水资源优化配置中多目标模型的建立和求解
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水资源管理的多目标优化研究水,是生命之源,是人类社会发展不可或缺的重要资源。
然而,随着人口的增长、经济的发展以及环境的变化,水资源面临着日益严峻的挑战。
水资源管理的多目标优化成为了当前水资源领域研究的重要课题,旨在实现水资源的合理分配、高效利用以及可持续发展。
水资源管理的目标通常包括满足社会经济发展的用水需求、保障生态环境的用水、提高水资源的利用效率以及降低水资源开发利用的成本等。
这些目标之间往往存在着相互关联和制约的关系,使得水资源管理成为一个复杂的多目标优化问题。
在社会经济发展方面,工业、农业和城市生活用水的需求不断增长。
工业生产需要大量的水资源来进行冷却、清洗和加工等工序;农业灌溉也依赖于充足的水源来保证农作物的生长和丰收;城市居民的日常生活用水更是不可或缺。
然而,水资源的供给是有限的,如果不能合理规划和分配水资源,就可能导致某些地区或行业出现用水短缺的情况,从而制约经济的发展。
生态环境保护也是水资源管理的重要目标之一。
河流、湖泊、湿地等生态系统需要一定量的水来维持其生态功能和生物多样性。
如果过度开发水资源,导致河流断流、湖泊干涸、湿地萎缩等,将会对生态环境造成严重的破坏,进而影响整个生态系统的平衡和稳定。
提高水资源的利用效率是解决水资源短缺问题的关键。
通过推广节水技术和措施,如改进灌溉方式、加强工业用水循环利用、提高城市居民的节水意识等,可以在不增加水资源总量的情况下,满足更多的用水需求。
同时,降低水资源开发利用的成本也是水资源管理需要考虑的因素之一。
合理选择水资源开发项目、优化水资源配置方案以及提高水资源管理的效率等,都可以降低水资源开发利用的成本,提高水资源的经济效益。
为了实现水资源管理的多目标优化,需要综合运用多种方法和技术。
首先,要建立科学合理的水资源模型。
水资源模型可以模拟水资源的供需情况、水流运动规律以及水资源开发利用对环境的影响等,为水资源管理决策提供依据。
常见的水资源模型包括水文模型、水资源优化配置模型、水生态模型等。
水资源管理中的多目标规划模型研究水是我们生命中必不可少的资源之一,然而随着经济的快速发展和人口的增长,水资源的需求量不断增加,并面临着日益严重的短缺问题。
因此,如何对水资源进行合理规划和利用,以实现资源的最大利用和保护环境,是当前水资源管理领域的热门话题之一。
多目标规划模型的应用已成为解决这个问题的重要手段之一。
一、多目标规划模型的定义及特点多目标规划模型是指在决策中存在多个目标时,通过数学模型确定一组业已做到最优或相对最优的方案的决策方法,是一种应用非常广泛的数学优化方法。
多目标规划模型的特点在于解决了单目标规划模型无法兼顾多个目标的问题,可以更好的考虑决策问题中各种目标之间的协调与平衡,进而得出较优的决策方案。
二、多目标规划模型在水资源领域的应用在水资源管理领域,多目标规划模型具有重要的应用价值。
水资源管理面临着多种目标,如经济效益、水资源保护、供水安全等,而这些目标之间的协调与平衡是非常关键的。
因此,多目标规划模型的应用能够帮助决策者找到较优的方案,以达到更好的综合效益。
应用多目标规划模型能够解决如下几个问题:1. 如何在限制性条件下,实现供水安全目标与经济效益目标的平衡?例如,在某地区,由于气候干旱,水资源短缺,而当地经济却需求大量水源,如何在保证供水安全的前提下确保经济效益最大化?2. 如何在降低污染与保护环境之间寻找平衡点?例如,在某城市的河流上游,农业生产仍然是当地的主要经济来源,但是农业生产过程中存在污染排放,如何在保障农业生产的同时,避免河水污染扩大,达到保护环境的要求?3. 如何在资源的合理配置与利用中进行平衡?例如,在多水源的地区,各水源间的水量分配是一个较复杂的问题,在实现供水安全的前提下,如何平衡各水源的利用,以达到更好的综合效益?三、多目标规划模型的研究进展在水资源管理领域,多目标规划模型的研究已有多年的历史。
研究人员不断探索新的多目标规划模型,推进了这一领域的发展。
93河南科技2010.2下水资源优化配置是指在流域或特定的区域范围内,运用系统工程理论和优化方法,以水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展为目标,遵循公平、高效、统筹兼顾和可持续利用的原则,采取除害与兴利、水量与水质、开源与节流、工程与非工程措施相结合的方法,通过合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等手段和措施,对多种可利用水资源在区域间和各用水部门间进行最优化调配和分配,力求水资源与其他资源合理配置,实现有限水资源的经济、社会和生态环境综合效益最大[1]。
水资源的优化配置研究可为水量和水质在时间和空间上的合理调配和使用以及保障水资源的可持续利用提供科学依据和对策、措施。
因此,水资源的优化配置研究在解决我国的水资源问题,实现水资源的可持续利用等方面均占有重要地位,对促进经济社会的可持续发展具有重要理论和实际意义。
1. 水资源优化配置中多目标问题分析区域水资源系统往往是一个用水部门众多的大系统,在现代水资源优化配置思路中,己经改变了过去以经济效益为中心的基本观念,不仅仅是要获得尽可能大的经济效益,还必须将生态环境保护放到重要位置,同时要兼顾引水保障和粮食安全的问题。
配置中所考虑的不同问题可以作为不同的目标,各个目标之间相互矛盾而又不可公度,这就使得区域水资源优化配置转变成一个多目标优化的问题,在协调各个配置目标时要以公平与高效为基本分配原则,目标是寻求水量在各个用水部门之间的最优分配,实现水资源利用的可持续发展。
2 模型的建立及求解2. 1水资源多目标优化配置模型的建立2. 1.1 决策变量根据区域的地形地貌、水利条件、行政区划,一般可将区域划分为若干分区。
根据各水源在区内的配水特性,可将水源划分成两类:共用水源和独立水源。
所谓共用水源是指能同时向两个或两个以上的分区供水的水源。
独立水源是指只能给水源所在的分区供水的水源。
本研究假设区域划分为K个分区,i =1,2,…,K,本文将k分区内所有独立水源计为1个水源、分别有J(K)个用水部门j=1,2, …,J(K)(本文各区均定为4个,分别为工业、生活、农业、生态)。
水源治理中的多个目标优化模型研究一、前言水资源是人们生活和社会经济发展的重要基础。
水源治理是保障水资源安全的重要手段。
随着城市化的不断推进和经济的不断发展,水资源越来越受到关注,其综合利用和管理越来越复杂,必须采用适当的优化模型来提高水源治理的效果。
本文将介绍当前多个目标优化模型应用于水源治理的研究。
二、多目标优化模型多目标优化模型是指在多个目标的情况下,寻求一个可行、优化的方案。
其实质是一类基于数学模型和算法的优化技术,能够针对不同目标、不同约束条件,给出满足各种需求的综合优化方案。
多目标优化模型的基本类型包括线性规划、整数规划、混合整数规划、非线性规划等。
三、多目标优化模型在水源治理中的应用未来世界水危机的最主要原因是供需不平衡。
在这种情况下,多目标优化模型可被应用于水源规划、节水应用、水环境保护和水资源管理等方面。
1. 水源规划针对水资源的规划应确定它们的适宜开发水平和用途,包括流域内水资源总量、水资源分布状况、用水需求和供给的时间分布等。
多目标优化模型可根据这些变量进行水资源规划,以最大化经济效益、最小化环境影响。
2. 节水应用水的浪费是社会投资成本的浪费。
因此,多目标优化模型在节水应用方面有广泛应用。
例如,在农业领域中,多目标优化模型可用于确定最佳灌溉和施肥策略,以提高农作物产量和水的利用率。
3. 水环境保护多目标优化模型可应用于控制水环境对污染、气候变化和其他环境影响的响应。
这些响应包括水资源的可获得性、水的质量、河床稳定性、气候变化等。
4. 水资源管理多目标优化模型可被应用于解决以下水资源管理问题:资源的定量分配、管道规划、水力发电、水污染治理和水泥管理等。
四、多目标优化模型在水源治理中面临的挑战虽然多目标优化模型在水源治理中具有广泛应用前景,但也面临着一些挑战。
1. 数据质量水源数据通常是有缺陷的,数据缺失会影响到优化结果,而多目标优化模型对数据质量要求较高。
2. 模型复杂性水资源问题通常体现为复杂的动态模型,需要解决多个目标和多个约束条件。
水资源配置优化的数学模型研究水是生命之源,是人类社会发展不可或缺的重要资源。
然而,随着人口增长、经济发展以及气候变化等因素的影响,水资源的供需矛盾日益突出。
如何实现水资源的合理配置,提高水资源的利用效率,成为了当今社会亟待解决的问题。
数学模型作为一种有效的工具,可以为水资源配置优化提供科学的决策依据。
一、水资源配置优化的基本概念水资源配置优化是指在一定的水资源条件下,通过合理安排水资源的开发、利用、节约和保护,满足不同地区、不同部门、不同用户对水资源的需求,实现水资源的可持续利用和社会经济的可持续发展。
水资源配置优化涉及到多个方面的因素,如水资源的供给量、需求量、水质、水价、工程设施等。
二、水资源配置优化数学模型的类型1、线性规划模型线性规划模型是水资源配置优化中最常用的数学模型之一。
它假设目标函数和约束条件都是线性的,通过求解线性方程组来得到最优解。
线性规划模型具有计算简单、求解速度快等优点,但在处理非线性问题时存在一定的局限性。
2、非线性规划模型非线性规划模型考虑了目标函数和约束条件中的非线性因素,能够更准确地反映水资源配置优化中的实际问题。
然而,非线性规划模型的求解难度较大,需要采用专门的算法和软件。
3、动态规划模型动态规划模型适用于具有多阶段决策过程的水资源配置优化问题。
它通过将问题分解为多个子问题,逐步求解最优策略。
动态规划模型能够有效地处理时间因素,但在处理大规模问题时可能会出现“维数灾”问题。
4、随机规划模型随机规划模型考虑了水资源系统中的不确定性因素,如降雨量、需水量的随机性等。
通过引入概率分布和风险函数,随机规划模型能够为决策者提供更具鲁棒性的决策方案。
三、水资源配置优化数学模型的构建1、确定目标函数目标函数是水资源配置优化的核心,通常以最大化经济效益、社会效益或环境效益为目标。
例如,可以将水资源配置的总效益表示为各用水部门的收益之和减去水资源开发和利用的成本。
2、设定约束条件约束条件是对水资源配置方案的限制,包括水资源的供需平衡、水质要求、工程设施的容量限制、政策法规等。
水资源管理中的多目标决策模型建立与应用多目标决策模型在水资源管理中的建立与应用水资源是人类生存和发展的重要基础资源,而水资源管理则是保障水资源可持续利用的关键环节。
随着人口增长和经济发展,水资源管理面临着越来越多的挑战,其中之一就是如何在多个目标之间做出合理的决策。
多目标决策模型的建立与应用为解决水资源管理中的矛盾和冲突提供了重要的理论和方法支持。
建立多目标决策模型的首要任务是明确水资源管理的多个目标。
水资源管理既需要保障人民的基本生活需求,又要支持工农业生产和经济发展,还要保护生态环境和维护水体的水质。
因此,一个合理的多目标决策模型需要将这些目标纳入考虑,同时平衡不同目标之间的关系。
例如,在选择供水方案时,既要考虑城市居民的生活用水,又要考虑农田的灌溉用水和工业用水,还要考虑保护水源地的生态环境。
建立多目标决策模型的关键是确定决策变量和约束条件,以及建立目标函数。
在水资源管理中,决策变量可以是不同供水方案的具体实施方案,约束条件则包括水资源的可支配量、供水能力以及经济、社会、环境等方面的条件。
目标函数的建立要考虑不同目标的权重,以便在求解过程中权衡不同目标之间的重要性。
例如,在垂直农业供水问题中,目标函数可以是最大化粮食产量,但也需要考虑最小化水资源消耗和最大化经济效益等目标。
多目标决策模型的建立需要运用数学方法和优化算法来求解。
其中,常用的方法包括线性规划、整数规划、动态规划等,这些方法可以通过建立数学模型将水资源管理问题转化为数学问题,进而通过求解算法得到最优的决策结果。
例如,可以通过线性规划模型来确定最优的供水方案,使得水资源利用效率最大化,同时满足各类需求和约束条件。
优化算法则是对数学模型进行迭代计算,以求得最优解。
多目标决策模型在水资源管理中的应用是解决实际问题的重要手段。
通过建立合理的多目标决策模型,可以帮助决策者从多个维度和角度理解和分析问题,为决策者提供多种选择,优化决策结果。
水资源分配中的多目标决策模型研究一、引言水资源是人类生产和生活活动所必需的一种资源,也是国家发展和人民生计的一个重要保障。
而随着人口的增长、经济的发展以及全球气候变化的影响,水资源的紧缺问题越来越严重,这也促使我们不断探索合理的水资源分配模型。
本文旨在介绍多目标决策模型在水资源分配中的应用研究,为水资源管理提供一定的理论依据以及实践指导。
二、多目标决策模型简介多目标决策模型是在多目标优化问题基础上建立的数学模型。
它允许在不完全了解问题背景的情况下,同时优化多个、有时相互矛盾的目标。
在水资源分配领域,多目标决策模型可以用于优化分配方案中的水量、质量、效益等多个目标。
三、多目标决策模型在水资源分配中的应用1.水资源分配目标水资源分配目标通常包括水质目标、水量目标、效益目标和生态目标等。
其中,水质目标需要考虑水质达标率、水质稳定性等;水量目标通常涉及可持续利用和避免浪费;效益目标则需要考虑水资源的经济、社会、生态价值等;生态目标方面则需要考虑水体的养护和生态平衡等问题。
2.多目标模型建立在水资源分配领域,多目标决策模型常用的方法有熵权法、灰色模型、神经网络模型等。
具体而言,这些方法可以通过对不同目标的权重、灵敏度、约束条件等进行建模来实现多目标优化。
3.多目标模型应用多目标模型在水资源分配中的应用主要体现在以下几个方面:(1)根据不同地区、不同水体的特点建立多目标决策模型,优化水资源分配方案;(2)针对水量和水质变化的情况,进行动态优化;(3)通过多种情景分析,优化决策方案,实现多种目标最优化。
四、案例分析以湖南省湘江流域为例,利用多目标决策模型对水资源进行分配。
首先,依据不同的区域特点明确水资源分配目标,根据区域特点和实际情况建立多目标决策模型,包括水量、水质、经济效益和生态目标等四个方面。
然后,根据不同的情景分析实现优化。
最后,通过对方案结果进行评估和调整,得到合理的水资源分配方案。
五、结论本文介绍了多目标决策模型在水资源分配中的应用研究,旨在为水资源管理提供一定的理论依据以及实践指导。
水资源系统多目标优化配置模型的研究及应用摘要:近年来,水资源的可持续利用和综合管理受到了广泛的关注,因此,多目标优化配置模型的研究和应用就显得尤为重要。
本文总结了水资源系统多目标优化配置模型的研究进展和应用现状,并提出了未来的发展方向。
在阐述各种多目标优化配置模型及其优势的基础上,本文分析了构建多目标优化配置模型过程中应注意的关键因素,及其固有的局限性,并指出相应的解决措施,最后本文给出了对未来水资源系统优化研究发展的展望。
关键词:多目标优化;水资源系统;优化配置一、研究现状1、多目标优化配置模型的研究进展近年来,水资源的可持续利用和综合管理受到了广泛的关注,并在各国的规划部门引起了重大的关注。
多目标优化配置模型作为一种水资源系统管理和优化的重要方法,在近年来得到了广泛的应用和研究。
多目标优化配置模型的研究主要包括理论研究和应用研究。
在理论研究方面,许多研究工作旨在提出新的多目标优化模型,以满足不同水资源系统的多目标优化需求,如区域水资源系统多目标优化配置模型、洪水淹没计算模型、湖泊和河流的水力学模型等。
在应用方面,许多研究工作也使用多目标优化配置模型来解决实际问题,如:基于多目标优化模型的水资源调度、水资源模型的灌溉水管网优化设计等。
2、多目标优化配置模型的应用现状随着多目标优化配置模型的不断发展,被应用到水资源系统的模型也在不断发展和改进。
多目标优化配置模型的应用范围广泛,可以用于水库的调度决策、流域的水资源分配、河道护坡工程的优化选择、水利设施防洪设置等。
有许多研究工作通过多目标优化模型来解决水资源的综合管理问题,取得了可喜的结果。
二、研究趋势随着水资源系统及其综合利用管理的不断发展,多目标优化配置模型也应运而生,表明多目标优化配置模型将是未来水资源优化研究的重要方向。
未来多目标优化配置模型的发展趋势可从以下几个方面总结出来:(1)针对不同的水资源系统,继续提出更加准确、灵活的多目标优化配置模型,并加强模型的实证研究;(2)基于多个水资源系统之间的耦合,研究多水资源系统的联合优化模型;(3)结合实时多源信息,提出基于非线性约束多目标优化配置模型,是模型更加精确;(4)开发新的数学优化技术,提高模型的求解效率;(5)融合规则推理技术及智能优化算法,以解决复杂多目标优化问题。
水资源管理中的多目标优化研究水资源管理是当前全球面临的一个严峻挑战。
不仅环境污染和气候变化等人为因素危害着水资源的可持续性,同时水资源的分布、利用和管理也存在很大不平衡性和冲突性。
多目标优化研究成为当前研究水资源管理中的一个重要领域,为寻求一个合理的平衡和可持续的水资源管理方案提供了有效的途径。
本文将介绍水资源管理中的多目标优化研究,并分析目前的研究热点和挑战。
一、多目标优化研究发展史多目标优化研究在20世纪80年代逐渐发展起来。
从最早的单目标优化模型,逐渐向多目标优化模型发展。
多目标优化模型旨在寻找一种改善或者优化决策方案的最优解,同时最小化或者最大化多个目标函数,而不是仅根据一个特定目标函数进行决策。
在水资源管理中,多目标优化模型主要用于寻找一种能够平衡多种目标的水资源管理方案,比如满足水质需求、生态要求和灌溉需求等目标。
在多目标优化领域,研究者们提出了各种方法。
典型的方法包括动态规划、线性规划、非线性规划、遗传算法、离散领域搜索和混合整数线性规划等。
这些方法在解决多目标优化问题时都具有自己的优点和局限性,随着研究者们对于这些方法的不断完善和改进,多目标优化模型也得到了不断的发展。
二、水资源管理中的多目标优化研究水资源管理是当前世界面临的一个严峻挑战。
在大面积地区,水资源短缺和水污染已成为日益严重的问题。
水资源的分配、利用和管理也存在很大的不平衡性和冲突性。
为了解决这些问题,国内外越来越多的研究者开始探索多目标优化模型在水资源管理中的应用。
多目标优化模型可以帮助规划决策者在考虑多个目标的情况下,制定一个综合的水资源管理方案。
这种方案能够使各个地区、各种用户和各种需求实现平衡,从而实现可持续水资源管理。
具体而言,在水资源管理中,多目标优化模型可以用来优化各种因素,包括灌溉、城市用水、饮用水、河流健康和生态保护等方面。
(一)灌溉灌溉是全球水资源管理中最具挑战性的问题之一。
它不仅涉及农业生产、食品安全和生态环境问题,还会影响社会和经济发展。
水资源管理决策支持系统中的多目标优化算法一、引言水资源管理作为一项复杂而关键的任务,需要进行科学和有效的决策。
为了帮助决策者制定可行的水资源管理方案,多目标优化算法在水资源管理决策支持系统中发挥了重要的作用。
本文将对水资源管理决策支持系统中的多目标优化算法进行探讨。
二、水资源管理决策支持系统概述水资源管理决策支持系统是一种利用信息技术和数学方法对水资源进行综合评价和决策的工具。
该系统通过建立数学模型,对水资源的供需情况、水质状况、环境影响等进行分析和评估,从而提供决策者制定合理的水资源管理方案的依据。
三、多目标优化算法在水资源管理决策支持系统中的应用1. 目标函数的建立水资源管理涉及到多个相互制约的目标,如水资源的供需平衡、水质保护、生态环境保护等。
多目标优化算法可以帮助决策者将这些目标定量化,并建立合适的目标函数,以便在决策过程中进行综合考虑。
2. 约束条件的处理水资源管理决策涉及到一系列的约束条件,如供水保证率、水质标准等。
多目标优化算法可以通过建立约束条件的数学模型,将约束条件与目标函数统一进行处理,从而寻找到符合约束条件的最优解。
3. 多目标优化算法的选择针对水资源管理决策支持系统中的多目标优化问题,可以选择合适的多目标优化算法,如遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。
这些算法可以在搜索过程中兼顾多个目标,寻找到一系列可能的最优解,并帮助决策者进行决策比较和选择。
四、水资源管理决策支持系统中多目标优化算法的案例研究以某地区水资源管理决策支持系统为例,介绍多目标优化算法在水资源管理中的应用。
通过对该地区水资源供需模型的建立和多目标优化算法的运用,系统可以根据不同的水资源供需情况和管理目标,得出一系列最优的供水方案,帮助决策者进行决策和管理。
五、多目标优化算法在水资源管理决策支持系统中的优势和挑战多目标优化算法在水资源管理决策支持系统中具有以下优势:1)能够综合多个目标进行优化,避免了单目标优化的局限性;2)可以根据不同的管理需求进行灵活配置,提供多种方案供决策者选择;3)能够处理不确定性和复杂性等现实问题。
For personal use only in study and research; not forcommercial use多目标优化模型中国水资源具有显著地区域特征,我们对区域水资源多目标优化配置,以多目标和大系统优化为手段,在一定时间内可供水量和需水量确定的条件下,建立区域有限的水资源量在各流域的优化配置模型,求解模型得到水量优化配置方案.目标函数的建立:水资源配置主要考虑 3 个目标函数,即用水效益函数、用水费用函数和区域均衡性函数。
对于优质水资源而言,用水效益重点考虑工业和第三产业所产生的效益,将农业用水排除在外,旨在优先考虑经济效益好的区域用水需求。
用水费用主要指输水费用,包括管道铺设和渠道建设费用,优质水资源还需要着重考虑饮用水的制水成本. 区域均衡性函数则为了避免供水一味向经济发达区域倾斜,使各区域供水与需水之差满足某种准则,以体现社会和谐精神.具体目标如下:(1) 用水收益最大;(2) 运营成本最低;(3)区域水资源供需尽量均衡.设i g 为第i 个流域使用每立方米水资源所产生的效益参数, c ij 为第i 个用户由第j 个供水源输送每立方米水所需的费用, x ij 为由第j 个水源供给第i 个流域的水量,各区域的用水量x M x i j ij =∑=, D i 为第i 个区域的需水总量,则水资源配置的目标函数可以综合表示成如下形式:2111max (c )/(1/)n n n i i ij j i i i j i Z opt g x x x D ===⎧⎫=--⎨⎬⎩⎭∑∑∑式中:右边分子第一项表示水资源利用所产生的经济效益,包括环境效益,对于优质水资源则取非农业经济效益;右边分子第二项为运营成本,主要涉及制水成本和水库至流域的输水成本;分母反映区域水资源供需之间的均衡程度,表示各区域的用水保证率尽可能最大,N 为供水区域数.1. 2 参数及约束条件设置中国各流域的水资源需要进行合理分配,以达到水资源的平衡,需要适当设置参数和约束条件. 首先按照2 种方式划分区域:其一以流域为单元,便于在模型中计算经济效益;其二以供水源为单元,以利于分析区域水资源的供需平衡关系.各流域从水库获得的水量受水库供水量的限制,而水库供水量又受水源的水来源的可供水量约束. 根据中国历年的降雨量资料计算出各水库在不同频率下的可供水量,结合中国供水状况获得在若干种供水保证率下各水库的可供水量,各流域可取得的水量不得超过水源地水库的可供水量与水厂供水量中的较小者j Q ,以此作为各变量的约束条件1)。
水资源分配决策中的多目标规划优化方法研究水资源是我国重要的战略资源,对于保障国家经济社会发展和人民生产生活具有重大的意义。
然而,随着人口和社会经济的发展,水资源供需矛盾日益突出,如何合理分配和利用水资源成为了一项关键的课题。
而多目标规划优化方法则成为了解决水资源分配决策中的复杂问题的有效方法。
一、多目标规划优化方法的基本概念多目标规划优化是指在分析问题时同时考虑多个目标,通过建立一个多目标函数,确定最优决策方案的过程。
其目的是在满足多个目标的同时,最大限度地提高物质、能源和经济利益,实现社会、环境和生态的可持续发展。
多目标规划优化方法的基本特点有以下几点:1. 不同目标之间相互矛盾,难以取舍。
例如,在水资源分配中,保障供水量和维护生态环境是两个重要的目标,但两者之间存在一定的冲突,需要在权衡利益的基础上作出决策。
2. 多个目标之间存在不确定性。
由于水资源分配受到自然环境和社会经济因素的影响,因此其分配结果具有不确定性和风险性。
要通过多目标规划方法综合考虑风险,制定出最优的决策方案。
3. 多目标规划方法具有灵活性,可以采用不同的优化模型和算法。
例如,可以采用线性规划、非线性规划、动态规划、遗传算法等方法进行优化,选择最合适的方法可以提高水资源分配决策的准确性和优化度。
二、水资源分配决策中多目标规划优化方法的应用水资源分配决策中,多目标规划方法可以用于制定和优化水资源分配方案,提高水资源利用效率,保障经济和社会发展。
在具体实践中,多目标规划方法可以分为以下两个方面进行应用:1. 建立多目标规划模型并确定目标权重。
通过考虑供水量、用水效率、生态环境维护和水安全等多个指标,建立多目标规划模型,采用不同的算法确定目标权重和决策方案。
例如,在蓝色水治理中,可以将供水量指标的权重调低,将环境维护指标的权重调高,以保障生态环境和水质安全。
2. 优化水资源分配方案。
在确定了多目标规划模型和目标权重之后,可以采用遗传算法、动态规划等优化方法进行求解,寻找一个最优的决策方案。
93河南科技2010.2下水资源优化配置是指在流域或特定的区域范围内,运用系统工程理论和优化方法,以水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展为目标,遵循公平、高效、统筹兼顾和可持续利用的原则,采取除害与兴利、水量与水质、开源与节流、工程与非工程措施相结合的方法,通过合理抑制需求、有效增加供水、积极保护生态环境等手段和措施,对多种可利用水资源在区域间和各用水部门间进行最优化调配和分配,力求水资源与其他资源合理配置,实现有限水资源的经济、社会和生态环境综合效益最大[1]。
水资源的优化配置研究可为水量和水质在时间和空间上的合理调配和使用以及保障水资源的可持续利用提供科学依据和对策、措施。
因此,水资源的优化配置研究在解决我国的水资源问题,实现水资源的可持续利用等方面均占有重要地位,对促进经济社会的可持续发展具有重要理论和实际意义。
1. 水资源优化配置中多目标问题分析区域水资源系统往往是一个用水部门众多的大系统,在现代水资源优化配置思路中,己经改变了过去以经济效益为中心的基本观念,不仅仅是要获得尽可能大的经济效益,还必须将生态环境保护放到重要位置,同时要兼顾引水保障和粮食安全的问题。
配置中所考虑的不同问题可以作为不同的目标,各个目标之间相互矛盾而又不可公度,这就使得区域水资源优化配置转变成一个多目标优化的问题,在协调各个配置目标时要以公平与高效为基本分配原则,目标是寻求水量在各个用水部门之间的最优分配,实现水资源利用的可持续发展。
2 模型的建立及求解2. 1水资源多目标优化配置模型的建立2. 1.1 决策变量根据区域的地形地貌、水利条件、行政区划,一般可将区域划分为若干分区。
根据各水源在区内的配水特性,可将水源划分成两类:共用水源和独立水源。
所谓共用水源是指能同时向两个或两个以上的分区供水的水源。
独立水源是指只能给水源所在的分区供水的水源。
本研究假设区域划分为K个分区,i =1,2,…,K,本文将k分区内所有独立水源计为1个水源、分别有J(K)个用水部门j=1,2, …,J(K)(本文各区均定为4个,分别为工业、生活、农业、生态)。
本研究把各分区独立水源概化成一个水库水源,供给本分区用户,同时,假设整个区域内有M个公用水源,c=1,2,…,M,其水量和其它独立水源的水量一样,需要各用户间进行分配。
因此,对于i分水资源优化配置中多目标模型的建立和求解西南交通大学环境科学与工程学院 韩海燕 钟曙亮 彭俊林 汪则灵摘要:本章从水资源优化配置的基本概念入手,讨论了水资源配置的多目标性,并针对这种多目标性研究了水资源多目标优化配置模型的建立和求解。
关键字:水资源 配置 多目标 求解区而言是1+M个水源和4个用户的水资源优化分配问题。
设j i x ,为i分区独立水源对本区第j个用水部门的供水量;c j i x ,为第c个公共水源对第i分区第j个用水部门的供水量,故区域水资源优化配置决策变量个数为:M K K 44+ 。
2.1. 2 目标函数本文选用多目标优化规划,各用水部门之间的最优分配模型主要是考虑用水部门综合效益最大化。
将多目标分为工业用水效益、生活用水效益、生态环境用水效益和农业用水效益这四个目标。
其目标函数形式为:()()()()()],,,[4321x f x f x f x f Max x MaxF = (2-1)子目标为: ()∑∑∑===+⋅=⋅=KKMc c ggx x B Q B x Maxf 1111111)( (2-2) ())(112122222∑∑∑===+⋅=⋅=K i Mc c i K i i x x B Q B x Maxf (2-3) ())(113133233∑∑∑===+⋅=⋅=K i Mc c i K i i x x B Q B x Maxf (2-4) ())(114,144444∑∑∑===+⋅=⋅=K i Mc c i K i i x x B Q B x Maxf (2-5)式中 ()x f 1——工业用水效益目标;()x f 2——生活用水效益目标;()x f 3——农业用水效益目标;()x f 4——生态用水效益目标;x——决策变量,非负;K——分区个数;M——公共水源个数;432,,,B B B B g ——工业、生活、农业和生态用水的综合效益系数。
2.1. 3 约束条件本研究设置约束条件如下:(1)供水约束——水源可供水量约束公共水源c: ∑∑==≤K i j ic ji W x 131, (2-6)k分区独立水源: ∑=≤41kW x (2-7)式中 c W ——公共水源c可供水量;k i W ——k分区独立水源i的可供水量;j i x ,——i分区独立水源对本区第j个用水部门的供水量;c j i x ,——第c个公共水源对第i区第j个用水部门的供水量。
(2)需水约束——用户需水约束对于生活、工业、农业和生态各用水部门应该设定最低供水保证,但分配水量也不应超过各部门的最大需水量。
max1minj i Mc c ji ji j i D x x D ≤+≤∑= (2-8)式中 min ,j i D ——k分区j用户的最小需水量;max ,j i D ——k分区j用户的最大需水量。
3.变量非负约束0,≥j i x (2-9)94河南科技2010.2下绿色科技0,≥cj i x (2-10)2.2模型的求解水资源多目标优化配置模型具有多目标、多约束、多关联、非线性的特点,是一个规模庞大、结构复杂、影响因素众多的大系统多目标模型。
许多学者分析采用了不同的计算方法研究求解水资源优化配置的模型[2~4]。
多目标优化问题有多种解法,利用目标达到法来求解多目标规划问题常常是指,已知目标函数系列为()()(){}x f x f x f x F m ,,,)(21"=,对应有其目标值系列{}••••=mf f f F ,,,21"。
允许目标函数有正负偏差,偏差的大小由加权系数向量()m w w w W ,,,21"=控制,于是目标达到问题就可以表达为标准的最优问题:γΩ∈∈x R x ,min (2-11)sub. ()•≤−i i i f w x f γ i=1,…,m (2-12)指定目标{}••21,F F ,定义目标点P。
权重向量定义从P 到可行域空间()γΛ的搜索方向,在优化过程中,γ得变化改变可行域的大小,约束边界变为唯一解点s F 1、s F 2。
目标达到法的最大好处是可以将多目标最优化问题转化为非线性规划问题,但是,在序列二次规划(SQP)过程中,一维搜索的目标函数选择不是一件容易的事情,因为很多情况下,很难决定是使目标函数变大好还是变小好。
这就导致目标达到法改进的提出,可以通过将目标达到问题变为最大最小化问题来获得更合适的目标函数。
{}i i Rx nΛ∈max min (2-13)式中()ii ii W F x F •−=Λ i=1,…,m。
3.结论多目标优化配置模型能实现区域社会、经济、环境综合效果最大,并得到相应的水资源分配方案。
可以得到整个区域、各子区及用户的缺水程度。
文中采用目标达到法的改进法对模型进行求解,在Matlab优化工具箱中,函数fgoalattain实现了目标达到法求解的改进,使得多目标优化算法更具有鲁棒性。
参考文献:[1] 许新宜等.浅谈水资源承载能力与合理配置[J].中国水利.2002,10:42-44.[2] 马斌,解建仓,汪妮,等.多水源引水灌区水资源调配模型及应用[J].水利学报.2001,(9): 59-63.[3] 吴泽宁.基于生态经济的区域水质水量统一优化配置研究「D].河海大学博士研究生学位论文,2004,2.[4] 苏金明,张莲花,刘波.Matlab工具箱应用[M].北京:电子工业出版社,2004.1.芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性。
目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。
近年国外一家公司开发了一种负载型磺酸盐、S iO 2 催化剂。
另外, 一家公司宣称开发成功了一种固体酸催化的异丁烷、丁烯烷基化新工艺。
采用绿色的溶剂在无毒无害溶剂的研究中, 最活跃的研究项目是开发超临界流体(SCF) , 特别是超临界二氧化碳作溶剂。
超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点(311℃、7477179kPa) 以上的二氧化碳流体。
它通常具有液体的密度, 因而有常规液态溶剂的溶解度; 在相同条件下, 它又具有气体的粘度,因而又具有很高的传质速度。
而且, 由于具有很大的可压缩性, 流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。
超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
利用可再生资源合成化学品利用生物量(生物原料) (B iomass) 代替当前广泛使用的石油, 是保护环境的一个长远的发展方向。
生物质主要由淀粉及纤维素等组成, 前者易于转化为葡萄糖, 而后者则由于结晶及与木质素共生等原因, 通过纤维素酶等转化为葡萄糖, 难度较大。
有关方面曾报道以葡萄糖为原料, 通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等, 尤其是不需要从传统的苯开始来制造作为尼龙原料的己二酸取得了显著进展。
由于苯是已知的治癌物质, 以经济和技术上可行的方式, 从合成大量的有机原料中取除苯是具有竞争力的绿色化学目标。
3. 绿色化学的未来发展类社会在工业化社会以来的几百年,依赖其科学技术的进步,特别是利用化学科学的成就,创造和生产出大量的化学品种、化学物质,不断地满足了人类社会的经济和文化的需求,为人类的进步做出了巨大的贡献,但在另一方面,利用化学和化学过程也对环境的污染负有一定的责任。
以绿色化学为基础,开发绿色化学技术不仅是保护生态环境的需要,也是充分利用资源、降低生产成本的需要。
这对于提高我国化学工业在国际上的竞争能力、促进科技自身发展,促进我国化学工业、医药、农药等相关产业的绿色化进程都有十分重要的意义。
绿色化学的思想是人类可持续发展的客观要求,化学家在这些方面已经并将继续作出更大的贡献。
绿色化学的诞生,体现出技术本身就具有生态价值,为人类协调自己与环境的关系提供了物质手段,为人类解决发展与环境之间的矛盾提供了前提和保证。
绿色化学是21世纪中国工业发展的核心所在,只有在充分贯彻了绿色化学的思想后才能实现可持续发展。
[参考文献]:1. 蔡建岩,浅谈绿色化学,长春大学学报,2002,22. 闵恩泽,傅军,绿色化学的进展,化学通报,1999,13. 方芳,吴勇,绿色化学的进展,安徽化工,2001,3[作者简介]:王梦阳,中国矿业大学化工学院 应用化学专业学生;陈海丽,中国矿业大学化工学院化学工程与工艺专业学生。
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