基于復雜適應系統(tǒng)理論的農業(yè)水土資源優(yōu)化配置研究.pdf

1、隨著人口增加和經濟的快速發(fā)展,水土資源的供需矛盾日益尖銳,諸多生態(tài)環(huán)境問題也不斷加劇。農業(yè)作為用水用地的大戶,其水土資源利用合理與否,不僅關系到社會經濟的發(fā)展,而且影響著生態(tài)環(huán)境恢復與重建的進程。
　　 然而,已有研究多是單純優(yōu)化水資源或土地利用結構,只考慮土地結構優(yōu)化調整,將水資源只作為一種約束條件而不加優(yōu)化配置;或者只對水資源根據預測需求進行優(yōu)化配置而不考慮土地資源的利用情況。這種將水土資源視為獨立系統(tǒng)分別進行研究的思想阻礙

2、了區(qū)域水土資源系統(tǒng)整體效能的充分發(fā)揮,容易導致系統(tǒng)超負荷運行的弊端。水資源和土地資源作為自然地理系統(tǒng)的重要組成因子,彼此之間相互聯系、相互滲透、相互制約,水資源利用合理與否,直接影響到土地資源的生產效率;而土地資源的利用程度也制約著水資源的開發(fā)與利用。盡管人們已經在水土資源調查、評價、規(guī)劃,以及以水土資源綜合利用為核心的區(qū)域經濟、社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展等方面開展了大量工作,但總體而言,目前將兩類資源結合起來所做的研究還比較少,已有研究也

3、多偏重于水資源的配置,與土地資源的結合不夠,缺乏建立適于科學分析高度復雜的水土資源系統(tǒng)演化和運行機理的理論體系和方法體系。因此要將水土資源視為一個統(tǒng)一系統(tǒng)進行研究,以提高區(qū)域水土資源利用效率,維持系統(tǒng)的相對平衡。
　　 隨著農業(yè)水土資源相關理論研究的不斷深入,水土資源的大系統(tǒng)、多目標、非線性等復雜系統(tǒng)的特點越來越明顯。要解決這樣的復雜性問題就要在復雜性科學中尋求答案,而復雜適應系統(tǒng)(Complex Adaptive System

4、,CAS)理論為我們提供了一種全新的思路,本文將復雜適應系統(tǒng)理論引入到區(qū)域農業(yè)水土資源配置當中,著重從個體的主動適應性角度研究系統(tǒng)的復雜行為。詳盡分析了該系統(tǒng)的CAS特性,包括基本特征和機制及演化機理,并對其結構進行解析。在此基礎上結合三江平原實際特點,建立了基于復雜適應系統(tǒng)理論的區(qū)域農業(yè)水土資源優(yōu)化配置仿真模型,針對當地水土資源利用現狀進行了仿真優(yōu)化。得到了不同地下水開采強度下的水土資源利用方案,結果表明:社會、經濟、生態(tài)子系統(tǒng)對水量

5、變化的敏感程度和變化趨勢各有不同,表現出不同的適應性,同時水資源已經成為制約當地社會—經濟—生態(tài)協(xié)調發(fā)展及土地資源合理高效利用的主要因素,合理高效的利用地下水,大力開發(fā)地表水資源,成為當地亟待解決的問題。
　　 針對復雜系統(tǒng)的多層次、非線性等特點,加之含有大量隨機不確定因素,給系統(tǒng)的演化仿真工作帶來巨大的困難。本文提出基于實數編碼的多目標嵌套加速遺傳算法(RMONAGA)來對復雜系統(tǒng)進行演化仿真,利用復雜適應系統(tǒng)自身特點與遺傳算