水资源系统工程(研2015)
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东北农业大学智慧树知到“水利水电工程”《水资源系统分析》网课测试题答案(图片大小可自由调整)第1卷一.综合考核(共10题)1.系统工程(名词解释)2.现代水资源系统分析方法有哪些?3.简述枚举法求解线性规划问题的步骤?4.水资源系统分析的步骤?5.独立0元素(名词解释)6.某厂生产A、B、C三种产品,每件产品消耗的原材料、机械台时数,资源限制量及单件产品的利润见下表。
问如何安排生产计划,才能使获得的总利润最大?建立该问题的数学模型,不需要求解。
(注:标出决策变量和目标函数的单位)7.松弛域(名词解释) 8.利用对偶单纯形法(DSM)求解线性规划问题的某一步迭代结果如下表,判断换出变量和换入变量为()。
基变量xxxxbx-1-310-6x-2-101-4检验数-2-300A.换出x3,换入x1B.换出x4,换入x1C.换出x3,换入x2D.换出x4,换入x29.系统的定量化研究有哪些方法?10.单纯形法求解线性规划问题的某一步迭代结果如下表,为了使目标函数更快的达到最优,确定换入变量和换出变量为()。
基变量xxxxbx1110100x1201200?0.70.500A.换入x1,换出x3B.换入x1,换出x4C.换入x2,换出x3D.换入x2,换出x4第1卷参考答案一.综合考核1.参考答案:一门新兴的工程技术学科,是应用系统理论、近代数学方法、计算机技术等理论和工具来研究系统的规划、设计、组织、管理、运行、评价等问题的学科。
2.参考答案:遗传算法、粒子群算法、蚁群算法、鱼群算法、人工神经网络、小波分析、投影寻踪方法、层次分析方法等。
3.参考答案:令非基变量为0,求得对应的基解;判断基解是否为基可行解;求基可行解所对应的目标函数,最大的目标函数即为最优值,其对应的基可行解即为最优解。
4.参考答案:水资源系统分析一般包括以下八步:(1)系统描述;(2)目标选择;(3)方案确定;(4)约束分析;(5)模型建立;(6)模型求解;(7)模型检验与方案评价;(8)决策与实施。
国家发展改革委、水利部关于切实做好引调水工程前期工作的指导意见文章属性•【制定机关】国家发展和改革委员会,水利部•【公布日期】2015.12.30•【文号】发改农经[2015]3183号•【施行日期】2015.12.30•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】水利综合规定正文国家发展改革委水利部关于切实做好引调水工程前期工作的指导意见发改农经[2015]3183号各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团发展改革委、水利(水务)厅(局),水利部直属有关单位:人多水少、水资源时空分布不均、水供求矛盾突出是我国的基本国情水情。
兴建必要的引调水工程,是优化水资源配置战略格局、实现江河湖库水系连通、缓解资源性缺水问题、提高水安全保障能力的重要举措。
为推动科学做好引调水工程前期工作,严格控制一些地方无序调水、“跑马圈水”现象,现提出以下指导意见。
一、总体思路(一)指导思想。
深入贯彻党的十八大、十八届三中、四中、五中全会精神和习近平总书记系列重要讲话精神,全面落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期水利工作方针,统筹规划、科学论证、有序实施,按照“确有需要、生态安全、可以持续”的原则,合理确定工程建设的布局、规模和方案,把强化节水、提效、治污、环保、控需作为引调水工程实施的重要前提,务必做到“先节水后调水,先治污后通水,先环保后用水”,促进水资源可持续利用,保障供水安全和生态安全。
(二)基本原则——科学规划、合理布局。
紧密结合流域和区域功能定位、发展战略和河湖水系特点,统筹兼顾调出和调入区域、流域用水需要,以水资源综合规划、流域综合规划等为依据,科学布局引调水工程,严格履行建设程序。
——节约优先、提高效率。
坚持节水优先,受水区先评估节水潜力,落实节水措施,把节约用水贯穿于经济社会发展和群众生活生产全过程,严格执行用水总量控制和定额管理,提高用水效率和效益。
——深入论证、加强保护。
姓名:辛金良专业班级:09级水利一班学号:20094035解读水利系统工程不知不觉中对水利系统工程的学习已告一段落。
经过这段学习,我对水利系统的概念和理论有了深刻的理解。
原来一切都没有自己想象中的那么简单,任课老师教课认真仔细,对同学悉心指导,大家在很愉快的学习氛围中提升了自己。
下面我主要讲下我对水利系统的认识以及这段学习中自己的心得体会。
水资源系统工程(water resource systems engineering)是应用系统工程方法对水资源系统进行综合考察和分析,并优化水资源工程规划和运行管理的工程技术[5,11]。
从基于研究对象的水资源系统问题分类角度,水资源系统工程的主要研究内容包括河流水资源综合开发利用规划与管理、流域水资源综合开发利用规划与管理[12]、地下水水资源综合开发利用规划与管理[8]、农田灌溉系统规划与管理、城市供水系统规划与管理、水力发电工程系统规划与管理、防洪工程系统规划与管理[13]、抗旱系统规划与管理、航道工程系统规划与管理、水污染控制系统规划与管理、水资源可持续利用与管理等内容[14,15]。
从基于研究过程的处理水资源系统问题的方法论角度,水资源系统工程的主要研究内容包括[1,11,13]:根据所研究的水资源问题确定水资源系统的目标、功能和边界,从水资源系统整体协调出发,按照系统本身所特有的性质与功能,研究系统与环境之间、系统与各子系统之间、子系统与子系统之间、子系统与各要素之间、各要素之间的相互作用与相互依赖的关系,建立相应的数学模型,并应用系统优化方法、系统建模方法、系统预测方法、系统模拟方法、系统评价方法、决策分析方法以及结合从定性到定量综合集成方法等,定量地或半定量地求解水资源系统规划与管理的优化方案。
水资源系统工程处理问题的一般步骤是[1,5,8,13]:①根据所研究的水资源问题的性质、目的,研究问题所包含的要素、要素之间的联系和要素与研究问题外部的联系,确定研究问题的范围,并定义为水资源系统。
水资源管理中的跨学科研究方法水,是生命之源,是人类社会发展不可或缺的基础性自然资源。
然而,随着全球人口的增长、经济的快速发展以及气候变化的影响,水资源面临着日益严峻的挑战,如水资源短缺、水污染、水生态破坏等。
为了实现水资源的可持续利用和有效管理,跨学科研究方法的应用显得尤为重要。
跨学科研究,顾名思义,是指跨越传统学科界限,将不同学科的理论、方法和知识整合起来,共同解决复杂的现实问题。
在水资源管理领域,跨学科研究能够打破单一学科的局限性,从多个角度全面深入地认识水资源系统,为制定科学合理的管理策略提供有力支持。
一、水资源管理面临的挑战首先,水资源的时空分布不均是一个全球性的问题。
在一些地区,水资源丰富,而在另一些地区,水资源极度匮乏,这导致了水资源的供需矛盾尖锐。
例如,我国的西北地区干旱少雨,水资源短缺严重,而东南地区则相对湿润,水资源较为丰富。
这种分布不均不仅给水资源的调配带来了困难,也对区域经济发展和社会稳定产生了不利影响。
其次,水污染问题日益严重。
随着工业化和城市化进程的加速,大量的工业废水、生活污水未经有效处理就排入水体,导致水质恶化,生态环境遭到破坏。
许多河流、湖泊出现了富营养化、重金属超标等问题,不仅影响了水的使用功能,也威胁着人类的健康和生态系统的平衡。
此外,水生态系统的破坏也是水资源管理面临的重要挑战之一。
过度开发水资源、不合理的水利工程建设以及河道采砂等活动,破坏了河流的自然生态系统,导致水生生物多样性减少、湿地萎缩等问题。
水生态系统的破坏进一步削弱了水资源的涵养和调节能力,加剧了水资源的短缺和水环境的恶化。
二、跨学科研究在水资源管理中的重要性面对水资源管理的诸多挑战,传统的单一学科研究方法往往难以奏效。
跨学科研究能够整合不同学科的优势,为解决水资源问题提供更全面、更有效的解决方案。
例如,水文学和气象学的结合可以更好地预测水资源的时空变化,为水资源的调配和规划提供科学依据。
水文学主要研究地球上水的循环、分布和运动规律,而气象学则关注大气环流、降水等气象因素的变化。
水利工程给排水系统优化与可持续发展研究摘要:本研究深入探讨了水利工程与给排水系统在可持续发展框架下的关键议题。
首先,对水利工程基本概念进行了阐述,强调其在社会稳定和可持续发展中的核心作用。
随后,通过剖析可持续发展理念的应用,强调水资源管理和生态环境保护在水利工程中的关键地位。
进一步,讨论了先进的水资源调度技术、智能监测与控制系统以及新型排水处理技术的应用,以提高水利工程的效率和环保性。
关键词:水利工程;可持续发展;水资源管理;智能技术引言随着全球人口的快速增长和城市化的推进,水资源的可持续利用成为亟待解决的问题。
水利工程与给排水系统作为确保水资源供应与环境保护的关键基础设施,承担着日益重要的使命。
本文旨在深入研究水利工程在可持续发展框架下的优化与创新,探讨先进技术在水资源管理和环境保护中的应用。
通过全面剖析现有问题与挑战,以及可持续发展理念在水利工程中的具体体现,本文力求提供对未来水利工程发展方向的深刻洞察,促进全球水资源的更加科学、经济、环保的管理与利用。
一、水利工程与给排水系统概述(一)水利工程基本概念水利工程是一门涉及水资源开发、管理、调配和保护的综合性科学与技术,其目标在于实现对水资源的可持续利用。
这一领域包括水库与堤坝的建设、河道与渠道的规划、水源地的保护,以及水文学、水资源经济学等多学科的交叉应用。
水利工程的基本任务是通过合理的规划和建设,确保社会各个层面的用水需求得以满足,同时注重对水资源的保护与可持续利用。
(二)给排水系统组成与功能给排水系统作为水利工程的重要组成部分,承担着城市、农村和工业区域内水资源的供应与排放任务。
给水系统通过管网将清洁水源引入居民区、企业和公共设施,保障人们日常生活和生产所需的清洁水源。
排水系统则负责将生活废水和工业废水进行处理,以减轻对环境的负担,同时确保水资源的可循环利用。
这一系统的设计需考虑管网布局、水质监测、水处理设备等多个方面,以实现高效、可靠的水资源供应与处理。
水资源调查报告(15篇)水资源调查报告(15篇)在当下这个社会中,报告使用的频率越来越高,不同种类的报告具有不同的用途。
你所见过的报告是什么样的呢?下面是小编为大家收集的水资源调查报告,仅供参考,大家一起来看看吧。
水资源调查报告1在市县领导部门,我们来到水库进行调查。
主要目的是进一步了解水库水资源保护、大型灌区建设以及水库在抗旱、保民生、促春耕中的作用,分析形势,克服困难,明确下一步要求,促进水库水资源保护工作更好、效益更好地发挥。
一、水库近期工作的基本评价(1)工作思路清晰。
通过实地考察,我深刻感受到,水库管理局是以发挥水库的功能作用为基础,以抗旱救灾为当前重点工作,提前规划,及时安排,确保灌区抗旱需水量;以保护水资源为压倒一切的中心任务,切实增强责任感,多措并举,多措并举,水库水质总体保持在二级水质;以推进大型灌区建设为不可推卸的责任,我们积极抓住扩大内需的机遇,开始实施大型灌区鲁甸灌溉膜一期工程建设;以提高水库灌区运行管理水平为根本任务,落实责任,加强管理,确保水库灌区安全有效运行。
总的来说,工作思路清晰,工作重点突出,工作安排立足实际,着眼长远,基本能够适应新形势新任务的要求。
(2)水资源保护的有效性已经初步显现。
去年水库水色异常变化,水资源保护压力空前加大。
面对困难和问题,水库管理局新班子站在大局的高度,带领全体干部职工牢牢把握水资源保护的关键措施。
二、分析情况,发现问题,做好水库工作虽然水库工作取得了一些成绩,但我们应该清楚地看到,目前的形势并不乐观,仍然存在许多困难和问题。
我们必须付出更多的艰辛和努力,认真落实各项措施,确保水库工作取得更大的成绩,真正发挥水库应有的效益。
(1)抗旱和长期抗旱功能不足。
抗旱和灌溉是水库的重要功能。
但由于去年以来降雨量不足,水库入库水量小,蓄水量少。
上游来水量只有1.73亿立方米,约为多年平均来水量的50%;目前水库蓄水量只有1.7亿立方米,比去年同期减少5100万立方米,可利用量只有1.17亿立方米。
参考书目:复试科目参考书目:古代汉语《古代汉语》王力中华书局长江水利史《长江文化研究文库·长江治水》黎沛虹李可可,湖北教育出版社2004年流体力学《流体力学》郑邦民水利电力出版社数学规划《运筹学》(规划论部分)钱颂迪主编,清华大学出版社水力学《水力学》赵昕电力出版社工程水文学《工程水文学》詹道江叶守泽中国水利水电出版社第三版水力机械水动力学《水轮机》第三版刘大恺中国水利水电出版社1997年材料力学《材料力学》邓训武汉大学出版社复试笔试参考书目:水利史综合《中国水利史稿》上中册水利水电出版社系统工程《系统工程》汪应洛机械工业出版社水利水电工程概论:包括以下内容水利:《农田水利学》(第三版)郭元裕《水工建筑物》陈德亮《水泵及水泵站》刘竹溪刘景植水电:《水利水电工程概论》田士豪中国电力出版社2004年3月河流:《水力学》李炜、徐孝平武汉大学出版社《河流泥沙动力学》张瑞瑾谢鉴衡中国水利水电出版社《河床演变及整治》谢鉴衡中国水利水电出版社水文:《工程水文学》(第三版)詹道江叶守泽中国水利水电出版社《水资源开发及利用》陈惠源万俊武汉大学出版社《水环境分析及预测》武汉水利电力大学出版社宋星源雒文生水轮机调节《水轮机调节》沈祖诒主编中国水利水电出版社同等学力加试参考书目:水利工程概论《水利工程概论》版本自选科技写作《科技写作》版本自选工程水力学《水力学》李炜武汉大学出版社河流动力学《河流动力学》陈立明宗富武汉大学出版社线性代数《线性代数》彭玉芳高等教育出版社1993年水利工程经济《水利工程经济》王丽萍武汉大学出版社2002年水工建筑物《水工建筑物》陈胜宏中国水利电力出版社2004年水力机组辅助设备《水力机组辅助设备》陈存祖水利电力出版社1995年水电厂自动装置《水电站自动化技术》许建安中国水利电力出版社2006年。
第32卷第3期2021年5月㊀㊀水科学进展ADVANCESINWATERSCIENCEVol.32ꎬNo.3May2021DOI:10 14042/j cnki 32 1309 2021 03 007基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价方法金菊良1ꎬ2ꎬ徐新光1ꎬ2ꎬ崔㊀毅1ꎬ2ꎬ周戎星1ꎬ2ꎬ吴成国1ꎬ2ꎬ张礼兵1ꎬ2(1.合肥工业大学土木与水利工程学院ꎬ安徽合肥㊀230009ꎻ2.合肥工业大学水资源与环境系统工程研究所ꎬ安徽合肥㊀230009)摘要:为充分体现评价过程中各子区域对整个区域水资源空间均衡状况的定量影响ꎬ提出了基于联系数和洛伦兹曲线的评价方法ꎮ分别构建水资源总量与耕地面积㊁人口数量㊁第二产业GDP3对匹配关系的洛伦兹曲线ꎬ计算基于纵向距离的评价样本值ꎻ应用集对分析理论计算样本值联系数并确定均衡等级ꎬ同时与基尼系数法对比ꎮ安徽省的实证研究结果表明:安徽省2011 2018年水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量㊁水资源总量第二产业GDP均总体呈现空间不均衡状态ꎻ水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量的均衡程度有所改善ꎬ而水资源总量 第二产业GDP均衡形势仍较为严峻ꎬ亟需改善ꎮ该研究为区域水资源空间均衡定量评价提供了新的有效途径ꎮ关键词:水资源空间均衡评价ꎻ联系数ꎻ集对分析ꎻ洛伦兹曲线ꎻ基尼系数ꎻ安徽省中图分类号:TV213.4㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001 ̄6791(2021)03 ̄0387 ̄09收稿日期:2020 ̄08 ̄22ꎻ网络出版日期:2021 ̄03 ̄18网络出版地址:https:ʊkns.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20210317.1603.002.html基金项目:国家重点研发计划资助项目(2018YFC0407206)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JZ2020HGQA0202)作者简介:金菊良(1966 )ꎬ男ꎬ江苏吴江人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事水资源系统工程研究ꎮE ̄mail:JINJL66@126.com通信作者:崔毅ꎬE ̄mail:cuiyi9007@163.com水资源是连接地球表层圈层的重要桥梁ꎬ是支撑经济社会发展和生态环境保护不可替代的自然资源与战略资源[1]ꎮ随着人口㊁经济的高质量发展ꎬ水资源供需空间不均衡形势日趋严峻ꎬ主要反映在区域水资源开发利用程度超出水资源承载能力ꎬ导致水生态㊁水环境遭到破坏[2]ꎮ水资源空间不均衡是严重制约区域高质量发展的关键因素ꎬ开展水资源空间均衡研究对协调区域水资源与经济社会稳定发展具有重要意义ꎮ水资源空间均衡这一重要研究领域来源于 十六字 重要治水思路ꎬ目前ꎬ水资源空间均衡研究已得到水科学领域科研工作者的广泛关注ꎮ在理论框架方面ꎬ郦建强等[3]提出水资源空间均衡评价主要以水资源配置中的供需系统为核心ꎬ对水的开发㊁需求和供需平衡3个基本特征进行了评价ꎻ左其亭等[4]认为水资源空间均衡是指某一特定空间区域下水资源与经济社会㊁生态环境系统之间的相对平衡状态ꎮ在评价方法方面ꎬNasiri ̄Gheidari等[5]提出了不确定性条件下水资源配置中经济与环境间平衡问题的多目标决策方法ꎻSingh[6]提出了一种水土资源优化配置模型ꎬ用以平衡和调节地下水和环境问题ꎻDai等[7]建立了基于基尼系数的随机优化模型ꎬ并用于不同干旱情景下系统效益和水资源分配方案公平性研究ꎻSun等[8]将基尼系数应用于中国省际水足迹的不平等性研究中ꎬ分析不同产业用水对用水不平等的影响ꎻ金菊良等[9]等提出将联系数与耦合协调度结合ꎬ用于水资源空间均衡定量评价ꎻ杨亚锋等[10]构建了水资源空间均衡综合评价模型ꎬ用以评估中国各省水资源空间均衡程度ꎻ杨齐祺[11]建立了基于基尼系数的水土资源匹配评价分析方法ꎻ齐泓玮等[12]采用基尼系数反映中国不同类型水资源不均匀性强弱及空间分布特征ꎮ目前ꎬ水资源空间均衡研究主要有基尼系数[13]㊁不平衡指数[14]㊁空间均衡系数[15]等方法ꎬ其中ꎬ基尼系数法作为度量均衡性的一种重要工具ꎬ在水资源空间均衡研究方面具有较强的适用性ꎮ然而ꎬ不同均衡情形下根据洛伦兹曲线计算得到的基尼系数可能相同ꎬ二者并不一一对应[16]ꎮ基尼系数法仅反映整个区域的均衡性㊁是一个综合性指数ꎬ较难定量表征㊁识别各子区域的均衡性ꎮ集对分析联系数可从同异反三方面定量处理两集合符合某种关系程388㊀水科学进展第32卷㊀度(如均衡性)的不确定性问题ꎬ已取得了许多重要成果并开始被广泛应用[17]ꎮ本文将联系数方法和洛伦兹曲线进行耦合用于区域水资源空间均衡评价分析ꎬ建立基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡定量评价模型ꎬ并应用于安徽省水资源空间均衡状况评价的实证研究ꎬ以期为区域水资源空间均衡定量评价拓展新途径ꎮ1㊀研究方法1.1㊀基尼系数法图1㊀洛伦兹曲线示意[18]Fig.1Lorenzcurvediagram基尼系数是在洛伦兹曲线的基础上提出来的ꎬ最初用于衡量区域居民收入分配差距的程度[18]ꎮ按照区域人均收入由低到高排序ꎬ横轴为人口累计百分比ꎬ纵轴为收入累计百分比ꎬ其计算方法是:实际收入分配曲线(称为洛伦兹曲线ꎬ如图1所示)[18]与绝对平均分配曲线(45ʎ线)之间的面积为Aꎬ实际收入分配曲线与横轴围成的面积为BꎬA/(A+B)即为基尼系数[19]ꎬ反映2条曲线分别与横轴所围面积的差异程度ꎮ若A为0ꎬ表示收入分配绝对平均ꎬ基尼系数等于0ꎻ若B为0ꎬ表示收入分配绝对不平均ꎬ基尼系数等于1[20 ̄21]ꎮ上述情况在现实中不易遇到ꎬ基尼系数的一般取值范围为0~1ꎮ基尼系数越小ꎬ表示收入分配越平均ꎻ反之ꎬ则表示居民收入差距越大[22]ꎮ根据国际公认的划分标准ꎬ基尼系数在0~0.2表示某一区域居民收入分配 绝对平均 ꎻ0.2~0.3为 相对平均 ꎻ0.3~0.4为 相对合理 ꎻ0.4~0.5为 较大差距 ꎻ0.5~1表示某一区域居民收入分配 高度不均匀 [23]ꎮ1.2㊀联系数方法集对分析的理论是将研究问题中相关的2个集合联系起来构成1个新的确定性 ̄不确定性集对系统Hꎬ对其作同一度㊁差异度和对立度三方面分析以定量描述集对系统的模糊关系ꎬ综合处理不确定性问题[24 ̄25]ꎮ联系数是集对分析的数学表达形式ꎬ一般表达为[24]u=a+bI+cJ(1)式中:u为集对H的联系数ꎻa㊁b㊁c分别为同一度㊁差异度和对立度ꎬa+b+c=1ꎻJ为对立度系数ꎬ对正负对立关系一般取J=-1ꎻI为差异度系数㊁参考J而定ꎬ对正负对立关系一般在[-1ꎬ1]取值[24]ꎮ2㊀模型构建考虑到水资源在空间上存在分布不均匀的特性ꎬ采用洛伦兹曲线分析水资源空间均衡具有合理性ꎮ根据文献[26]以及洛伦兹曲线的基本原理ꎬ基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价模型构建过程可归纳为基尼系数计算和基于联系数的水资源空间均衡评价模型构建两大步骤ꎮ2.1㊀基尼系数计算(1)选取研究区域水资源总量(y)为匹配原象ꎬ耕地面积(x1)㊁人口数量(x2)㊁第二产业GDP(x3)分别为水资源的匹配对象ꎮ(2)分别计算各子区域单位耕地面积㊁单位人口数量㊁单位第二产业GDP所拥有的水资源量并按升序排列ꎮ(3)分别计算各子区域匹配对象的耕地面积㊁人口数量㊁第二产业GDP占整个区域的比重ꎮ㊀第3期金菊良ꎬ等:基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价方法389㊀(4)按照(2)中排序依次将各子区域水资源总量㊁耕地面积㊁人口数量㊁第二产业GDP占整个区域的比例累计ꎮ(5)定义横轴为各子区域耕地面积(人口数量㊁第二产业GDP)占整个区域比例累计值ꎬ纵轴为水资源总量占比累计值ꎬ绘制洛伦兹曲线ꎬ如图2所示ꎮ这里采用三角形面积算法计算各与水资源相匹配对象的基尼系数[27]:G=ðn-1j=1(xjyj+1-xj+1yj)(2)式中:G为整个区域某一与水资源相匹配对象的基尼系数ꎻxj为按照子区域单位耕地面积(单位人口数量㊁单位第二产业GDP)所拥有的水资源量升序排列ꎬ子区域j耕地面积(人口数量㊁第二产业GDP)占整个区域比例的累计值ꎻyj为子区域j水资源总量占比累计值ꎻn为子区域数目ꎮ图2㊀基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价模型示意Fig.2SchematicdiagramofwaterresourcesspatialequilibriumevaluationmodelbasedonconnectionnumberandLorenzcurve2.2㊀基于联系数的水资源空间均衡评价模型构建(1)匹配关系的构建ꎮ综合考虑水资源系统与经济社会系统间的相互作用关系ꎬ按科学性㊁适用性㊁可操作性等原则[28]ꎬ选取水资源总量(y)为匹配原象ꎬ分别选取耕地面积(x1)㊁人口数量(x2)和第二产业GDP(x3)为与水资源相匹配对象ꎬ并把匹配原象与匹配对象之间的匹配关系(y x1㊁y x2㊁y x3)作为评价指标ꎬ用于区域水资源空间均衡评价ꎮ(2)样本值dij的计算ꎮdij为洛伦兹曲线上某一点与同一横坐标对应绝对平均曲线y=x上点的纵向距离(如图2所示)ꎬ可表示为dij=xij-yij(3)式中:xij为子区域j匹配对象i占整个区域比例的累计值ꎻyij为子区域j匹配对象i对应水资源总量占比累计值ꎻi为匹配关系序号(i=1ꎬ2ꎬ3分别表示耕地面积㊁人口数量和第二产业GDP)ꎻj为子区域序号(j=1ꎬ2ꎬ ꎬn)ꎮ(3)评价指标等级划分ꎮ洛伦兹曲线越靠近绝对平均曲线表示匹配原象与匹配对象之间越均衡ꎬ反之越不均衡ꎮ将绝对平均曲线上各点与横轴间的竖直线段长度S五等分ꎬ即Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ㊁Ⅳ㊁Ⅴ5个等级(图2中蓝色线段)作为dij的等级标准sꎬ其中靠近绝对平均曲线的Ⅰ级表示均衡㊁远离绝对平均曲线的Ⅴ级表示不均衡ꎬ以此类推ꎮ(4)计算各匹配关系样本值联系数ꎮ采用集对分析计算各匹配关系样本值dij与等级标准sijk之间的五元联系数uij[24ꎬ29]ꎬ其中匹配关系序号i=1ꎬ2ꎬ3ꎬ子区域序号j=1ꎬ2ꎬ ꎬnꎬ等级k=1ꎬ2ꎬ3ꎬ4ꎬ5ꎮuij=vij1+vij2I1+vij3I2+vij4I3+vij5J(4)式中:vij1㊁vij2㊁vij3㊁vij4㊁vij5为五元联系数归一化后的同㊁异㊁反分量ꎻI1㊁I2㊁I3为差异度系数ꎬ在[-1ꎬ1]取值ꎮ采用式(5) 式(9)计算五元联系数[24ꎬ30]:390㊀水科学进展第32卷㊀uij1=1dijɤsij11-2(dij-sij1)/(sij2-sij1)sij1<dijɤsij2-1dij>sij2ìîíïïï(5)uij2=1-2(sij1-dij)/(sij1-sij0)dijɤsij11sij1<dijɤsij21-2(dij-sij2)/(sij3-sij2)sij2<dijɤsij3-1dij>sij3ìîíïïïï(6)uij3=-1dijɤsij11-2(sij2-dij)/(sij2-sij1)sij1<dijɤsij21sij2<dijɤsij31-2(dij-sij3)/(sij4-sij3)sij3<dijɤsij4-1dij>sij4ìîíïïïïïï(7)uij4=-1dijɤsij21-2(sij3-dij)/(sij3-sij2)sij2<dijɤsij31sij3<dijɤsij41-2(dij-sij4)/(sij5-sij4)sij4<dijɤsij5ìîíïïïï(8)uij5=-1dijɤsij31-2(sij4-dij)/(sij4-sij3)sij3<dijɤsij41sij4<dijɤsij5ìîíïïï(9)式中:sij0 sij5为各匹配关系样本值的等级标准阈值(对应绝对平均曲线上各点与横轴间竖直线段长度5等分的值)ꎻuijk为子区域j匹配关系i的样本值dij与各等级k(k=1ꎬ2ꎬ ꎬ5)之间的联系数ꎮ于是ꎬ匹配关系样本值dij隶属于模糊集 水资源空间均衡等级k 的相对隶属度(v∗ijk)可表示为[31]v∗ijk=0.5+0.5uijk㊀㊀㊀㊀㊀(i=1ꎬ2ꎬ3ꎻj=1ꎬ2ꎬ ꎬnꎻk=1ꎬ2ꎬ ꎬ5)(10)㊀㊀式(10)归一化可得水资源空间均衡评价指标(匹配关系)各样本值同㊁异㊁反联系数分量vijk:vijk=v∗ijk/ð5k=1v∗ijk(11)由水资源空间均衡评价指标(匹配关系)各样本值联系数分量vijk再经式(4)得样本值联系数uijꎬ最后计算各匹配关系整个区域的联系数ui:ui=ðnj=1uij/n(12)式中:i为匹配关系序号ꎻj子区域序号ꎮ(5)计算匹配关系的联系数值ꎮ采用特殊值法[11]取差异度系数I1=0.5㊁I2=0㊁I3=-0.5ꎬ对立度系数J=-1计算各匹配关系的联系数值ꎬ参考基尼系数划分原则[23](60分及格)及相关试算结果ꎬ可按表1标准划分评价等级ꎮ表1㊀基于联系数的水资源空间均衡等级划分标准Table1ClassificationStandardofwaterresourcesspatialbalancebasedonconnectionnumber基尼系数评价等级联系数值评价等级[0.5ꎬ1.0)高度不匹配[-1.00ꎬ-0.05]V(不均衡)[0.4ꎬ0.5)比较不匹配(-0.05ꎬ0.20]IV(比较不均衡)[0.3ꎬ0.4)相对匹配(0.20ꎬ0.38]III(临界)[0.2ꎬ0.3)比较匹配(0.38ꎬ0.58]II(比较均衡)[0ꎬ0.2)高度匹配(0.58ꎬ1.00]I(均衡)㊀第3期金菊良ꎬ等:基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价方法391㊀3 实例分析以安徽省为研究区域ꎬ将安徽省划分为皖北(淮北㊁宿州㊁毫州㊁阜阳㊁淮南㊁蚌埠)㊁皖中(合肥㊁六安㊁滁州㊁安庆)和皖南(黄山㊁芜湖㊁马鞍山㊁铜陵㊁宣城㊁池州)三大区域ꎬ选取安徽省2011 2018年16个地级市的水资源总量为匹配原象ꎬ分别选取耕地面积㊁人口数量和第二产业GDP为匹配对象ꎬ对安徽省水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量㊁水资源总量 第二产业GDP3对匹配关系进行空间均衡评价ꎮ数据主要来源于2012 2019年«安徽统计年鉴»㊁2011 2018年«安徽省水资源公报»和安徽省土地资源现状变更资料以及行政区划资料ꎮ根据上述基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价步骤和式(3) 式(12)计算得到安徽省2011 2018年3对匹配关系的联系数值及对应评价等级ꎬ并按式(2)算得相应基尼系数进行水资源空间均衡评价用于对比分析ꎮ(1)安徽省水资源总量 耕地面积空间均衡评价结果ꎮ分析表2可知ꎬ安徽省2011 2018年水资源总量 耕地面积的多年平均联系数值-0.04ꎬ按照表1中等级划分标准ꎬ属于比较不均衡(IV级)ꎬ而除2014㊁2017和2018年为比较不均衡ꎬ其余各年均处于不均衡状态ꎻ多年平均基尼系数0.52ꎬ属于高度不匹配ꎬ其中2014㊁2017和2018年处于比较不匹配状态ꎬ其余年份都均为高度不匹配ꎮ可见ꎬ上述2种方法得到的评价结果较为一致ꎬ表明近年来安徽省水资源与耕地的空间不均衡形势依然相当严峻ꎮ然而ꎬ安徽省2011 2018年空间均衡趋势总体上略有好转ꎬ其中2011 2012年㊁2014 2015年联系数值略有下降ꎬ基尼系数略显上升ꎻ2012 2014年㊁2015 2018年联系数为上升趋势ꎬ基尼系数为下降趋势ꎬ且变化较明显ꎮ另外ꎬ对安徽省水资源与耕地整体均衡关系影响较大的子区域多集中在皖北地区ꎬ2012年皖中㊁皖南的水资源量增长率分别为12.4%㊁19.9%ꎬ皖北呈负增长ꎬ而在耕地面积几乎没有变化的情况下ꎬ造成了2012年安徽省水资源与耕地整体不均衡程度加深的情况ꎻ2014年皖北㊁皖中㊁皖南水资源量分别增长了24.4%㊁27.6%㊁22.3%ꎬ全省水资源与耕地的均衡性呈改善趋势ꎻ2015年皖北水资源量减少了10.9%ꎬ而耕地面积却增加了7.2%ꎬ全省均衡性呈下降趋势ꎮ表2㊀安徽省水资源总量—耕地面积空间均衡评价结果Table2EvaluationresultsofspatialbalancebetweentotalwaterresourcesandcultivatedlandareainAnhuiProvince年份联系数联系数值评价等级基尼系数匹配结果2011年0.1349+0.1683I1+0.2824I2+0.2961I3+0.1182J-0.05不均衡0.54高度不匹配2012年0.1173+0.1186I1+0.2508I2+0.3472I3+0.1661J-0.16不均衡0.59高度不匹配2013年0.1340+0.1344I1+0.3044I2+0.3299I3+0.0975J-0.06不均衡0.54高度不匹配2014年0.1590+0.1741I1+0.3210I2+0.2884I3+0.0575J0.04比较不均衡0.48比较不匹配2015年0.1267+0.1106I1+0.2144I2+0.3530I3+0.1953J-0.19不均衡0.57高度不匹配2016年0.1454+0.1337I1+0.2026I2+0.3268I3+0.1915J-0.14不均衡0.56高度不匹配2017年0.1432+0.1943I1+0.3805I2+0.2670I3+0.0150J0.09比较不均衡0.47比较不匹配2018年0.1762+0.2412I1+0.3492I2+0.2131I3+0.0202J0.17比较不均衡0.42比较不匹配㊀㊀(2)安徽省水资源总量 人口数量空间均衡评价结果ꎮ分析表3可知ꎬ安徽省2011 2018年水资源总量 人口数量的多年平均联系数值-0.05ꎬ属于不均衡(V级)ꎬ其中2011㊁2014㊁2017和2018年处于比较不均衡状态ꎬ其余年份为不均衡ꎻ多年平均基尼系数0 50ꎬ属于高度不匹配ꎬ其中2011㊁2013㊁2014㊁2017和2018年处于比较不匹配状态ꎬ其余年份为高度不匹配ꎮ可见ꎬ采用联系数得到的全省评价结果中有4a为不均衡ꎬ4a为比较不均衡(其中2a接近于不均衡)ꎻ基尼系数的结果有3a为高度不匹配ꎬ5a为比较不匹配(其中3a接近于高度不匹配)ꎮ2011 2018年联系数总体呈略微上升趋势ꎬ基尼系数呈下降趋势ꎻ各年变化趋势与水资源总量 耕地面积均衡结果基本相同ꎮ安徽省皖北地区人口规模较大ꎬ2012年皖北人口增长了0.71%ꎬ而水资源量减少392㊀水科学进展第32卷㊀了3.7%ꎬ导致水资源与人口均衡性变差ꎻ2014年各地区水资源均比较丰富ꎬ而人口没有明显的变化ꎬ全省均衡性有所好转ꎻ2015年皖北水资源量减少了10.9%ꎬ人口增加了4.4%ꎬ皖中水资源增加了10.5%ꎬ人口却减少了10.2%ꎬ导致了全省整体水资源与人口的空间不均衡ꎮ表3㊀安徽省水资源总量 人口数量空间均衡评价结果Table3EvaluationresultsofspatialbalancebetweentotalwaterresourcesandpopulationinAnhuiProvince年份联系数联系数值评价等级基尼系数匹配结果2011年0.1344+0.1707I1+0.2863I2+0.2928I3+0.1158J-0.04比较不均衡0.49比较不匹配2012年0.1216+0.1134I1+0.2571I2+0.3515I3+0.1564J-0.15不均衡0.54高度不匹配2013年0.1385+0.1356I1+0.3068I2+0.3277I3+0.0914J-0.05不均衡0.49比较不匹配2014年0.1481+0.1538I1+0.3035I2+0.3077I3+0.0869J-0.02比较不均衡0.47比较不匹配2015年0.1295+0.1126I1+0.1873I2+0.3509I3+0.2197J-0.21不均衡0.56高度不匹配2016年0.1479+0.1255I1+0.2046I2+0.3330I3+0.1891J-0.15不均衡0.54高度不匹配2017年0.1474+0.1866I1+0.3794I2+0.2737I3+0.0130J0.09比较不均衡0.45比较不匹配2018年0.1759+0.2173I1+0.3263I2+0.2350I3+0.0455J0.12比较不均衡0.42比较不匹配㊀㊀(3)安徽省水资源总量 第二产业GDP空间均衡评价结果ꎮ分析表4可知ꎬ安徽省2011 2018年水资源总量 第二产业GDP的多年平均联系数值-0.15ꎬ属于不均衡(V级)ꎬ2011 2017年均为不均衡㊁2018年为比较不均衡ꎻ多年平均基尼系数0.57ꎬ属于高度不匹配ꎬ2011 2018年均处于高度不匹配状态ꎬ其中2018年接近比较不匹配ꎮ这表明安徽省2011 2018年水资源与第二产业GDP空间不均衡ꎬ并且没有得到有效改善ꎬ应当引起高度重视ꎮ2011 2018年水资源总量 第二产业GDP的联系数和基尼系数的变化幅度均较小ꎬ这与安徽省实际产业发展情况相符ꎮ由于第二产业集中分布于合肥㊁芜湖等地区ꎬ这些地区第二产业GDP占全省的比重历年基本不变ꎬ水资源量占全省比重也无明显变化ꎬ因此ꎬ全省水资源与第二产业GDP的不均衡状况一直得不到明显改善ꎬ空间均衡性很差ꎬ形势较为严峻ꎮ表4㊀安徽省水资源总量 第二产业GDP空间均衡评价结果Table4EvaluationresultsofspatialequilibriumbetweentotalwaterresourcesandGDPofsecondaryindustryinAnhuiProvince年份联系数联系数值评价等级基尼系数匹配结果2011年0.1335+0.1242I1+0.2014I2+0.3395I3+0.2015J-0.18不均衡0.58高度不匹配2012年0.1207+0.1096I1+0.1796I2+0.3511I3+0.2389J-0.24不均衡0.61高度不匹配2013年0.1378+0.1197I1+0.1819I2+0.3437I3+0.2169J-0.19不均衡0.59高度不匹配2014年0.1469+0.1283I1+0.2146I2+0.3335I3+0.1768J-0.13不均衡0.56高度不匹配2015年0.1286+0.1068I1+0.1725I2+0.3541I3+0.2379J-0.23不均衡0.61高度不匹配2016年0.1471+0.1163I1+0.2585I2+0.3397I3+0.1384J-0.10不均衡0.55高度不匹配2017年0.1435+0.1385I1+0.2321I2+0.3206I3+0.1653J-0.11不均衡0.57高度不匹配2018年0.1633+0.1542I1+0.2839I2+0.2994I3+0.0993J-0.01比较不均衡0.52高度不匹配㊀㊀通过综合分析表2至表4可知ꎬ本研究中联系数的评价结果与基尼系数基本一致ꎬ安徽省2011 2018年水资源总量 第二产业GDP的多年平均联系数值明显小于水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量ꎻ水资源总量 第二产业GDP的多年平均基尼系数明显大于水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量ꎻ3对匹配关系均处于不均衡状态ꎬ但水资源总量 第二产业GDP的不均衡程度最大ꎬ说明安徽省水资源总量与耕地面积㊁人口数量㊁第二产业GDP的空间分布很不均衡ꎮ在水资源总量方面ꎬ皖南丰富ꎬ皖北最少ꎬ而耕地则是皖北最多ꎬ皖南最少ꎬ这是造成全省水资源与耕地空间不均衡的主要原因ꎻ在人口方面ꎬ皖北人口最多ꎬ皖南较少ꎬ导致了水资源与人口的不均衡不匹配ꎻ第二产业多集中于合肥㊁芜湖等地㊀第3期金菊良ꎬ等:基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡评价方法393㊀区ꎬ其他各市分布较少ꎬ造成了水资源与第二产业GDP的空间不均衡ꎮ根据上述评价结果ꎬ提出相应的调控对策: 水资源 耕地面积 不均衡可通过研究并推广抗旱作物ꎬ积极推广喷灌㊁滴灌等节水技术ꎻ 水资源 人口数量 不均衡可采取跨流域调水㊁节约用水等措施ꎻ 水资源 第二产业GDP 不均衡可通过优化产业结构㊁提高水资源综合利用效率等对策进行改善ꎮ上述分析表明:集对分析联系数和洛伦兹曲线耦合用于安徽省水资源空间均衡定量评价方法是合理有效的ꎻ基尼系数和本研究中的联系数方法都是在洛伦兹曲线的基础上提出的ꎬ基尼系数是通过计算洛伦兹曲线与横坐标之间的面积得到ꎬ不同均衡情况下的洛伦兹曲线计算得到的基尼系数可能相同ꎬ基尼系数仅反映整个区域的均衡性㊁不能反映各区域的均衡性ꎻ本研究将集对分析理论中的联系数方法和洛伦兹曲线相结合ꎬ通过计算匹配原象与匹配对象之间洛伦兹曲线上各子区域样本点到绝对平等曲线的纵向距离ꎬ对应具体的联系数值和均衡等级ꎬ提出了水资源空间均衡定量评价的新方法ꎬ可反映各区域的均衡性ꎬ评价结果的分辨率高于基尼系数法ꎬ这些优势和先进性通过安徽省实证研究得到了体现ꎮ4㊀结㊀㊀论(1)为定量评价各子区域对整个区域水资源空间均衡状况的影响ꎬ应用集对分析理论中联系数方法在定量处理不确定性关系结构问题中的优势ꎬ提出将联系数方法与洛伦兹曲线相结合ꎬ构建了基于联系数和洛伦兹曲线的水资源空间均衡定量评价方法ꎮ(2)对安徽省水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量㊁水资源总量 第二产业GDP3对空间均衡匹配关系进行了实证研究ꎬ结果表明ꎬ近年来安徽省水资源与耕地面积㊁人口规模㊁经济发展之间均处于空间不均衡状态ꎻ水资源总量 耕地面积㊁水资源总量 人口数量的空间均衡程度总体呈略微改善趋势ꎬ而水资源总量 第二产业GDP的均衡变化趋势不容乐观ꎬ形势仍较为严峻ꎮ(3)本研究方法与基尼系数评价结果相一致㊁趋势相同㊁分辨率更高ꎬ符合安徽省实际情况ꎮ与基尼系数方法相比ꎬ这一水资源空间均衡定量评价新方法的有效性和优越性在安徽省实证研究中得到了体现ꎮ参考文献:[1]金菊良ꎬ陈梦璐ꎬ郦建强ꎬ等.水资源承载力预警研究进展[J].水科学进展ꎬ2018ꎬ29(4):583 ̄596.(JINJLꎬCHENMLꎬLIJQꎬetal.Advanceinearlywarningofwaterresourcescarryingcapacity[J].AdvancesinWaterScienceꎬ2018ꎬ29(4):583 ̄596.(inChinese))[2]周斌.国家重点研发计划 水资源高效开发利用 重点专项解析[J].水科学进展ꎬ2017ꎬ28(3):472 ̄478.(ZHOUB.A ̄nalysisofNationalKeyR&DProgramofChina high ̄efficientdevelopmentandutilizationofwaterresource [J].AdvancesinWaterScienceꎬ2017ꎬ28(3):472 ̄478.(inChinese))[3]郦建强ꎬ王平ꎬ郭旭宁ꎬ等.水资源空间均衡要义及基本特征研究[J].水利规划与设计ꎬ2019(10):1 ̄5.(LIJQꎬWANGPꎬGUOXNꎬetal.Researchontheessentialsofspatialequilibriumofwaterresourcesanditsbasicfeature[J].WaterResourcesPlanningandDesignꎬ2019(10):1 ̄5.(inChinese))[4]左其亭ꎬ韩春辉ꎬ马军霞.水资源空间均衡理论应用规则和量化方法[J].水利水运工程学报ꎬ2019(6):50 ̄58.(ZUOQTꎬHANCHꎬMAJX.Applicationrulesandquantificationmethodsofwaterresourcesspatialequilibriumtheory[J].Hydro ̄Sci ̄enceandEngineeringꎬ2019(6):50 ̄58.(inChinese))[5]NASIRI 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̄gionduringtheevaluationprocess.TheLorentzcurvesconnectingthetotalamountofwaterresourceswithcultivatedlandareaꎬpopulationandthesecondaryindustryGDPwereconstructedꎬrespectivelyꎬwheretheevaluationsamplevaluebasedontheverticaldistancewascalculated.MeanwhileꎬtheconnectionnumberofthesamplewascalculatedviathesetpairanalysisꎬfollowedbythedeterminationofequilibriumlevelandthecomparisonwiththeGinicoeffi ̄cientmethod.ApplicationoftheproposedapproachtoAnhuiProvinceof2011 2018revealedthattheoverallspatialimbalancestatusexistedbetweenthetotalamountofwaterresourcesandcultivatedlandareaꎬpopulationsizealongwiththesecondaryindustryGDPꎬrespectively.Incontrastꎬthelevelofequilibriumbetweenthetotalamountofwa ̄terresourceandcultivatedlandareaꎬpopulationsizehasbeenamelioratedꎬwhiletheequilibriumstatusofthetotalamountofwaterresourceandtheGDPofsecondaryindustryremainedseriousthatrequirefurtherimprovement.Withthequantitativeestimationsꎬitoffersanovelandeffectivewayforestimatingthespatialequilibriumofregionalwaterresources.Keywords:waterresourcesspatialequilibriumevaluationꎻconnectionnumberꎻsetpairanalysisꎻLorenzcurveꎻGinicoefficientꎻAnhuiProvince∗ThestudyisfinanciallysupportedbytheNationalKeyR&DProgramofChina(No.2018YFC0407206)andtheFundamentalRe ̄searchFundsfortheCentralUniversitiesꎬChina(No.JZ2020HGQA0202).。