復雜系統(tǒng)水資源合理配置理論與實踐——以南水北調(diào)中線工程河南受水區(qū)為例.pdf

1、水資源合理配置研究是目前水科學研究的熱點之一,對復雜水資源系統(tǒng)的認識及描述方法等理論研究還不能適應實踐的要求。本文針對復雜系統(tǒng)水資源動力學特征、水文水資源要素預測和水資源合理配置等問題進行了系統(tǒng)研究,主要開展了復雜系統(tǒng)水資源動力學特征分析的理論與方法、水文水資源要素預測模型、復雜系統(tǒng)水資源配置的理論與方法、水資源配置優(yōu)化模型與模擬模型的有機耦合技術(shù)和耦合模型等的研究,并應用于南水北調(diào)中線工程河南受水區(qū)水資源合理配置,取得了如下主要成果:

2、(1)完善了復雜系統(tǒng)水資源動力學特征分析的理論體系,運用混沌理論和相空間重構(gòu)技術(shù),探討了水資源系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象,提出了水資源系統(tǒng)動力學特征的測度,即:Hurst指數(shù)、Kolmogorov熵、Lyapunov指數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)。并以南水北調(diào)中線工程河南受水區(qū)為例,系統(tǒng)地研究大氣降水子系統(tǒng)、地表水子系統(tǒng)、淺層地下水在系統(tǒng)和深層地下水子系統(tǒng)的動力學特征,給出了各子系統(tǒng)的分形特征、復雜程度和演化規(guī)律,各子系統(tǒng)動力學特征指標和水循環(huán)之間的定性關(guān)系。(2

3、)提出了水文水資源要素預測的相空間重構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型、加權(quán)一階局域法多步預測模型和偏最小二乘回歸神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型,并將模型應用于南水北調(diào)中線工程河南受水區(qū)的水文水資源要素的預測,取得了較滿意的結(jié)果。(3)完善了復雜系統(tǒng)水資源配置的理論與方法,建立了復雜系統(tǒng)水資源多目標優(yōu)化配置模型。將大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論和遺傳算法相結(jié)合,較好地解決了復雜系統(tǒng)水資源中多水源多用戶多目標配置模型的求解問題。從水資源合理配置的任務、原則、目標出發(fā),研究了水資源

4、配置模擬模型與優(yōu)化模型的優(yōu)點和不足,提出了水資源配置優(yōu)化模型與模擬模型的有機耦合技術(shù),通過優(yōu)化與模擬模型的不斷反饋和調(diào)整,可獲得不同水平年、不同頻率條件下的水資源合理配置方案。(4)將本文提出的復雜系統(tǒng)水資源合理配置理論與方法應用于南水北調(diào)中線工程河南受水區(qū)的水資源合理配置研究。將優(yōu)化與模擬的優(yōu)點相結(jié)合,生成由優(yōu)化模型和模擬模型組成的模型系統(tǒng),克服單一模型由于過分概化造成的失真和成果得不到有效驗證的缺陷。優(yōu)化和模擬有機耦合的應用,實現(xiàn)了