《水资源系统工程》介绍
水资源系统分析第一讲
1、什么是水资源规划?
国外没有形成如中国所特有的水利行业 的综合概念,而在近几十年来水资源问 题发展并越来越突出后,逐渐又赋予水 资源了许多涉及与水有关各方面的内涵, 从而出现十分接近中国的水利行业的水 资源行业。在这个层次上,国外的水资 源规划就等同于中国的水利规划。
1、什么是水资源规划?
水资源规划的研究对象包括什么? 水循环系统 人类社会系统 生态环境系统
3、漫谈现代水资源规划的发展
墨西哥的水资源政策最初起源于1917年 的宪法基本宣言:“水是国家所拥有的 财产,只有得到有关联邦权力机构的授 权才得以使用”。经过了70年的发展, 墨西哥逐步形成一套比较完整的法律制 度,规定了所有想使用国家水资源的个 人、公共团体和私人企业的权利和义务, 以及国家的职责范围。
2、水资源规划基本内容与步骤
水资源规划的基本工作内容有哪些? 1、水资源规划的问题识别 2、水资源规划方案集的拟定 3、水资源规划方案集的运算 4、水资源规划方案的影响评价 5、水资源规划方案的评价与选择 6、水资源规划的方案落实
2、水资源规划基本内容与步骤
水资源规划的基本工作步骤是什么?
(1)问题剖析阶段(包括问题的目标选择阶段) (2) 规划或管理模型制定阶段 (3) 系统模型的优化计算阶段 (4) 影响评价 (5) 规划方案评价 (6) 工程实施阶段 (7) 运行阶段 (8) 系统规划和运行策略阶段
1、什么是水资源规划?
观点1:
水利规划是指为防治水旱灾害、合理开发 利用水土资源而制定的总体安排,内容包 括:确定研究范围,确定规划方针、任务 和目标,研究防治水害的对策,综合评价 流域水资源的分配和供需平衡对策,拟定 全局部署及部分重要的枢纽工程的布局, 综合评价规划方案实施后对经济、社会和 环境可能的影响,提出为实施这些目标需 采用的重要措施及程序等。
水利专著介绍
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水利系统
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。
水资源系统工程》参考文献
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水资源系统分析ppt
模型,以逼真地反映系统动态过程和检查水文系列的代表性。
常用的水文系列通常有两种:实测水文系列和由人工产
生的径流、降雨系列。前者用来再现在已发生过的水文样本
情况下,系统动态过程和结果;后者是根据水文统计特性,
预测系统的动态过程和期望结果及偏离。
⑶ 序列模型
当选定系统的规划方案后,一般要用序列规划模型方案
4)系统分析 用系统论的观点进行寻优决策,是运筹学在各个学科领
域的应用和发展。 系统分析的步骤: ⑴问题的确立 系统建立后,对所确立的问题必须明确三大要素: ①目标 ②可行决策 ③ 约束条件:反映系统与其所处环境的联系的制约关系。
⑵建立模型 ⑶模型的求解和验证 验证方法:①再现过去的历史过程,与实际记录相对照;
从求解过程,可以得到以下几点: ①线性规划所有可行解组成的集合是凸集; ②如果线性规划问题有最优解存在; ③若可行域为有界,则线性规划问题一定有最优解,且必定
在某点处得到;若可行域为无界,则不一定有最优解存在。 ④灵敏度分析
单纯形方法的基本原理 单纯形方法的一般步骤: ①从一个极点(也就是基可行解)开始搜索;
论、信息论等; 70年代到80年代,系统科学的发展主要是系统
自组织理论的建立; 80年代以来,非线性科学和复杂性研究
3)系统工程 研究的技术内容: (1) 运筹学:运筹学所要研究的问题是在环境约束条件下,
应用辩证的方法,对系统进行全面规划、统筹兼顾,使系统所 追求的服务目标达到最优。主要分支如下: ①规划论:研究系统资源的合理分配、调度或系统最优设计等; 它包括线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划等。 ②网络技术:在图论和数理统计的基础上应用网络分析的方法, 对系统的各项工作进行分析、预测和调整,以使系统准求的目 标达到最优。目前广泛用于系统的计划和管理组织工作。 ③排队论:研究公用服务系统
水资源系统理解
浅说水资源系统工程说到系统,这个概念实在超越了我现有的描述能力。
我只能肤浅地罗列出一些它的特征。
首先,它由许多具有不同功能的单元连接而成,譬如我们的陆地生态系统,有太阳作为能量的来源,有各种生物组成食物链条的主客体,从而实现生物间自我的繁殖与消减,还有不定期发生的自然事件打破固有的生物链条。
其次,系统可以实现某些功能,譬如生态系统实现了生命在地球上的循环,季风系统实现了海陆水量和热量的二次分配。
最后,系统不能孤立存在,它必须与外界发生物质、能量的交换,例如人活着,就要吃东西,要通过新陈代谢消耗摄入的能量。
水资源系统,在我理解就是在具有以上特征的系统中增加与水资源相关的限制条件,是一个系统的分支。
而所谓的水资源系统工程,就是应用数学等理论分析、建模的方法来研究水资源系统的规划、设计、组织、管理、运行、评价等问题的一种新兴发展的学科。
水资源系统工程是帮助实现水资源利用率最大化、效益最合理化的必要条件。
以灌溉这一稍简单的水资源系统来说,既要满足农业的基本需求,又必须考虑水资源的利用率,这就有必要合理建立系统模型,将诸如灌溉蓄水量,需水速度,水在田间蒸发速度,降雨等因素作为因变量,通过系统地分析得到最优结果。
当然,水资源系统工程的应用不仅仅限于现有的水文系统、防洪系统、供水系统、灌溉系统等。
伴随项目化管理的进步,水资源系统工程有着光明的前景。
譬如说在不远的将来,单纯的水资源系统很可能同其他学科的系统捆绑结合(例如某个水电站工程可能联系到之后的防洪、供水系统,以及金融系统,联合组成更大的系统),这时我们期待系统的产出就变得很复杂,可能涉及经济,人身安全,文化,环保等各方面。
因而,我认为水资源系统分析至少应该发展到能够适应很强的复杂性与变异性。
以上是我对水资源系统工程的一点看法。
至于本课程,我希望了解目前世界上水资源系统分析能力现状,主要方法(最好有实例!!),应用到的数学模型和数学分析方法。
金菊良、丁晶著《水资源系统工程》1绪论
第1章绪论1.1水资源系统工程与遗传算法从系统的组成角度看,系统是由两个或两个以上相互联系的要素组成的、具有整体功能和综合行为的集合[1-5]。
该定义规定了组成任何系统的3个条件:①组成系统的要素必须两个或两个以上,它反映了系统的多样性和差异性,是系统不断演化的重要机制;②各要素之间必须具有关联性,系统中不存在与其它要素无关的孤立要素,它反映了系统各要素相互作用、相互激励、相互依存、相互制约、相互补充、相互转化的内在相关性,也是系统不断演化的重要机制;③系统的整体功能和综合行为必须不是系统各单个要素所具有的,而是由各要素通过相互作用而涌现(emerge)出来的。
与系统要素相关联的其它外部要素的集合称之为系统的环境,它是研究对象全空间R中系统集合S与非系统集合F的过渡集合E,它们之间存在如下关系:R=S E F,S F= (空集)。
系统的边界把系统与系统的环境区分开来,环境的边界把系统的环境与非系统集合区分开来。
系统的边界和环境的边境具有弹性和动态性,是不断变化的,反映了不同的研究时间、研究条件和研究要求,由此决定了系统的层次性,即一个系统既可以向下分解为一系列子系统,又可以向上隶属于更大的系统。
从系统与系统环境的相互作用的角度看,系统是由系统输入、系统转换和系统输出组成的集合。
系统输入是环境对系统的作用或激励,系统输出是系统对环境的作用或响应,系统转换是以系统输入为定义域、系统输出为值域的映射。
系统输入可以是物质变量、能量变量或者信息变量,相应的系统输出也可以是这三类变量。
例如[6]:可以把到达流域地面的降雨作为系统输入,把流域的下垫面的作用作为系统转换,把水向大气中蒸发、水向深层地下水渗透、水进入河网作为系统输出,这三者组成流域产流系统,而把水在大气中的运动、在深层地下水的运动和在河网中的运动视作流域产流系统的环境;可以把降雨经过下垫面的截留、填洼、下渗和蒸发等损耗后所剩余的“净雨过程”作为系统输入,在流域出口断面的流量过程作为系统输出,把由净雨过程到流量过程的转换过程作为系统转换,这三者组成流域汇流系统,而把水在流域下垫面上的截留、填洼、下渗和蒸发过程等视作流域汇流系统的环境。
水系统工程涵盖的领域
水系统工程涵盖的领域1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括对水系统工程的整体概括和重要性的介绍。
随着世界人口的增长和工业化的快速发展,对水资源的需求不断增加。
水系统工程作为管理和维护水资源的一种重要方法和手段,涉及广泛的领域,包括水资源管理、水供应和处理等。
它的目标是有效地管理和利用水资源,提供清洁的饮用水和用水,同时还要处理和处理废水,保护环境。
水系统工程的重要性不容忽视。
首先,水是人类赖以生存和发展的基本需求。
无论是生活用水、农业灌溉还是工业生产,都离不开充足和优质的水资源。
水系统工程的实施可以确保水资源的可持续供应,满足人们对水的需求。
其次,水资源管理是一项复杂的任务。
通过水系统工程,可以有效地管理和调控水资源的分配和利用。
它涉及到水资源的调查和评估、水资源的规划和分配、水资源的保护和管理等方面。
水系统工程的科学性和系统性可以帮助人们更好地进行水资源管理,实现水资源的高效利用。
另外,水供应和处理也是水系统工程的重要内容。
随着城市化的发展,城市的用水需求不断增加,而且水质的要求也越来越高。
水系统工程可以确保水的安全和质量,包括水的抽取、输送、处理和分配等过程。
它还可以处理和处理废水,减少环境污染。
综上所述,水系统工程涵盖了广泛的领域,包括水资源管理、水供应和处理等。
它对于保障人类的生活和经济发展具有重要意义。
在未来,随着人口的增长和环境压力的增加,水系统工程将面临更多的挑战和机遇。
因此,加强水系统工程的研究和实施是十分必要的。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括对整篇文章的组织和内容安排进行介绍。
在本文中,我们将按照以下结构来探讨水系统工程涵盖的领域。
首先,在引言部分,我们将概述本文的主题和背景,并对水系统工程的重要性进行简要介绍。
然后,我们将给出文章的整体结构和目标,以帮助读者了解本文的大致内容。
接下来,在正文部分,我们将重点讨论两个主要领域,即水资源管理和水供应和处理。
在水资源管理部分,我们将探讨如何有效管理和保护水资源,包括水资源评估、水资源规划和水资源保护措施等内容。
水资源管理系统
水资源管理系统一、水资源管理系统的概述水资源是维系人类生态系统和社会经济发展的基础资源,是各个国家和地区最重要的战略资源之一。
随着人口的增长和经济的发展,水资源的需求量不断增加,但水资源的供应量却有限,因此如何合理高效地利用和管理水资源成为当今重大的问题之一。
水资源管理系统是一种将水资源管理理念、技术手段、管理体系等与信息技术完美结合的系统,其主要目的是对水资源的开发、利用、保护、监控、调度等方面进行全过程管理和优化配置,以实现水资源的可持续利用。
二、水资源管理系统的架构水资源管理系统主要由三个部分组成:数据采集系统、数据处理与分析系统和数据展示与应用系统。
1.数据采集系统:数据采集系统是水资源管理系统的基础,主要通过传感器和计量仪器等采集水文、水质等数据,并通过GPS、遥感等技术获取地形地貌、土壤、植被等环境数据,实现对水资源的全面监测和掌控。
2.数据处理与分析系统:数据处理与分析系统是水资源管理系统的核心,主要通过数据挖掘、模型建立、分析比对等手段深入分析跟踪水资源的变化规律和趋势,为决策提供科学的依据和参考。
3.数据展示与应用系统:数据展示与应用系统是水资源管理系统的外部表现层,主要通过可视化、报表预警、模拟仿真、智能判断等手段实现对水资源管理的优化和决策支持,同时也提供成果展示和信息共享等功能。
三、水资源管理系统的应用水资源管理系统主要应用在水库水文预报、水资源监测、水资源调度、水生态保护、灾害预警等领域。
具体可采用如下策略:1.统筹规划:通过系统分析和综合计算等方法,制定科学合理的水资源开发利用规划,做到生态稳定、经济繁荣、社会和谐。
2.动态監測:通过实时监测和预警等手段,对水资源的存量、质量、流向等进行跟踪和分析,及时发现和处理水资源的异常情况。
3.动态调控:通过智能化的水资源调度系统,掌握河流、水库等水源的动态流量和水质情况,实现流量和水质的优化调控和水源的最大化利用。
4.动态保护:通过建立环境保护指标体系,监控水体污染物浓度,加强对水生态环境的监测和调查,及时发现和处理有害因子,保护水生态环境。
水资源系统工程(研2015年)
教学参考书
1.冯尚友,水资源系统工程,湖北科技出版社,1996年 2.许国志,系统科学,上海科教出版社,2000 3.袁宏源、邵东国、郭宗楼,水资源系统分析理论与应用, 武汉水利电力大学出版社,2000 4.郭元裕、李寿声,灌排工程最优规划与管理,水利水电出 版社,1996年 5、翁文斌、王忠静、赵建世,现代水资源规划理论、方法 与技术,清华大学出版社,2003 6、邵东国等,水资源复杂系统理论,科学出版社,2012
政
策
新兴信息技术下的服务科学
工程项目管理学
2012-04-18
系统工程学
系统科学
经济学
水利水电学院
系统思想
•系统思想是关于事物整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念
2012-04-18
水利水电学院
系统定义
•系统是相互作用的多元素的复合体(贝塔朗菲) S=<A,R>
式中:A为系统S的元素集,R为元素间的关系集
•特点
–多元性:多样性的统一,差异性的统一 –相关性 –整体性 –非线性 –多目标性 –非确定性 –环境适应性
2012-04-18
水利水电学院
系统结构
•结构:组分及组分之间的关联方式
•当系统规模太大时,必须对元素进行“分片”管理,把系统分 成若干子系统,但不同子系统具有相同的结构
•子系统特点:
–局域性 –系统性 –可分性 –相对独立性
2012-04-18
水利水电学院
•现代科学技术:使系统思想定量化,定量处 理系统各组成部分相互联系
•计算机技术:为定量化系统思想的应用提供 了强有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化:要求系统 思想方法定性与定量相结合
水资源系统工程在水环境质量评价中的应用
划 、 电站群 参数优选和水库优 化调度 . 水 以及地 区水资源科学分配研 究等方面也取得了很 大的效益 。
生产 、 济发展和环境 改善不可替 代的极为宝 贵的 自然资 源 . 经 是人类 1 水 资源系统工程在水环境质量评价 中的应用 赖 以生存和发展 的不可替代 的物质基础 .又是 生态环境的基本要素 11 水 资源系统评价 . 水资源 ( a r eor s包含 “ 和“ ” w t stc ) er le 量” 质 双重概念 . 人类长期生存 、 是 水 资源系统评价就是对所研究的水资源系统各要 素f 即评价对象1 生活和生产活动 中所需要 的具有数量要求和质量前提的水量 在 总体上进行分类排 序 . 根据有无评 价标准 . 水资源 系统评价可分为 目前 , 许多 国家都面临着水资源危机的挑战 , 资源短缺 、 水 水体污 等级评价 和聚类评价两类 染、 洪涝灾 害等严重 阻碍 了 国家经 济和社会 的发展 . 并造成一 系列 的 水 资源系统评价的一般步骤包括 : 社 会问题 。 因此 . 研究水资源问题 、 实现水资源的可持续利用 以及水资 ①确定评价 目 、 标 评价对象和评 价准 则: 源与经济 、 和生态环境 的可持续发 展 . 社会 对缓解 水资源危机 将具有 ②建 立评价指标体 系 . 对复杂系统 . 一般需要建立评价指标 的层 十分重要的意义 而水资源的开发利用以及管理是人类作用于 自然水
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科技信息
。百家论剑 0
SIN E E H O O YIF R A IN CE C &T C N L G ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ M TO N
21 年 01
第 2 期 9
水资源系统工程在水环境质量评价中的应用
安 沽 张小超 2 ( . 州大 学环 境技 术咨 询工 程公 司 河 南 1郑
《水资源系统工程》介绍
6.2基于遗传算法的投影寻踪评价模型……………………………………………168
6.3基于遗传算法的神经网络评价模型……………………………………………180
6.4基于遗传算法的逻辑斯谛曲线评价模型………………………………………185
4.1水资源系统预测概述……………………………………………………………113
4.2基于遗传算法的门限自回归模型………………………………………………114
4.3基于遗传算法的门限回归模型…………………………………………………119
4.4基于遗传算法的双线性模型……………………………………………………126
3.2基于遗传算法的水资源系统人工神经网络建模方法……………………………81
3.3基于遗传算法的水资源非线性系统建模方法…………………………………104
3.4小结………………………………………………………………………………111
第4章基于遗传算法的水资源系统预测方法…………………………………………113
本书可作为高等学校水利工程、土木工程、市政工程、环境工程及相关专业的本科高年级学生、硕士生和博士生的教材及教学参考书,也可作为水利工程、土木工程、市政工程、环境工程、农业工程、地理工程、工商管理、系统工程、技术经济、应用数学以及有关专业的管理人员、科学研究人员、工程技术人员和领导干部的培训教材和自学参考书。
1.2水资源系统工程研究进展…………………………………………………………14
1.3遗传算法研究进展…………………………………………………………………21
1.4本书的目的和内容…………………………………………………………………33
水资源系统工程在水环境质量评价中的应用
水资源系统工程在水环境质量评价中的应用摘要:水环境质量评价就是对水环境品质的忧劣给以定量或定性的描述,它是人们认识水环境质量,找出水环境质量存在的主要问题所必不可少的手段和工具。
文章重点就水资源系统工程在水环境质量评价中的应用进行研究分析,以供参考和借鉴。
关键词:水资源;系统工程;水环境;质量评价;应用引言随着国内经济发展,城镇建设和工业生产不断扩大,人们在工业及生活中用水量急剧增长的同时排放量也随之增加,致使大量工业及生活污水将诸多水体污染,导致水污染已成为目前国内最为严重的环境问题,国内七大水系2/3以上的监测段面不能满足Ⅲ类水质要求,水体污染在成为人类面临的最大环境问题的同时,也加剧了各地的水资源短缺,而要实现对水环境有效治理、改善和保护,首先应对水环境质量做出可观准确的评价,因此其是保护地区水环境的基础性工作,已成为当今急需研究的问题。
1水环境质量评价及其原则水环境质量评价是对某区域内水体内各要素进行分析并作出定量的评价,通过对评价结果进行分析来将区域内水环境质量变化及其发展趋势弄清,之后根据发展规律及趋势来为当地控制水污染和水环境系统工程的制定提供依据,为做好当地水环境规划及区划做好基础。
总之,对区域内水环境进行质量评价是对区域内水环境污染进行防治的基础工作,也是改善区域内水环境质量而急需解决的问题,在水环境质量评价时应遵循全面性、独立相关性、可操作性及准确性原则。
2水资源系统工程在水环境质量评价中的应用2.1水资源系统评价水资源系统评价就是对所研究的水资源系统各要素在总体上进行分类排序,根据有无评价标准,水资源系统评价可分为等级评价和聚类评价两类,水资源系统评价的一般步骤包括:第一,确定评价目标、评价对象和评价准则;第二,建立评价指标体系,对于复杂系统,一般需要建立评价指标的层次结构模型;第三,评价指标的获取、筛选和定量化;第四,评价指标的一致化、无量纲化处理;第五,建立评价模型,把一个多指标问题综合成一个单指标的形式,包括确定各评价指标的权重及其与各评价指标的组合形式;第六,把评价对象的评价指标值代入评价模型,得到各评价对象的综合评价指标值,据此对各评价对象在总体上进行分类排序;第七,反馈与控制,即根据评价结果有时需要对以上有关步骤进行相应调整、修正和多次迭代过程。
水利专著介绍
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分析方法组成的现代应用系统工程新的理论体系。在该体系下, 从系统优化方法这一现代 2
整的 应用技术, 读者可据此迅速掌握这些方法的 原理方法与计算技术、 并有所创新。 S 该书可作为高等学校水利、 农业、 资源、 环境、 土木、 市政、 经济管理、 应用数学及相关专 2
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0 2 得到了水利、 农业、 环境、 资源等 i l 人员的培训教材和自学参考书。该书自20 年出版以来, 0 0 l 领域科学研究人员的广泛应用, , 5次以上。该书汇集了作者近 1年来5篇论著 § 的最新成果 ,77万字 , 2 已被引用30 3. 定价 7 免费邮寄。联系人 : 元 合肥工业大学土建学 院水利系金 菊 整 l 良, 200 ; (512037, —mal JNL6@xnunttm。 邮编 309 电话 o5)935 E i. IJ6 ihae.o l l
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智能水资源系统工程探讨
• 引言 • 智能水资源系统概述 • 水资源系统工程的关键技术 • 智能水资源系统的发展现状与趋势 • 智能水资源系统工程实践案例 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
水资源短缺
01
全球范围内,水资源日益紧缺,已成为制约经济社会可持续发
展的重要因素。
传统水资源管理方式的局限性
02
通过数据采集系统对水资源数据进行技术对水资源数据进行深 入分析,发现数据背后的规律和趋势。
预测与决策支持
根据数据分析结果,对未来水资源的需求和供给进行 预测,为决策者提供科学依据。
04
智能水资源系统的发展现状与趋势
国内外发展现状
01
国内发展现状
传统的水资源管理方式难以满足现代社会对水资源的需求,需
要寻求更加高效、智能的管理方式。
技术进步
03
随着科技的不断进步,智能技术在水资源管理领域的应用逐渐
成为可能。
目的和意义
提高水资源利用效率
通过智能水资源系统工程,能够更加合理地配置和利用水资源, 提高其利用效率。
保障供水安全
智能水资源系统工程有助于实时监测水质、水量等信息,保障供水 安全。
02
国外发展现状
国内外发展比较
03
技术发展趋势
01
物联网技术的应用
02
03
04
大数据和云计算的应用
人工智能和机器学习的应用
智能传感器和遥感技术的应用
市场发展趋势
01
市场需求增长 趋势
02
市场竞争格局 变化
政策法规对市 场的影响
03
04
新兴市场和领 域的发展
05
智能水资源系统工程实践案例
水资源系统工程的理论框架探讨_金菊良
2004年2月系统工程理论与实践第2期 文章编号:1000-6788(2004)02-0130-08水资源系统工程的理论框架探讨金菊良1,魏一鸣2,丁 晶3,付 强3(1.合肥工业大学土建学院,安徽合肥230009;2.中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100080; 3.四川大学水电学院,四川成都610065)摘要: 作为一门新兴交叉综合性工程技术学科,水资源系统工程在人口、资源、环境、经济与社会区域可持续发展战略研究中具有重要意义.根据水资源系统工程的基本概念,指出水资源系统工程的实质就是处理各种水资源系统问题的方法论,据此提出了水资源系统工程新的理论框架,它由水资源系统优化方法、建模方法、预测方法、模拟方法、评价方法和决策分析方法组成.该理论框架在各种应用系统工程研究中具有参考应用价值.关键词: 水资源;系统工程;方法论;理论框架中图分类号: T V213.4 文献标识码: A A Study on the T heoretics Frame ofWater Resources Systems EngineeringJIN Ju-liang1,WEI Yi-ming2,DING Jing3,FU Qiang3(1.Co llege o f Civ il Eng ineering,Hefei U niver sity of T echno lo gy,Hefei230009,China; 2.Institute o f Po licy& M anag ement,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,China; 3.Co lleg e o f Hy dr o-electr icity,Sichuan U niv ersit y, Cheng du610065,China)Abstract: A s a new eng ineer ing techno lo gy of cro sso ver and integr ation,wat er r esour ces sy st emsengineer ing takes on ver y impor tant meaning in reg io na l sustainable dev elo pment str ategy resear ch ofpopulation,resour ces,enviro nment,econo my and society.Based on the basic co ncepts o f w aterr eso urces systems engineer ing,the essential o f w ater r esour ces systems eng ineering is the metho do lo gyfor dealing w ith water resour ces pr oblems.And then the theo retics frame of w ater r eso urces sy st emsengineer ing is presented,w hich is co nsisted o f optimizatio n methods,m odeling metho ds,pr edictio nmetho ds,simulation metho ds,ev aluat ion met ho ds a nd decision-ma king analysis metho ds o f w aterr eso urce sy st em.T he t heo ret ics fr ame possesses refer ence and applicatio n va lue in applied sy st emsengineer ing such as env ir onment systems engineer ing.Key words: w ater r esour ce;systems engineer ing;metho do lo gy;theo retics fr ame 作为一切生命之源,水资源始终是支撑人类生命和经济增长与可持续发展的最基本的要素之一.进入21世纪,随着人类社会经济的不断发展,水资源系统的政治、社会、经济和环境影响也在不断凸现:一方面,水资源短缺危机在世界各地日益暴露,危机的广度和深度在日益增加;另一方面,水量过多将产生水灾,水量过少引起旱灾,水质受到污染还会导致重大环境问题.当今,水资源系统问题已成为许多国家/地区社会经济可持续发展的瓶颈,成为重大战略性问题[1-3].水资源系统工程(w ater resources sy stems eng ineer ing)就是对水资源复杂系统进行科学规划、最优设计和优化运行管理的一门新兴交叉工程技术学科,它已广泛应用于水资源开发利用管理各部门之间,水利与农业、工业、交通、能源、建设等部门之间的协收稿日期:2003-01-26资助项目:国家自然科学基金(40271024);教育部优秀青年教师资助计划(教人司[2002]350);安徽省优秀青年科技基金;安徽省自然科学基金(01045102) 作者简介:金菊良(1966-),男(汉族),江苏吴江市人,合肥工业大学教授,博士,主要从事水资源系统工程研究. Email:jinjl66@x 调和发展,特别是在社会、人口、经济、资源与环境可持续发展战略研究中具有重要意义[4,5].由于水资源系统工程研究内容的庞杂性和实际应用的广泛性,目前关于水资源系统工程的基本概念尚未统一,也没有建立具有系统性和可操作性的水资源系统工程的理论框架[3,5].为此,本文在文献[6]的基础上,试从方法论的角度论述了水资源系统工程的基本概念,进而探讨了水资源系统工程的理论框架的基本内容.1 水资源系统工程的基本概念1.1 系统工程的方法论从系统的组成角度看,系统是由两个或两个以上相互联系的要素组成的、具有整体功能和综合行为的集合[7-9].该定义规定了组成任何系统的3个条件: 组成系统的要素必须两个或两个以上,它反映了系统的多样性和差异性,是系统不断演化的重要机制; 各要素之间必须具有关联性,系统中不存在与其它要素无关的孤立要素,它反映了系统各要素相互作用、相互激励、相互依存、相互制约、相互补充、相互转化的内在相关性,也是系统不断演化的重要机制; 系统的整体功能和综合行为必须不是系统各单个要素所具有的,而是由各要素通过相互作用而涌现(emerge)出来的.与系统要素相关联的其它外部要素的集合称之为系统的环境,它是研究对象全空间R 中系统集合S 与非系统集合F 的过渡集合E ,它们之间存在如下关系:R =S ∪E ∪F ,S ∩F = (空集).系统的边界把系统与系统的环境区分开来,环境的边界把系统的环境与非系统集合区分开来.系统的边界和环境的边境具有弹性和动态性,反映了研究系统的不同时间、不同条件和不同要求,由此决定了系统的层次性,即一个系统既可以向下分解为一系列子系统,又可以向上隶属于更大的系统.从系统与系统环境的相互作用的角度看,系统是由系统输入、系统转换和系统输出组成的集合.系统输入是环境对系统的激励,系统输出是系统对环境的响应,系统转换是以系统输入为定义域、系统输出为值域的映射.系统输入可以是物质变量、能量变量和信息变量,相应的系统输出也可以是这三类变量.根据系统与系统环境的相互作用,运用系统输入—系统输出不同的关系分析,形成了系统优化、模拟、预测、评价和决策分析等一系列处理一般系统问题的方法.“工程”的本义是指服务于特定目的的工作程序[8,10].据此,系统工程(systems engineering )就是寻求一般系统的开发设计、组织建立和运行管理最优化的工作程序的一门工程技术学科,它包括运筹学、系统分析、系统研究、费用效果分析和管理科学等中可用于工程实践的各种定量方法和定性定量集成方法.系统工程的研究对象可以是任何一种物质系统,概念系统,或物质/概念复合系统.在现代科学技术体系结构中[8,9],系统工程属于工程技术层次,它的技术科学是运筹学、一般系统论、信息论、控制论等,它的基础科学是尚在建设中的系统学,它的哲学是辨证唯物主义和历史唯物主义.系统工程是介于哲学方法论和专门科学方法论之间的一般科学方法论,它一端与哲学方法相连结,另一端又与其它专门科学方法紧密结合,沟通了哲学与各专门科学,推动了科学方法论向整体性、深刻性和普适性方向不断发展.系统工程思考问题的一般方式,即系统观点就是,任何研究问题都可视作一个系统,必须从时间上动态长期的、空间上普遍联系的和属性上整体协调的观点来最佳地分析、设计、组织和管理该系统.系统工程方法论就是系统工程处理问题的一般方法,目前主要有两类[7,9]:一类是基于“优化”的霍尔(A.Hall)方法论,主要适用于各种复杂工程技术问题;另一类是基于“比较学习与协调”的切克兰德(P .Checkland )方法论,主要适用于各种复杂社会经济问题.系统工程和水利工程等常规工程技术一样,都是根据实际问题和条件,运用相应的基础科学和技术科学的基本理论和方法,以改造客观世界使其符合人类需要为目的的,但两者有很大的不同[7-12]: “工程”的概念不同.常规工程技术的“工程”是指应用自然科学原理和方法于实践,设计和生产出诸如水库、大桥等有形实体(“硬件”)的技术过程.而系统工程中的“工程”概念既包括上述“硬件”的设计与建造,包括与这些“硬件”紧密相关的概念、思想、规划、计划、方案、程序等(“软件”)活动过程,包括协调硬件与软件技术的“斡件”(orgw are),还包括探讨人类活动系统的“人件”(human-w ar e).可见,系统工程中的“工程”外延已延拓了常规工程技术中的“工程”的范畴,其内涵已抽象为处理各种问题的工作程序. 研究对象不同.常规工程技术的研究对象是各自特定领域内的工程实体对象,着眼于物质运动和能量转换.而系统工程的研131第2期水资源系统工程的理论框架探讨132系统工程理论与实践2004年2月究对象是一般系统,既包括各种常规工程技术中的实体对象系统,也包括生态、环境、经济、社会、管理等非实体的概念对象系统,还包括实体对象系统与概念对象系统相结合的复合系统.在实际运用系统工程时都把所研究的问题看做一个系统进行研究,其中的各种信息及其转换是系统工程的主要研究对象.因此,系统工程是研究各种系统普遍适用的一门综合性工程技术.在应用系统工程解决实际问题时,系统工程必须与所研究系统所在的学科相结合,从而形成不同的应用系统工程学科,例如水资源系统工程、环境系统工程、农业系统工程等. 学科的任务不同.常规工程技术着眼于技术的合理性、用来解决某个特定领域中的具体技术问题.而系统工程的任务是解决系统内部各要素之间、各要素与各子系统之间、各子系统之间、系统与环境之间的协调问题,使系统整体最优化和整体协调化. 研究的方法和成果不同.常规工程技术所使用的方法是在明确目标后根据条件,采用可能实现目标的方法,提出不同方案进行设计、试制出原型,经试验后最终达到生产和建设的目的,它所使用的方法明显体现出“物理”特征,它所提供的是处理问题的答案.而系统工程的研究方法和结果对常规工程技术而言具有方法论性质,如系统观点,系统、信息、结构、功能、控制、反馈等范畴,以及优化、建模、预测、模拟、评价、决策分析等各种系统工程方法等,可适用于各种常规工程技术领域,它所使用的方法明显体现出“事理”和“人理”特征,它所提供的是处理问题的过程(一般方法). 系统工程具有多学科综合性的特点,它是综合应用系统科学、自然科学、数学、计算机科学和计算机技术、常规工程技术、管理科学、经济学、社会科学等各种学科知识,组织管理各种复杂系统,横集众多学科的工程技术学科,只有应用和协调各学科的广泛知识,才可能有效地规划设计、管理控制一个复杂系统.1.2 水资源系统工程的方法论水资源系统工程,就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一门工程技术学科.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、流域、行政区域或经济区域的水资源综合开发利用规划管理与发展战略,防洪/抗旱系统规划与管理,农业灌溉系统规划与管理,城市给排水系统规划与管理,水力发电系统规划与管理,航道运输系统规划与管理,水资源可持续利用与管理,水安全系统规划与管理等内容.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: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,从水资源系统整体优化和整体协调出发,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、相互依赖和相互协调的关系,建立相应的数学模型,并应用系统优化方法、建模方法、预测方法、模拟方法、评价方法、决策分析方法以及其它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.水资源系统工程的方法论,就是水资源系统工程处理水资源问题的一般步骤,它包括: 根据水资源问题的性质和目的,问题所包含的要素、要素之间的联系和要素与问题外部的联系,确定研究问题的范围,并定义为水资源系统. 选择评价系统功能的目标、准则和指标集,建立水资源系统的评价指标体系.目的可用定性方式描述,而目标、指标则一般都需要尽可能定量表达. 根据该评价指标体系,通过实验、调查、观察、记录以及引用文献等形式收集有关资料,对照系统目标整理资料,找出影响系统目标和功能的因素集,然后提出实现系统目标的各种替代方案. 确定影响系统目标和功能的主要因素及其相互关系,定义系统输入、系统转换、系统输出、系统目标函数和系统约束条件,建立系统模型. 利用已建立的各种模型对各种替代方案可能产生的结果进行优化、计算、模拟和预测,分析各种指标达到的程度. 在上述分析的基础上,再结合各种定性因素,通过相应的系统评价方法,把各种替代方案各指标值综合成单一指标值的形式,以表示各方案达到系统总目标的程度,据此确定各方案的优先顺序,供决策者参考. 当研究问题十分复杂、经步骤 仍未能确定处理所研究问题的最优方案时,需进一步确定反映决策者对研究问题的主观意图和倾向的决策准则,分析各替代方案在未来各种自然状态下的益损值矩阵,应用相应的系统决策分析方法,最终选择和决定最佳方案.可见,从方法论的角度看,水资源系统工程实质上就是由一系列系统优化方法、建模方法、预测方法、模拟方法、评价方法和决策分析方法组成的方法集,用以最佳地处理各种水资源系统问题,它的主要特征是整体性、关联性、协调性、系统化、模型化、最优化和实践性.当前的水资源系统工程方法论,是以霍尔方法论为主、兼有切克兰德方法论,并随着水资源系统工程理论和实践向复杂性领域不断推进,切克兰德方法论的比重也在不断提高,这些复杂性主要表现在[1-5,13]: 水资源内涵的层次性与演化性.与人类社会经济和生态环境的生存与发展密切相关的所有淡水,称之为广义水资源;人类社会只有通过对广义水资源的开发利用才能实现从自然资源向实物资源转变的那部分广义水资源(例如径流性水资源),称之为狭义水资源;根据水资源可持续利用观点,可对狭义水资源进一步划分为生态需水量、国民经济可利用水资源量和年水文循环水资源量.随着水资源系统工程的理论与实践的不断发展,水资源的内涵也在逐步展开为自然资源、社会资源与知识资源三种形式.可见,水资源系统是自然系统、生态系统和社会系统相复合的复杂大系统. 水资源的不可替代性与可再生性. 水资源承载能力的多样性、有限性与时空分布的不均衡性. 水资源工程系统(例如三峡工程)建设和管理的前期性与长期性. 水资源系统组成要素的层次性.在不同层次上研究所关心的问题是不同的,系统的运行方式和机制也存在着很大差异. 水资源系统各要素之间、各子系统之间的关联形式的复杂性,表现在结构上是各种各样的非线性关系,表现在内容上可以是物质、能量或信息的关联. 水资源系统适应环境的演化特性.作为开放的系统,水资源系统不断地与其所在的自然环境和人文环境发生着物质、能量和信息方面的交换和作用,由于这些环境的变化和不确定性,引起了水资源系统的输入输出强度与性质在不断变化,进而引起水资源系统的结构、功能和目的的变化,从而使水资源系统呈现出显著的演化特性.例如都江堰水利工程系统中飞沙堰子系统就能根据系统环境中洪水大小变化和泥沙多少变化进行相应的分洪排沙,从而保证了整个系统在2250a 中一直能安全地运行. 水资源系统的空间结构特征.受水文循环规律的支配,降水量和蒸发量具有明显的地域分布特征,由此决定了水资源系统空间结构的主要特征;另外,地势、土壤、植被的不同分布和人类活动也在一定程度上影响水资源系统的空间格局.目前水资源可持续利用与管理研究,已从单一河段/河流的开发利用研究,转移到全流域、跨流域和跨区域的水资源优化配置研究,水资源系统的空间结构特征更为令人关注. 水资源系统的政治社会经济特征.一方面,水资源系统问题已成为区域社会经济可持续发展的重大战略性问题,另一方面,区域政治社会经济发展水平的提高也为水资源系统可持续优化运行提供了客观条件.2 水资源系统工程的理论框架综上所述,水资源系统工程是一门研究处理一般水资源系统的各种方法的新兴交叉学科,其实质就是处理各种水资源系统问题的方法论,这也是水资源系统工程被广泛理解和应用的主要原因之一.从方法论的角度看,当前的水资源系统工程的理论框架是由如下6类方法组成的.2.1 水资源系统优化方法人类各种活动中总希望活动的效果尽可能好些,这种寻求最优化的思想存在于人类社会实践活动的一切过程中.优化法则同时也潜伏于各种生物进化过程和各种非生物演化过程中.正是在这些大量社会实践和自然观察的基础上,人类逐渐形成了优化概念.所谓系统优化,就是如何寻找影响系统目标的优化变量各分量的某种取值组合,使得系统目标函数在给定约束条件下达到最优或近似最优这样一类问题,解决这类问题的方法称为系统优化方法.水资源系统优化就是各种优化方法在水资源系统中的应用过程,它要求在有限的水资源条件下,通过系统内部各变量之间、各变量与各子系统之间、各子系统之间、系统与环境之间的组合和协调,最大限度地满足生产、生活、生态等各用水部门的可持续利用要求,使水资源系统具有最好的政治社会经济效益和生态环境效益.从系统目标、约束条件和优化变量等不同角度,可对现有的水资源系统优化方法进行不同的分类.如根据系统目标的特征,可把系统优化方法分为如下三大类[10,14]:第一类是单层单目标最优化方法,又称标量最优化方法,它是用一个实数变量来表示系统目标的最优化方法.水资源系统的各种功能如防洪、灌溉、发电、航运、旅游、水产养殖等,如果能用可以公度的货币进行统一测度,就成为一个单层单目标优化问题,目前这类方法包括: 无约束优化方法、约束优化方法; 确定性优化方法、随机性优化方法、模糊性优化方法、灰色性优化方法、混沌性优化方法; 线性优化方法和非线性优化方法; 静态优化方法和动态优化方法; 连续变量优化方法、离散变量优化方法和混合变量优化方法等.第二类是单层多目标最优化方法,133第2期水资源系统工程的理论框架探讨134系统工程理论与实践2004年2月又称向量最优化方法,它是用两个或两个以上实数变量来表示多个系统目标的最优化方法.例如在流域水资源规划与管理大系统中,所追求的系统目标有政治效益、社会效益、经济效益、生态环境效益等多个目标.目前,单层多目标优化方法的出发点或者是把它转换成标量最优化问题,或者引入决策者的价值判断于优化过程.前者如加权法、约束法;后者如目的法、代用价值权衡法等.第三类是多层多目标最优化方法,又称大系统最优化方法.很多实际水资源复杂系统如中国西北水资源承载力系统、南水北调系统,是由两个或两个以上具有层次性的目标组成,同一层次的目标之间具有相对独立性,它们都服务于上层目标.在这类复杂系统中如何协调各种目标的取值,以求得整个系统的满意解,是水资源大系统最优化方法研究的主要内容,这类研究目前仍处于初步阶段,主要有大系统分解协调方法.不同的水资源系统优化问题,水资源系统优化方法的求解过程一般也会不同.从方法论的角度看,水资源系统优化方法的一般步骤可包括如下7步: 确定系统优化的目标体系,并用经济、时间、精度、实物等性能指标表示. 选择影响系统目标的独立的优化变量集. 用等式、不等式、集合、显式、隐式等形式确定各优化变量的约束条件. 确定系统优化模型的结构形式,即用目标函数和约束条件来描述各优化变量之间、各优化变量与各性能指标之间的关系式. 针对该结构形式,运用相应的解析方法、数值方法和人机对话方法等进行最终求解. 对所得优化结果的合理性、计算精度和敏感性等进行分析和验证,必要时可对优化结果进行协调、修正、评定,确定最终的系统优化结果,作为决策依据. 根据实际应用效果,可对以上各步骤进行不断修改和完善.2.2 水资源系统建模方法系统模型就是所研究系统的各要素之间关系,或系统输入与输出之间关系的符号表示形式,这些符号可以是思维的、语言的、文字的、图形的、数学的、物理的、相似的、模拟的或系统本身的符号.根据对系统定性认识和定量认识的深刻程度,系统模型一般可分为4类模型:一是物理模型,根据几何相似、力学相似、运动相似等原理,对实际系统的尺寸缩小或放大并用实物构造的系统模型;二是概念模型,它是最抽象的模型,采用定性分析等方法将所研究的系统问题抽象成一些概念,以描述该系统的主要特征,一般用语言、文字和图形来表示,这类模型是其它深化模型的基础;三是结构模型,用图、矩阵等从宏观定性层次上反映实际系统各要素及其相互关系,一般不涉及具体的定量值;四是数学模型,用数学符号从定理、定律、公式、算法、图表等层次上描述实际系统各要素及各要素之间的定量关系或拓扑关系,是当前系统工程理论和实践中应用最广泛的一类系统模型.由于人工智能、虚拟技术、编程技术、网络技术和应用数学等的当代发展,前3类模型都可归属于数学模型.根据水资源系统工程当前的发展特征,系统模型又可分为系统优化模型、预测模型、模拟模型、评价模型和决策分析模型共5类模型,它们都属于数学模型.水资源系统建模,又称模型化过程,就是将实际水资源系统问题抽象、简化,明确变量、系数和参数,然后根据某种规律、规则或经验建立变量、系数和参数之间的数学关系,再解析地、数值地或人机对话地求解并加以解释、验证和应用,这样一个多次迭代的过程.水资源系统建模的一般过程可分为如下6步: 建立所研究系统的目标体系,收集有关数据; 确定系统和环境的边界条件,识别影响系统功能的主要因素、主要变量和主要参数,以及它们的变化范围、约束条件和它们相互之间的关系形式; 从整体出发将研究系统分解成若干子系统,确定这些子系统的组成要素、主要变量和主要参数,建立各子系统模型; 把各子系统模型集成为总系统模型; 系统模型的编程、求解、分析、解释、验证和应用; 重复以上步骤、并作相应调整,直至系统模型的合理性、实用性达到满意为止.实际系统建模过程中需要广泛而深入地吸收他人的建模经验和亲身实践的长期积累.2.3 水资源系统预测方法系统预测,就是根据研究系统或类似系统发展变化的实际数据、历史资料,以及各种经验、判断和知识等,充分分析和理解系统发展变化的规律,运用一定的科学原理和方法,对研究系统在未来一定时期内的可能变化进行推测、估计、分析和评价,以减少对系统未来状况认识的不确定性,指导系统的决策分析和减少决策的盲目性.从预测的对象、时间尺度、空间尺度、精度要求和预测方法的性质等不同角度,可对现有的系统预测方法进行不同的分类.目前最常用的是根据预测方法的性质,把系统预测方法大致分为如下4类:一是定性预测方法,主要是依据人们对系统过去和现在的经验、判断和直觉,通过现场调查、专家打分、。
《水资源系统工程》出版
《水资源系统工程》出版
佚名
【期刊名称】《水科学进展》
【年(卷),期】2005(16)3
【总页数】1页(P425-425)
【正文语种】中文
【中图分类】TV
【相关文献】
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2.从数字复合出版系统工程看民族出版数字化 [J], 秦天
3.论中小型大学出版社出版工作的系统工程管理 [J], 李辉
4.河海大学水资源水文系举办水资源系统工程研究班 [J], 钟平安
5.基于国家数字复合出版系统工程的图书出版数字化流程创新
—以华中科技大学出版社为例 [J], 余强
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4.2基于遗传算法的门限自回归模型………………………………………………114
4.3基于遗传算法的门限回归模型…………………………………………………119
4.4基于遗传算法的双线性模型……………………………………………………126
作者在此特别感谢四川科学技术出版社的同志们为本书出版所付出的心血!没有他们的热情帮助以及细致严谨的工作,本书是不会以这样的形式面世的。
作者
2002年10月于合肥工业大学
目录
第1章绪论…………………………………………………………………………………1
1.1水资源系统工程与遗传算法………………………………………………………1
7.3基于投影寻踪的水资源系统不确定型决策分析方法…………………………217
7.4基于遗传算法的城市防洪规划方案决策分析方法……………………………221
7.5基于遗传算法的动态多指标决策分析方法……………………………………227
7.6水资源系统风险管理的理论体系………………………………………………230
4.9小结………………………………………………………………………………143
第5章基于遗传算法的水资源系统模拟方法…………………………………………147
5.1水资源系统模拟概述……………………………………………………………147
5.2基于遗传算法的水资源时间序列的随机模拟方法……………………………149
2.1水资源系统优化概述………………………………………………………………35
2.2遗传算法的理论基础………………………………………………………………37
2.3基于二进制编码的加速遗传算法…………………………………………………51
2.4基于实数编码的加速遗传算法……………………………………………………67
本书共分七章。第1章详细地介绍了水资源系统工程的基本概念、方法论和研究进展,指出了水资源系统工程新的理论框架,最后针对水资源系统的复杂性,提出了本书的主要研究内容。第2章在分析目前水资源优化问题和遗传算法的理论基础上,提出了基于遗传算法的三套水资源系统优化方法。第3章至第7章,在分析目前水资源系统建模问题、预测问题、模拟问题、评价问题和决策分析问题的基础上,提出了一系列基于遗传算法的水资源系统建模方法、预测方法、模拟方法、评价方法和决策分析方法等具有广泛应用价值的新方法,它们汇集了作者近年来的主要研究成果,并力图反映遗传算法应用于水资源系统工程的新发展。
本书是在参考近年来国内外水资源系统工程的一些新发展的基础上,对作者及同事们多年来有关科研工作和教学工作的总结。本书从系统工程方法论的角度,系统地探讨了水资源系统工程的理论基础和研究进展,在此基础上提出了由水资源系统优化方法、水资源系统建模方法、水资源系统预测方法、水资源系统模拟方法、水资源系统评价方法和水资源系统决策分析方法组成的水资源系统工程的新的理论框架,并在这一框架下针对水资源系统的复杂性,结合作者近年来的研究成果,提出了一系列基于遗传算法的水资源系统工程新方法,同时给出了众多技术完备的应用实例,尽可能反映智能性水资源系统工程理论、方法和应用的新成果和新发展。根据书中介绍的各种方法和众多实例,读者可以比较方便地掌握水资源系统工程的基本思想和各种方法的具体实现技术,加深对具体水资源问题的理解,增强解决实际问题的能力。
7.7小结………………………………………………………………………………234
参考文献……………………………………………………………………………………236
1.2水资源系统工程研究进展…………………………………………………………14
1.3遗传算法研究进展…………………………………………………………………21
1.4本书的目的和内容…………………………………………………………………33
第2章基于遗传算法的水资源系统优化方法……………………………………………35
2.5基于整数编码的遗传算法…………………………………………………………70
2.6小结…………………………………………………………………………………74
第3章基于遗传算法的水资源系统建模方法……………………………………………77
3.1水资源系统建模概述………………………………………………………………77
3.2基于遗传算法的水资源系统人工神经网络建模方法……………………………81
3.3基于遗传算法的水资源非线性系统建模方法…………………………………104
3.4小结………………………………………………………………………………111
第4章基于遗传算法的水资源系统预测方法…………………………………………113
4.5基于遗传算法的逻辑斯谛曲线模型……………………………………………131
4.6基于遗传算法的Shepard相似预测模型………………………………………134
4.7基于遗传算法的R/S预测模型…………………………………………………137
4.8基于遗传算法的组合预测模型…………………………………………………141
6.9小结………………………………………………………………………………211
第7章基于遗传算法的水资源系统决策分析方法……………………………………213
7.1水资源系统决策分析概述………………………………………………………213
7.2水资源工程方案优选的投影寻踪方法…………………………………………214
6.5基于遗传算法的Shepard相似评价模型…………………………………………189
6.6基于遗传算法的内部收益率经济评价方法……………………………………194
6.7基于遗传算法的AHP评价方法…………………………………………………197
6.8基于遗传算法的模糊综合评价方法……………………………………………209
5.3基于遗传算法的水资源复杂系统的随机模拟方法……………………………153
5.4基于遗传算法的水资源过程最近邻模拟模型…………………………………163
5.5小结………………………………………………………………………………166
第6章基于遗传算法的水资源系统评价方法…………………………………………167
本书可作为高等学校水利工程、土木工程、市政工程、环境工程及相关专业的本科高年级学生、硕士生和博士生的教材及教学参考书,也可作为水利工程、土木工程、市政工程、环境工程、农业工程、地理工程、工商管理、系统工程、技术经济、应用数学以及有关专业的管理人员、科学研究人员、工程技术人员和领导干部的培训教材和自学参考书。
作者衷心感谢中国水利水电科学研究院李纪人教授,河海大学朱元生教授,四川大学邓育仁教授等所给予的热忱指导、支持和帮助!
本书的研究成果,有幸得到四川大学高速水力学国家重点实验室开放基金项目(编号0201)、安徽省优秀青年科技基金项目、安徽省自然科学基金项目(01045102)、国家自然科学基金重大项目(50099620)、国家自然科学基金项目(编号79900002),以及合肥工业大学博士基金的大力支持。在此作者谨表示衷心感谢!
作为一门新兴的工程技术学科,水资源系统工程也随着水资源学、系统科学、当代数学、计算机科学和人工智能等众多相关学科的进展而迅速发展着。加之水资源系统的广泛性、复杂性,以及作者水平的有限性,成稿仓促,书中的一些观点和方法可能留有争议和错误,殷切希望同行专家和读者们多予批评指正。
本书参考和引用了大量国内外许多学者的有关论著,吸收了同行们的辛勤劳动成果,作者从中得到了很大的教益和启发,在此谨向各位学者表示衷心的感谢!
6.1水资源系统评价概述……………………………………………………………167
6.2基于遗传算法的投影寻踪评价模型……………………………………………168
6.3基于遗传算法的神经网络评价模型……………………………………………180
6.4基于遗传算法的逻辑斯谛曲线评价模型………………………………………185
前言
作为由2个氢原子和1个氧原子组成的简单化合物,水是一切生命之源。水资源始终是支撑人类生命和经济增长与可持续发展的最基本的要素之一。远古人类逐水而居,利用地表水与泉水作为供水水源,中国约在公元前3700年在浙江余姚河姆渡就开始打井取地下水,使得人类活动的范围更为广阔。世界文明古国中国、埃及、印度和古巴比伦分别发祥于黄河与长江、尼罗河、恒河、幼发拉底河与底格里斯河。随着人类社会经济的不断发展,水资源系统的经济、社会、环境和政治影响也在不断凸现:一方面,一个国家或地区经济发展和社会发展越来越受该国家或该地区水资源系统运行状况的约束,水资源短缺危机在世界各地日益暴露,危机程度也在日益加深,导致许多地区冲突;另一方面,水量过多将产生水灾,水量过少又会引起旱灾,水质受到污染还会导致重大环境问题。可见水资源系统问题已成为国家或地区社会经济可持续发展的瓶颈,已成为重大战略性问题。水资源系统工程就是对水资源复杂系统进行科学规划、最优设计和优化运行管理的一门新兴交叉工程技术学科,它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、地下水水资源综合开发利用规划与管理、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、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重要内容,已广泛应用于水资源开发利用管理各部门之间,水利与农业、工业、交通、能源、建设等部门之间的协调和发展,特别是在社会、经济、人口、资源与环境可持续发展战略中具有重要意义。
《水资源系统工程》----金菊良丁晶著
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水资源系统工程
金菊良丁晶著
四川科学技术支撑人类生命和经济增长与可持续发展的最基本的要素之一。水资源系统工程是对水资源复杂系统进行科学规划、最优设计和优化运行管理的一门新兴交叉综合性工程技术学科,广泛应用于水资源开发利用管理各部门之间,水利与农业、工业、交通、能源、建设等部门之间的协调和发展,特别是在社会、经济、人口、资源与环境可持续发展战略中具有重要意义。本书从方法论的角度,系统探讨了水资源系统工程的理论基础、水资源复杂系统优化方法、水资源系统建模方法、水资源系统预测方法、水资源系统模拟方法、水资源系统评价方法和水资源系统决策分析方法,同时给出了一系列技术完备的应用实例,尽可能反映水资源系统工程理论、方法和应用的新成果和新发展。