径.本着这一目的,结合复杂适应系统理论,建立了水权交易CAS模型,设计了相应的运行机制.在SWARM仿真平台基础上,验证了理论的合理性,结论表明:市场机制的引入对配置水资源是有效的,提高了单位用水效益、效率和政府满意度等.     

水权交易的效率分析

通过教学模型证明:水权交易既可以改善有限水量的整体使用效率,也可以改善各交易用水户的净收益.即水权可交易时的用水效率高于水权不可交易时的用水效率.但是,由于水的特性,在水权交易过程中存在较大的外部效果,可能造成交易费用过高,从而使得水权交易变得不可行.因此必须通过制定诸多法律、规范明确水权交易主体的权利与责任,使得水权交易在交易双方获益的情况下,尽量不对环境及其他用水户产生负面影响,真正提高水资源的配置效率.     

基于混合遗传算法的区域大系统多目标水资源优化配置模型

针对区域水资源优化配置中重水量轻水质、重国民经济需水轻生态环境需水的特点,基于大系统总体优化配置理论与方法,综合考虑生态环境需水和水质因素,构建了基于混合遗传算法的区域大系统多目标水资源优化配置模型.运用混合遗传模拟退火算法对模型进行求解,将所提配置模型及方法应用于海河流域大清河,计算表明2010年P=50%、75%、95%时不同保证率情况下生活和生态环境需水均能满足需求,系统协调度均大干0.84.     

基于混合遗传算法的区域大系统多目标水资源优化配置模型

针对区域水资源优化配置中重水量轻水质、重国民经济需水轻生态环境需水的特点,基于大系统总体优化配置理论与方法,综合考虑生态环境需水和水质因素,构建了基于混合遗传算法的区域大系统多目标水资源优化配置模型.运用混合遗传模拟退火算法对模型进行求解,将所提配置模型及方法应用于海河流域大清河,计算表明2010年P=50{\%}、75{\%}、95{\%}时不同保证率情况下生活和生态环境需水均能满足需求,系统协调度均大于0.84.     

基于强互惠理论的漳河流域跨界水资源冲突水量协调方案设计

水量的分配方案在一定程度上影响因水量短缺引发的跨界水资源冲突的发展进程.从政府强互惠的角度入手，设计水量协调方案，寻求漳河流域跨界水资源冲突的协调途径是一个新的视角.基于这一思想，从政府的强互惠政策角度对漳河流域跨界水资源冲突系 统建模，从经济效益和社会效益两方面建立政府Agent和用水Agent 的目标函数，以强互惠表现的节水激励和水权交易为例，分别建立强互惠下的节水激励模型和水权交易模型，通过粒子 群优化算法求解，得出两种政策下漳河流域跨界水资源冲突的水量协调方案.水量的协调方案表明：政府强互惠的表现——节水激励和水权交易可以重新调整漳河流域的水量分配方案，以此来减少缺水量，协调漳河流域的跨界水资源冲突.     

流域水权初始分配系统模型

水权初始分配问题属于系统科学范畴,是一项复杂的系统工程.针对这一特性,依据现状、公平、效率和可持续准则,建立了水权初始分配的系统模型,包括指标体系的系统构建、指标权重的系统确定和分配比例确定的系统方法.结合黄河流域实例验证了该模型的合理可行性.     

基于水资源合作的水资源短缺区域水资源优化配置

为提高水资源短缺区域的水资源利用效率,实现区域水资源初始配置后的有效再配置,提出三阶段水资源短缺区域水资源优化配置方法:阶段1,利用高效的"优先规则"构建部门间水资源合作清晰联盟的用水收益支付函数,对联盟成员水资源共用、获益方式进行了合理刻画;阶段2,基于Choquet积分形式的模糊合作博弈、阶段1中的清晰联盟支付函数,构建部门间水资源模糊联盟支付函数;阶段3,基于上述成果,构建水资源短缺区域水资源优化配置模型,求解得到用水部门最优水资源合作联盟,并将求得的最优模糊联盟视为大联盟,通过求解其核仁解获得最优模糊联盟的收益分配。以京津冀区域水资源优化配置问题为例,算例结果表明:(1)基于Choquet积分形式模糊合作博弈的三阶段水资源优化配置模型能够最大化区域整体用水收益水平,实现水资源短缺区域中的水资源优化配置,并使区域中用水部门有机会分得更多的获益;(2)本文模型无需引入模糊Shapley值等分配方法作为约束条件即可求得最优联盟,模型不影响不同收益分配方法分配结果的有效性;(3)采用将最优模糊水资源合作联盟视为大联盟,并求联盟收益的核仁解的方法分配最优联盟收益,无论最优联盟的核心是否为空,都能保证联盟收益分配结果满足个体理性和集体理性要求,即能保证最优联盟中各成员不会"叛逃"最优联盟、联盟稳定存在,且保证获得的分配方案为确定分配值而非分配区间。即本问题中该分配方法优于Shapley值、模糊最小核、弱最小核方法。所构建的水资源短缺区域水资源优化配置模型及最优水资源合作联盟收益分配方法对水资源短缺区域的水资源优化配置问题有较好的适用性,能够为我国京津冀区域等水资源短缺区域的水资源优化配置工作提供参考。     

基于改进Shapley值解的流域生态补偿额分摊方法

为更加公平的在流域各地区分配上游地区生态建设与保护的成本, 以及调动上游地区对流域生态保护的积极性, 本文在假设流域各地区有合作博弈的基础上, 给出基于DEA合作博弈模型的流域生态补偿额分摊方案. 考虑到合作博弈经典Shapley值解的局限性, 本文利用梯形模糊数确定各地区权重的方法对Shapley值解进行改进. 将此生态补偿额分摊方案应用于新安江流域, 结果表明本文提出的分摊方案不仅使各地区有较高投资生态保护的驱动力, 而且在考虑到各地区水源效益的同时, 还结合了流域中水源及其效益等指标的重要性, 更具公平合理性, 同时为其它跨地区流域生态补偿额分摊研究提供了参考.     

流域水资源消耗结构与产业结构高级化适配性研究

流域水资源消耗结构与产业结构密切相关，流域经济发展呈现产业结构高级化形态会引起水资源消耗结构的改变.从适配的角度实现直接促进产业结构升级和间接减少水资源消耗量，有利于落实双控行动和以水定产政策.在此形势下，结合流域水资源消耗结构与产业结构高级化适配的机理分析，针对现有二者关联测算方法存在的问题，立足弹性，借鉴Tapio模型，构建二者的适配度测算指标，用于测算二者同步变化的程度及方向，反映适配的动态性、交互性等时空变化特征，为产业经济-水生态效益的偏差测度提供新的思路.以长江支流——湖北省汉江流域为例，研究结果表明，从空间维度看，2003-2016年各区域适配度总和区间为[-27，143]，武汉市取最大值143，尤其是2013-2016年武汉市的适配度不断提高，产业结构和用水结构不断优化；从时间维度看，2003-2016年流域的适配度总和区间为[-106，264]，发现产业结构高级化有时会对二三产水资源消耗结构优化产生负面影响.因此，流域主管机构在制定或评估以水定产政策时，尤其针对适配度最低的随州市，在汲取武汉市相关调整经验的同时，要理性的看待产业结构高级化，正确看待各区域的发展阶段，更多注重产业结构的聚合质量，在双控行动硬约束下，推动区域产业结构的合理化变迁，夯实用水效率提高的长效机制.最后，以武汉市为例对比分析现有3种测算方法表明，适配度测算指标在经济学解释上对产业结构调整更具有指导价值.     

基于发展模式驱动的水安全调控模型研究

近年来人类活动引发的水危机受到社会各界的关注,如何找到解决水安全问题的有效手段成为新的研究热点.运用系统动力学理论建立了社会水循环系统动力学模型,模拟水资源在区域社会系统和水系统之间的转化和消耗过程;从提高水安全保障能力角度,设计了节水农业型、环保工业型和服务业驱动型三种发展模式,并研制了基于发展模式驱动的水安全调控模型;在对区域水安全状态关键指标模拟的基础上,评价在不同发展模式情景下的水安全度,对比给出推荐的调控方案.通过在郑州市的应用发现,设计的七种调控方案均能不同程度地提高水安全度,但采用复合模式方案的水安全度明显高于采用单一模式方案,综合考虑三种模式的方案7是最理想的推荐方案.     

基于CAS 范式的流域水资源配置与管理及建模仿真

针对传统水资源配置与管理理论和方法的局限性,借鉴和引入复杂适应系统理论,将流域水资源系统看成是由若干个(种)相对独立的自主实体(主体)构成的一个合作共生网络体系.提出基于复杂适应系统理论的流域水资源配置与管理的新理念,及研究框架体系.结合洪汝河流域舞钢的实际,在SWARM平台上建立仿真实验系统,提出简化的仿真模型,仿真结果验证了理论的合理性.     

复杂灾害情景下应急资源配置的随机规划模型

提出基于区域灾害系统理论来构建复杂灾害情景, 用于描述突发事件的复杂性和高度不确定性. 基于复杂灾害情景建立了一个两阶段随机规划模型, 进行应急设施的定位决策、应急物资的库存决策和不同灾害情景下应急物资分配预案的制定. 使用新的编码方式, 将第一阶段的选址-库存模型转化为一个无约束非线性优化模型, 使用自适应免疫克隆选择文化算法进行求解. 对于第二阶段的应急物资分配模型, 则提出了"势能抵消算法". 最后基于四川地震带的相关数据给出了算例, 验证了模型及算法的有效性与可行性.