不确定条件下灌区农业水资源优化配置研究

论文摘要

水资源是人类生存发展的基础,近年来随着经济发展,城镇化速度加快,水污染问题、水资源供需矛盾等因素引起的缺水问题日益突出。因此,提高水资源利用率,促进水资源供需平衡,增进水资源配置的合理性显得尤为重要。农业是用水大户,灌区作为农业用水主体,对灌区水资源合理优化配置,能够促进水资源的高效利用,有效减轻水资源系统的供水压力。而以往研究的优化模型和方法在实际应用中受到了限制,主要是因为农业水资源优化配置系统存在着诸多不确定因素,其配水过程具有风险性,以往的研究对系统中的不确定性和风险性没有全面的考虑,使得模型结果和实际情况有差异。本文综合考虑了灌区水资源系统的多种不确定性、复杂性和风险性,耦合多种不确定分析方法,建立优化配置模型。首先对牡丹江灌区水资源的不确定性进行分析,主要有降雨量的不确定性、灌区可供水量的不确定性和作物需水量的不确定性等。根据灌区实际情况,灌区的降雨水平符合一定的概率分布,在两阶段随机规划方法的基础上,采用概率分布函数来解决降雨量的不确定性;灌区的可供水量和作物需水量在一定范围内变化,用离散区间来处理。针对水资源配置模型中存在风险的特点,加入鲁棒优化方法,在模型中引入风险决策,用鲁棒系数表示决策者对待风险的态度,成功的将系统风险体现在模型中,克服了系统风险不可控的不足。将上述处理方法耦合,构建区间两阶段随机规划模型和区间两阶段鲁棒优化模型,将模型应用于三江平原牡丹江灌区,为灌区水资源配置提供解决方案。模型以系统成本最优为目标函数,将模型应用于灌区多种水源(地表水和地下水)多种作物(玉米,大豆和水稻)的水资源合理分配中,可以得到(1)灌区多水源、多作物、不同鲁棒系数下的最优目标配水量、缺水量和最优配水量;(2)决策者可以根据不同的鲁棒系数,对比不同风险程度的解决方案,权衡方案的经济性和稳定性,选择最优配水方案。结果表明:(1)与传统区间两阶段随机规划模型相比,区间两阶段鲁棒优化方法不但可以有效地解决不确定条件下的随机问题和区间问题,鲁棒优化方法的加入,可以捕获规划过程中产生的风险问题,避免优化结果出现高风险状态,弥补了模型存在风险的缺陷,增强了系统的稳定性。(2)随着鲁棒系数的增大,导致缺水量增加,系统稳定性增强,但成本也随之增加,系统经济性降低。不同来水量水平下,通过鲁棒系数的增加来增加模型结果的可行性,对灌区的用水成本,系统的稳定性和系统的风险三者之间进行了充分的权衡,使配置方案更具有实际操作性和灵活性。总之,将区间两阶段随机规划与鲁棒优化方法耦合用于灌区水资源优化,是对传统模型的补充和改进,改进后的模型更加切合灌区的水资源优化配置的实际规划。鲁棒优化方法的加入,增加了模型解的可行性和系统的稳定性,同时优化结果以区间方式给出,可以为决策者提供充足的决策空间,为农业水资源的合理配置提供技术支持,促进资源、环境和经济社会的可持续共同发展。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王琼雅

导师: 陈红光

关键词: 两阶段随机规划,多水源,优化配置,鲁棒优化

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,经济与管理科学

专业: 资源科学,农业基础科学,农业经济

单位: 东北农业大学

分类号: F323.213

总页数: 65

文件大小: 1951K

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标签：两阶段随机规划论文;  多水源论文;  优化配置论文;  鲁棒优化论文;