基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法和装置，方法包括：建立区间不确定多目标水资源承载力优化评估模型，其中多目标水资源承载力优化评估模型以水资源可承载的人口数量、经济产值和粮食产量作为多目标函数，以可供水量、用水量、用水效率和福利水平作为约束条件；将多目标水资源承载力优化评估模型转化为与其等价的优化模型；采用区间多目标逐步宽容约束法对优化模型进行求解，以确定最优妥协解；根据最优妥协解，确定水资源所能承载的最大人口数量、最大经济产值和最大粮食产量的区间范围。通过该技术方案，可有效减少常规方法评估水资源承载力带来的不准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法和装置


[0001]本公开涉及水资源管理
，尤其涉及一种基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法和装置。

技术介绍

[0002]水是一切生命存在与发展的基础，是人类社会可持续发展的基本条件之一。随着经济社会快速发展、人口持续增长，用水需求不断增加，尤其是在干旱缺水、生态环境脆弱的地区，水资源短缺成为制约经济社会发展的主要因素。当前中国以占全球6％的水资源支撑了占全球9％的耕地和占全球18％的人口，水资源的可持续利用正面临严峻的挑战。对此，如何科学评估水资源对经济社会的支撑能力，已成为水科学研究领域的热点问题。水资源承载力反映了区域水资源对经济社会发展的支撑能力，是衡量区域水资源与经济社会协调发展的重要指标，为区域水资源安全与可持续利用提供了基本度量，也为水资源规划与管理提供了前提与基础。然而，现实中的水资源系统存在有诸多未知信息和不确定性因素，致使常规的水资源承载力评估不能准确地反映实际情况，进而影响其在水资源规划与管理中的应用。
[0003]不确定性是广泛的存在于各种自然、社会现象，及其工程实践中，它也是客观事物所具有的一种普遍性质。作为自然界的一种系统，水资源系统同样也具有不确定性。一方面，水资源的自然形成过程本身就具有不确定性，如降雨事件、径流过程的随机不确定性。另一方面，社会经济发展用水变化的驱动因素在一定范围内也是具有不确定性，如人口增长、经济发展、政策变化等。此外，在现有科学技术水平下，人类对于客观世界的认知还不够充分，所构建的评估模型并不十分完善，在模型的参数估计方面仍存在有不确定性。综上所述各种不确定性因素的客观存在，使水资源的承载力评估结果受到了显著影响，进而使水资源规划与评估的准确度与可信度降低。对此，如何科学评估不确定条件下的水资源承载力，逐渐成为当前水资源可持续利用亟需深入研究的课题。
[0004]不确定性优化理论是传统优化理论的延伸，其目的是更加符合客观实际。水资源系统所固有的复杂性与不确定性，使水资源承载力评估方法上已从本质上高于常规的确定性优化方法。不确定优化方法最早始于上世纪50年代，概括当前不确定性优化方法主要有：随机规划(Stochastic programming)、模糊规划(Fuzzy programming)和区间规划(Interval programming)三大类。由于随机规划或模糊规划的求解，需要掌握不确定参数的概率分布规律或者模糊隶属度函数。而在实际系统建模时，往往出现难以得到这两类信息的情况。区间规划是指不确定参数是以区间的形式来表达，即只需知道参数的上下界，而并不需要知道其精确的概率分布或模糊隶属度函数。基于此，本专利技术提出了一种基于区间不确定的水资源承载力评估方法，可切合实际地给出水资源所能承载社会经济的规模范围，为科学评估不确定条件下区域水资源承载力提供了有效方法，对于指导区域水资源规划与管理，实现水资源可持续利用具有重要现实意义。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本公开提出一种基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法和装置，构建了一种基于区间不确定的多目标水资源承载力优化方法，为科学评估不确定条件下水资源承载力提供了有效方法，也为指导区域水资源配置与规划提供了科学依据，从而减少常规方法评估水资源承载力带来的不准确性。
[0006]根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法，所述方法包括：
[0007]建立区间不确定多目标水资源承载力优化评估模型，其中，所述多目标水资源承载力优化评估模型以水资源可承载的人口数量、经济产值和粮食产量作为多目标函数，以可供水量、用水量、用水效率和福利水平作为约束条件；
[0008]将所述多目标水资源承载力优化评估模型转化为与其等价的优化模型；
[0009]采用区间多目标逐步宽容约束法对所述优化模型进行求解，以确定最优妥协解；
[0010]根据所述最优妥协解，确定所述水资源所能承载的最大人口数量、最大经济产值和最大粮食产量的区间范围。
[0011]在一个实施例中，优选地，所述可供水量的约束条件包括：总用水量区间值不大于区域水资源可利用量区间值和再生水利用量区间值之和；
[0012]所述用水量的约束条件包括：总用水量区间值等于生活用水量区间值、工业用水量区间值和农业用水量区间值之和，其中，生活用水量区间值等于人口区间值乘以人均生活用量区间值，工业用水量区间值等于GDP区间值与工业增加值占GDP比重和万元工业增加值用水量区间值的乘积；
[0013]所述用水效率的约束条件包括：单方灌溉水生产的粮食产量区间值不小于最低标准区间值；
[0014]所述福利水平的约束条件包括：人均GDP区间值不小于最低标准区间值。
[0015]在一个实施例中，优选地，区间不确定的多目标水资源承载力优化评估模型，包括：
[0016][0017][0018][0019]约束条件包括：
[0020]A
±
X
±
＝B
±
[0021]X
±
≥0
[0022]其中，分别表示区间不确定条件下人口数量、经济产值和粮食产量的区间目标函数；C
±
为目标函数中决策变量的区间参数；X
±
为区间决策变量；A
±
为约束条件中决策变量的区间参数；B
±
为区间参数；A
±
∈{R
±
}
m
×
n
，B
±
∈{R
±
}
m
×1，C
±
∈{R
±
}1×
n
和X
±
∈{R
±
}
n
×1，R
±
表示区间数集。
[0023]在一个实施例中，优选地，所述优化模型包括：
[0024][0025]其中，约束条件包括：
[0026][0027][0028][0029][0030]x
j
≥0
[0031]其中，表示第k个目标函数；和分别表示第k个目标函数最优值的上限值和下限值，表示第k个目标函数最优值的中值，表示第k个目标函数最优值的中值，α
i
表示第i个约束条件的满意度阈值；表示第i个约束条件第j个变量的系数的下边界，表示第i个约束条件第j个变量的系数的上边界；表示第i个约束条件的下边界，表示第i个约束条件的上边界。
[0032]在一个实施例中，优选地，所述方法还包括：
[0033]根据区间不确定两步法，分别求解每个目标函数作为单目标函数时对应的目标区间值；
[0034]获取单目标函数对应的预设的期望值；
[0035]根据所述各单目标函数对应的目标区间值和预设的期望值确定各单目标函数的权重系数；
[0036]根据所述各单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区间不确定的水资源承载力优化评估方法，其特征在于，所述方法包括：建立区间不确定的多目标水资源承载力优化评估模型，其中，所述多目标水资源承载力优化评估模型以水资源可承载的人口数量、经济产值和粮食产量作为多目标函数，以可供水量、用水量、用水效率和福利水平作为约束条件；将所述多目标水资源承载力优化评估模型转化为与其等价的优化模型；采用区间多目标逐步宽容约束法对所述优化模型进行求解，以确定最优妥协解；根据所述最优妥协解，确定所述水资源所能承载的最大人口数量、最大经济产值和最大粮食产量的区间范围。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可供水量的约束条件包括：总用水量区间值不大于区域水资源可利用量区间值和再生水利用量区间值之和；所述用水量的约束条件包括：总用水量区间值等于生活用水量区间值、工业用水量区间值和农业用水量区间值之和，其中，生活用水量区间值等于人口区间值乘以人均生活用量区间值，工业用水量区间值等于GDP区间值与工业增加值占GDP比重和万元工业增加值用水量区间值的乘积；所述用水效率的约束条件包括：单方灌溉水生产的粮食产量区间值不小于最低标准区间值；所述福利水平的约束条件包括：人均GDP区间值不小于最低标准区间值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，区间不确定的多目标水资源承载力优化评估模型，包括：估模型，包括：估模型，包括：约束条件包括：A
±
X
±
＝B
±
X
±
≥0其中，f1±
，f2±
，f3±
分别表示不确定条件下人口数量、经济产值和粮食产量的区间目标函数；C
±
为目标函数中决策变量的区间参数；X
±
为区间决策变量；A
±
为约束条件中决策变量的区间参数；B
±
为区间参数；A
±
∈{R
±
}
m
×
n
，B
±
∈{R
±
}
m
×1，C
±
∈{R
±
}1×
n
和X
±
∈{R
±
}
n
×1，R
±
表示区间数集。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化模型包括：其中，约束条件包括：其中，约束条件包括：其中，约束条件包括：
x
j
≥0(j＝1,
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雁，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：