水资源规划及利用学习教案.pptx
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1、会计学1水资源规划水资源规划(guhu)及利用及利用第一页,共49页。第五节第五节 水资源规划的技术方法水资源规划的技术方法第六节第六节 水资源规划工作的流程及要求水资源规划工作的流程及要求第七节第七节 流域水资源综合利用规划及专项规划流域水资源综合利用规划及专项规划本讲主要内容:本讲主要内容:第九章第九章 水资源评价及规划水资源评价及规划(guhu)(guhu)概述概述第1页/共49页第二页,共49页。第五节第五节 水资源规划水资源规划(guhu)(guhu)的技术方的技术方法法第2页/共49页第三页,共49页。n n 水资源本质上具有多种功能和多种用途。随着社会经济的发展和人们认识的深入,
2、水资源规划(guhu)的目标、任务逐渐由单一性向多样化和系统性转变。第3页/共49页第四页,共49页。n n相应地,对规划技术方法也提出了更高的要求,客观上促进了系统科学在水资源研究领域的应用;而水资源系统分析的发展和完善,又反过来推动了水资源多目标规划的发展,为其提供了良好的技术支持。n n 因此,这一节将主要介绍(jisho)水资源系统分析的基础理论、模型及在水资源规划中的应用。第4页/共49页第五页,共49页。一、水资源系统一、水资源系统(xtng)(xtng)分析的基础理论分析的基础理论水资源系统水资源系统(xtng)(xtng)是一个涉及多发展目是一个涉及多发展目标、多构成和影响因素
3、、多约束条件的标、多构成和影响因素、多约束条件的复杂巨系统复杂巨系统(xtng)(xtng)。从系统。从系统(xtng)(xtng)结构上看,水资源系统结构上看,水资源系统(xtng)(xtng)是由多是由多种要素、多层次子系统种要素、多层次子系统(xtng)(xtng)构成的。构成的。组成水资源系统组成水资源系统(xtng)(xtng)的子系统的子系统(xtng)(xtng)既有自然系统既有自然系统(xtng)(xtng)又有人又有人工系统工系统(xtng)(xtng),因此水资源系统,因此水资源系统(xtng)(xtng)同时具有自然和社会的双重属同时具有自然和社会的双重属性。性。第5页/
4、共49页第六页,共49页。一、水资源系统分析的基础理论一、水资源系统分析的基础理论流域或区域水资源系统通常都包含了流域或区域水资源系统通常都包含了许多更小的流域(或区域)水资源许多更小的流域(或区域)水资源子系统,在更大的范围内又是国民子系统,在更大的范围内又是国民经济经济(gumnjngj)(gumnjngj)大系统中资源大系统中资源系统的一个分系统。系统的一个分系统。第6页/共49页第七页,共49页。n n水资源是这个系统中最主要的组成要素,水资源内部可以分为地表水、地下水、大气水等不同形式(xngsh),存在水量与水质两大问题。水资源系统的功能也呈现出多样性,可以概括为兴利和除害两大功能
5、.第7页/共49页第八页,共49页。n n兴利功能包括供水、灌溉、发电、旅游、航运、养殖等多种形式;n n除害功能也包括防洪、除涝、改良盐碱地、改善环境、保护生态等多种形式。水资源规划管理正是(zhn sh)通过调整、改变水资源系统的结构,使系统整体功能得以优化。第8页/共49页第九页,共49页。二、水资源系统(xtng)分析的数学模型数学模型的建立和求解是水资源系统(xtng)分析中最重要的技术环节,属于系统(xtng)科学体系中技术科学层次的运筹学范畴,是采用数学语言来抽象描述真实的水资源系统(xtng),以便对系统(xtng)的目标、结构、功能等特征量进行定量分析。第9页/共49页第十页
6、,共49页。按照不同的分类标准,数学模型可以分为多种类型。按照不同的分类标准,数学模型可以分为多种类型。如按所用如按所用(su(su yn yn)的方法可分为模拟模型和最优化模型;的方法可分为模拟模型和最优化模型;按时间因素是否作为变量考虑可分为静态模型和动态模型;按时间因素是否作为变量考虑可分为静态模型和动态模型;按未来水文情况是已知或作为未知随机因素可分为确定性按未来水文情况是已知或作为未知随机因素可分为确定性模型和随机模型等。模型和随机模型等。最常用的还是分为模拟模型和优化模型两大类。最常用的还是分为模拟模型和优化模型两大类。第10页/共49页第十一页,共49页。n n模拟模型就是模仿系
7、统的真实情况而建立的模型。在水资源系统分析模拟模型就是模仿系统的真实情况而建立的模型。在水资源系统分析研究中可以仿造水资源系统的实际情况,利用计算机模型(或称模拟研究中可以仿造水资源系统的实际情况,利用计算机模型(或称模拟程序)模仿水资源系统的各种活动程序)模仿水资源系统的各种活动(hu dng)(hu dng),如水文循环过程、洪,如水文循环过程、洪水过程、水资源分配、利用途径等,为决策提供依据。水过程、水资源分配、利用途径等,为决策提供依据。n n最优化模型常用于对于给定规划目标,寻找实现目标的最优途径的水最优化模型常用于对于给定规划目标,寻找实现目标的最优途径的水资源规划管理。在水资源规
8、划管理中,最优化模型可以帮助人们定量资源规划管理。在水资源规划管理中,最优化模型可以帮助人们定量选择或确定水资源系统开发方案、管理策略。选择或确定水资源系统开发方案、管理策略。(一)模拟(一)模拟(mn)模型和最优化模型模型和最优化模型第11页/共49页第十二页,共49页。水资源规划中常用的最优化模型有线性规划模型、非线性规划模型、水资源规划中常用的最优化模型有线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型、多目标划模型等。这里将对这几种动态规划模型、多目标划模型等。这里将对这几种(j zhn)(j zhn)模型做简单介绍,至于详细的建模方法和计算方法可查阅有关模型做简单介绍,至于详细的建模方法和
9、计算方法可查阅有关“运筹学运筹学”书籍。书籍。(二)常用最优化模型(二)常用最优化模型(mxng)简介简介第12页/共49页第十三页,共49页。1.线性规划模型线性规划模型包括目标函数和约束条件两大部分,作用是在满足给定的约束条件下使决策目标达到最优。其一般(ybn)形式为:目标函数:max(min)Z=约束条件:0;第13页/共49页第十四页,共49页。n n线性规划模型最重要的特点(tdin)就是目标函数和约束条件的方程必须是线性的,如果其中任何一个方程不是线性的,则该模型就不是线性规划模型,而属于运筹学的另一分支,即非线性规划。第14页/共49页第十五页,共49页。n n线性规划的理论已
10、十分成熟,具有统一且简单的求解方法,即单纯形法,使线性规划模型易于推广和使用。但线性规划模型的目标函数是单一的,只能解决简单的单目标问题,如果实际问题过于复杂,存在多目标甚至(shnzh)目标间相互矛盾,则运用线性规划模型存在一定的局限。第15页/共49页第十六页,共49页。n n非线性规划模型非线性规划模型(mxng)(mxng)也是由目标函数和约束条件两大也是由目标函数和约束条件两大部分组成,但其目标函数和(或)约束条件的方程中含有部分组成,但其目标函数和(或)约束条件的方程中含有非线性函数。非线性函数。v2.2.非线性规划非线性规划(guhu)(guhu)模型模型第16页/共49页第十七
11、页,共49页。n n与线性规划相比,非线性规划模型的优势在于与线性规划相比,非线性规划模型的优势在于(ziy)(ziy)能够更能够更准确地反映真实系统的性质和特点。水资源系统是多要素、准确地反映真实系统的性质和特点。水资源系统是多要素、多层次的复杂巨系统,要素间、层次间的关系通常都不是简多层次的复杂巨系统,要素间、层次间的关系通常都不是简单的线性关系,而是非线性的,甚至模糊的、不确定的。因单的线性关系,而是非线性的,甚至模糊的、不确定的。因此,非线性规划模型在水资源系统分析中得到了越来越广泛此,非线性规划模型在水资源系统分析中得到了越来越广泛的应用。但非线性规划模型比线性规划模型要复杂得多,既
12、的应用。但非线性规划模型比线性规划模型要复杂得多,既没有统一的数学形式,也没有通用的求解方法。没有统一的数学形式,也没有通用的求解方法。第17页/共49页第十八页,共49页。n n动态规划模型是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法。其基本思路是将一个复杂的系统分析问题分解为一个多阶段的决策过程,并按一定顺序或时序从第一阶段开始,逐次求出每阶段的最优决策,经历(jngl)各阶段而求得整个系统的最优策略。v3.3.动态规划动态规划(guhu)(guhu)模型模型第18页/共49页第十九页,共49页。n n动态规划模型的基本原理是于20世纪50年代提出的最优化原理。作为整个(zhngg)过程的最优
13、策略具有这样的性质:不管该最优策略上某状态以前的状态和决策如何,对该状态而言,余下的诸决策必定构成最优子策略。即最优策略的任一后部子策略都是最优的。v3.3.动态动态(dngti)(dngti)规划模型规划模型第19页/共49页第二十页,共49页。n n动态规划模型对目标函数(hnsh)和约束条件的函数(hnsh)形式限制较宽,并且能够通过分级处理使一个多变量复杂的高维问题化为求解多个单变量问题或较简单的低维问题,因而在水资源系统分析中应用十分广泛。第20页/共49页第二十一页,共49页。n n但动态规划模型也存在一定的局限性,它只是解决问题的一种方法,不像线性规划(xin xn u hu)那
14、样有一套标准的算法,对于不同的问题,需要建立不同的递推方程和算法,在使用中带来了很多不便。第21页/共49页第二十二页,共49页。n n随着水资源规划尤其是流域综合规划内容的不断丰富,随着水资源规划尤其是流域综合规划内容的不断丰富,规划目标逐渐多样化,形成了一个涉及经济目标、社会规划目标逐渐多样化,形成了一个涉及经济目标、社会(shhu)(shhu)目标和生态环境目标三方面、多层次、多指标目标和生态环境目标三方面、多层次、多指标的目标体系。的目标体系。v4.4.多目标多目标(mbio)(mbio)规划模型规划模型第22页/共49页第二十三页,共49页。在技术方法上,多目标规划模型应运而生。多目
15、标规在技术方法上,多目标规划模型应运而生。多目标规划模型也由决策变量、目标函数和约束条件构成,划模型也由决策变量、目标函数和约束条件构成,最大的特点是其目标函数包含两个或两个以上相最大的特点是其目标函数包含两个或两个以上相互互(xingh)(xingh)独立的目标。独立的目标。v4.4.多目标多目标(mbio)(mbio)规划模型规划模型第23页/共49页第二十四页,共49页。多目标(mbio)规划模型的一般数学形式为:目标(mbio)函数:maxZ(X)Z1(X),Z2(X),Zp(X)约束条件:gi(X)Gi i1,2,m Xj 0 j1,2,n第24页/共49页第二十五页,共49页。n
16、n在水资源规划中,不同的规划目标可能不可共存,在水资源规划中,不同的规划目标可能不可共存,或有的目标难以量化,甚至目标间可能存在矛盾,或有的目标难以量化,甚至目标间可能存在矛盾,因此,多目标规划模型不能得到传统模型中的明确因此,多目标规划模型不能得到传统模型中的明确的最优解,而只能求得若干的最优解,而只能求得若干“非劣解非劣解”,组成非劣,组成非劣解集。解集。n n所谓非劣解是指没有一个目标能够变得更好,除非所谓非劣解是指没有一个目标能够变得更好,除非(chfi)(chfi)使其他目标已达到的水平降低。使其他目标已达到的水平降低。第25页/共49页第二十六页,共49页。多目标规划模型的求解方法
17、可以归纳为三大类:多目标规划模型的求解方法可以归纳为三大类:第一类是第一类是TCTC曲线(转换曲线(转换(zhunhun)(zhunhun)曲线)生成技术,包曲线)生成技术,包括权重法、约束法、多准则(或多目标)单纯形法及理括权重法、约束法、多准则(或多目标)单纯形法及理论生成法、自适应寻查法、协调规划法;论生成法、自适应寻查法、协调规划法;第二类是依赖于事先排定优先顺序的方法,包括目标规第二类是依赖于事先排定优先顺序的方法,包括目标规划、效用函数估价和最优权重法、消转法、替换价值交划、效用函数估价和最优权重法、消转法、替换价值交换法;换法;第三类是优先性逐步排定的方法,有分步法、序贯多目第三
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