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研究生毕业论文开题报告

时间:2017-05-11 20:02:35 开题报告 我要投稿

2017研究生毕业论文开题报告模板

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  论文题目:不确定条件下灌区多水源优化配置模型研究

  一、选题依据与文献综述:

  1.论文选题的研究意义。

  1.1选题背景。

  随着社会经济的发展,人口数量的增加,用水量随之加大,水资源供需矛盾将日渐突出,在保证经济、社会、环境可持续发展的条件下,如何将水资源有效合理的分配给使用显得尤为重要。农业一直是用水大户,农业灌溉用水占总用水量的比例非常大,我国为农业生产大国,耕地面积辽阔,喷灌、滴管等高效率的灌溉方式并未在全国范围内得到有效的普及,传统的灌溉方式并不能使水资源利用率达到最大,造成水资源很大程度的流失,进一步加剧了水资源短缺匮乏的现状。

  我国较为集中的农业生产基地除了长江黄河两岸及华北平原外,还有位于我国东北部地区的三江平原,总占地面积约为5万平方公里,除去大面积的沼泽地还有广袤的平原可以用作农作物生产基地。20世纪50年代以前,三江平原在黑龙江、松花江及乌苏里江共同滋养下,野生动物聚集,树木成林,沼泽遍地,生活在这里的少数居民以狩猎打鱼维持生计。建国以来,经过五十多年的开发建设,已经把这个―北大荒‖变成了―北大仓‖,成为国家重要的商品粮基地[8].三江平原全区水资源总量为170亿m3,包括地表径流、地下水资源和过境水。

  共有14个灌区,规划设计灌溉面积86.91万hm2,耕地灌溉所用水主要是地下水,约占地下水用量的90%.不难看出,作物灌溉用水较为单一,多采用地下水灌溉,随着人口增加,对粮食的需求进一步加大,粮食种植面积随着增加,则灌溉需水量随之增加,将进一步增加地下水的供水压力。同时,地下水大量用于地表灌溉且并未达到预期利用率,地下水位极具下降,可用地下水逐年减少,导致供水和需水矛盾加剧。加之近年来,在市场经济影响下,高利润经济作物广泛种植,东北平原及长江黄河以南地区多种植水稻等耗水作物,结果导致灌溉水需求加大,盲目灌溉,作物灌溉水量分配不合理。用水结构单一,水资源利用率较低,水资源分配不合理,使灌区内水资源告急,作物用水紧张不断加剧,亟需采取有效的手段来解决灌区供水和需水矛盾问题。

  1.2论文选题的研究意义。

  水资源优化配置研究的意义:

  (1)节约水资源,提高水资源的利用率水资源优化配置可以将灌区内可利用的水资源充分利用,根据不同作物的用水需要,考虑多重因素,以最优的方式将不同水源供给不同作物生长使用,达到水资源的分配的合理与公平,提高灌区内水资源的利用率。

  (2)资源、环境、效益的协调发展水资源优化配置可以充分利用多种水源,有效缓解地下水供水压力,使水资源得到可持续供应,充分利用水资源的同时,也避免了因过度开发而造成的水环境破坏,同时将可用水量合理的分配到不同作物,避免作物缺水,使作物的产值达到最大,相应的系统的收益也会最大,最终实现资源、环境和效益的协调统一发展。

  (3)建立更加符合实际的'情况的水资源优化配置模型水资源优化配置的关键就是所使用的模型和方法是否科学合理,符合实际的调配水过程,而水资源优化配置研究的目的便是寻求合理的配置方法来解决实际配水问题,研究意义重大。

  2.国内外研究现状。

  2.1国外水资源优化配置研究。

  自1960年以后,国外大量关于优化农业水资源配置的报道不断涌现出来,较典型的是一个包含两维状态变量的确定性动态规划模型,研究中提及的相乘模型使计算变得更为简洁。

  经过多年不断发展,出现许多优秀理论和方法,并且计算机技术的诞生,促进了水资源优化配置的发展,极大的提高了水资源优化配置水平,为配水决策提供科学有效的方案,提高了水资源的使用效率,国外相对研究较早,取得成果较多。

  上世纪70年代,随着各类研究方法的成熟及计算机的技术的引入,使水资源管理的方法及理论突飞猛进。如Buras将数学规划理论和计算手段联合用于水资源理论和方法的研究;Dudley等[10]为预测水库不同作物的需水量构建作物需水模型,通过模型求解获得水库蓄水量与作物最优种植面积间的关系;Trava等[11]以人力和水量为约束,运用优化技术来分配灌溉水资源;Smith[12]等提出了一个线性规划模型用于优化农业水资源分配;Rogers[13]对印度南部Cauvery河进行规划时,建立多目标模型,实现农作物总效益和灌溉面积最大化。

  进入80年代,优化配置研究深入,更多优秀的理论和方法产生,如Yaron和Dinar[14]将线性规划模型和动态模型应用到水资源优化配置中;Chaves等[15]建立模拟模型和优化模型耦合后的杂交模型,以系统最大收益为目标,通过求解获得最优种植方案。

  当进入90年代,全球正处在高速发展时期,因此对水需求不断增加,同时水源的污染加重,因此研究不再只关注收益最大,更多的兼顾多个目标,使经济社会环境协调发展。Afzal和Javaid等[9]针对Pakistan某个地区的灌溉系统建立线性规划模型,对不同水质水的使用问题进行优化,同时,模型可得到一定时期内作物耕种面积、地下水开采量等;Kumar[16]建立了污水排放模糊优化模型,提出了经济和技术上都可行的流域水质管理方案。

  21世纪以后,产生了多种优化配置方法,如遗传算法、两阶段规划方法等,同时在这期间出现了许多水资源管理及分析软件如SPSS等,为解决优化问题提供了较为先进的手段。

  如Kinney[17]将基于GIS系统的水资源模拟系统框架应用到水资源优化配置研究中;Lnjayant和Chiek[18]构建了某流域地下水和地表水联合使用的时空分配优化模型;Farmani等[19]将改进的遗传算法与传统模型比较分析,并将改进后模型应用于水资源分配问题;Lu等[20]通过粗糙区间实现了水文模型与优化模型的耦合,并将其应用到农业水资源系统中。

  2.2国内水资源优化配置研究。

  目前,在国内水资源优化配置中更加看重经济收益,而往往忽略了水资源的有效利用。

  加之污水排放、过度开发、技术落后等原因使可用水量逐年减少,社会发展人口增多的同时,能够用于生产生活的水资源日益减少,水资源短缺严重制约着生产力发展。资料显示在世界水资源总量排名中,我国居于第六位,但人均可用水量却远远不够;日常生活用水加上耕地用水量远超其他发达国家,水资源利用率尚不足发达国家的三分之一,加之工业生产排放污水并未得到有效控制,污水处理再循环利用技术落后,使得我国面临严峻的用水形势。根据我国水资源的基本特点,我国在水资源的开发利用中借鉴了国外的一些成功经验。在水资源总量不变的前提下,通过水资源的合理配置,为解决严重缺水区的水资源供应,提供了一种有效的途径[21].

  我国对水资源配置优化的研究要稍晚于国外,直到20世纪80年代初这项研究才真正意义上受到我国科学工作者的重视,成为研究的焦点。李佩成的“排水与灌溉结合,灌溉与供水结合”理念便在位于陕西省境内的灌区得以应用,且获得了一定效益[2].80年代初期城市水资源优化配置开始受到关注,华士乾[22]综合区域内水利工程建设次序、水量分配及水资源利用效率等多方面因素采用系统工程学方法对北京的水资源进行规划,成为中国水资源配置研究的雏形。随着农业发展,研究人员多追求经济效益最大,马建琴等[23]提出的作物种植面积与水量优化分配的多目标模糊模型符合当下农业用水现状,综合考虑社会、经济及环境效益,有利于资源的可持续利用。进入21世纪以来,从农业水资源优化配置研究方法上看,优化模型已由单一的数学规划模型发展为数学规划与模拟技术、向量优化理论等几种方法的组合模型;对问题的描述由单目标发展为多目标[24],特别是大系统优化理论、计算机技术和新的优化算法的应用,使复杂多水源,多地块的农业水资源优化配置问题变得比较简单,求解也较方便。GIS为计算机技术的一种,在优化水资源管理方面被广泛应用,曾被郭变青等用来开发了河南新乡水资源优化管理系统,为规划水资源及其配置提供技术支持[25].2014年,付银环等[26]针对灌区水资源系统中存在的不确定性,以西营灌区、清源灌区、永昌灌区为研究区域,运用区间2阶段随机规划的方法,建立了地表水和地下水联合调度的灌区之间水资源优化配置模型。

  通过大量学者的深入研究,针对灌区水资源优化配置产生多种模型和方法,在一定条件下,可以为管理者提供水资源管理的意见和参考,但是,多种数学分析方法及各类数学模型受到其使用范围和适用条件的约束,许多模型优化所得最优解可能偏离决策者最初的构想或与其初衷相悖,或者与实际情况有偏差导致可行性差、实用价值不大[2].因此,建立模型过程中应满足以下2个条件:(1)模型的真实有效性。模型建立在解决实际问题上,全面考虑多种不确定因素,建立能够真实有效反映实际问题的模型。(2)建立的模型能够根据已有的数学方法来求解,并且计算结果必须科学合理。

  二、研究方案:

  1.研究目标、研究内容和拟解决的关键问题。

  1.1研究目标。

  本研究在综合考虑资水资源系统中的多种不确定性,建立了基于区间两阶段模糊随机规划的灌区多水源优化配置模型,以红兴隆灌区为研究区域,将地表水和地下水联合调配给灌区内3种作物。在该模型中,以系统收益最大为目标函数,并将概率密度函数,区间参数和模糊集三种方法引入两阶段线性规划框架,用来解决水资源配置中不确定性问题。

  1.2研究内容。

  本文首先根据灌区实际情况,分析在调配水过程中存在的不确定因素,分析各个因素特征,选用相应的数学方法来表征不确定因素,并且对多种数学方法进行了学习和研究,综合到传统两阶段规划框架中,以此建立基于区间两阶段模糊随机规划的水资源优化配置模型,并以预测年2020年红兴隆灌区为研究区域,通过定性和定量分析方法预测模型所需数据,最终求解模型,为灌区管理者对水资源进行优化配置提供依据。

  第一章绪论主要介绍水资源优化配置研究背景、研究的目的与意义及水资源优化配置国内外研究进展,分析水资源系统中不确定性,提出本文主要研究内容及技术路线。

  第二章系统的介绍水资源优化配置的基本理论包括水资源优化配置的内涵、原则等。

  第三章详细介绍建模技术和水资源优化配置方法,并分析灌区水资源优化配置过程中的不确定因素,建立基于区间两阶段模糊随机规划的灌区多水源优化配置模型,并且详细介绍了模型的求解过程。

  第四章介绍红兴隆灌区的区域概况,并通过定量及定性分析对预测年水资源状况和经济数据进行预测分析。获得多种水源及作物生长的基本资料。通过求解模型获得最优配置水量,为决策者提供科学合理的决策方案。

  第五章分析模型所解决的不确定性问题,得出研究结论,并对未来水资源优化配置的发展进行展望。