水資源系統(tǒng)模糊決策、評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用.pdf

1、水是人類賴以生存和發(fā)展的不可替代的重要資源和物質(zhì)基礎(chǔ)，又是生態(tài)環(huán)境的基本要素。但是，當(dāng)進(jìn)入21世紀(jì)，許多國(guó)家都面臨著水資源危機(jī)的挑戰(zhàn)，水資源短缺、水體污染、洪澇災(zāi)害等嚴(yán)重阻礙了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，并造成一系列的社會(huì)問題。因此，研究水資源問題，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用以及水資源與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)緩解我國(guó)水資源危機(jī)將具有十分重要的意義。水資源的開發(fā)利用以及管理是人類作用于自然水系統(tǒng)的理性活動(dòng)，涉及的內(nèi)容眾多，包括水資源系

2、統(tǒng)的優(yōu)化、決策、評(píng)價(jià)以及預(yù)測(cè)等各個(gè)方面。在解決這些問題過(guò)程當(dāng)中，其中的模糊性難以回避，而工程模糊集理論在處理這些問題時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。本文主要在工程模糊集理論的基礎(chǔ)上，研究了水資源系統(tǒng)中的決策、評(píng)價(jià)以及預(yù)測(cè)問題，理論與應(yīng)用相結(jié)合，其主要研究?jī)?nèi)容和成果概括如下： (1)水質(zhì)污染問題已經(jīng)成為我國(guó)水資源領(lǐng)域的重要課題，它已經(jīng)直接影響到人類的生存與發(fā)展，而水質(zhì)評(píng)價(jià)是水污染治理的前期工作，為水污染治理提供決策依據(jù)。文中將模糊優(yōu)選人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模

3、型的單輸出拓展為多輸出，并將其用于江河水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，以標(biāo)準(zhǔn)類別內(nèi)插加密產(chǎn)生訓(xùn)練樣本，以其對(duì)級(jí)別的相對(duì)隸屬度矩陣作為期望值輸出，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，從而為待識(shí)別樣本提供了產(chǎn)生其級(jí)別相對(duì)隸屬度的有效方法。實(shí)例分析部分，沱江水體污染程度識(shí)別表明模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模型的可行性，且操作簡(jiǎn)便易行，評(píng)價(jià)結(jié)果切合實(shí)際，具有很好的實(shí)用性。 (2)水資源是一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的重要的資源組成部分，對(duì)于我國(guó)的綜合發(fā)展至關(guān)重要，文中論述了水資源承載力的涵義以

4、及特征?？紤]到水資源承載力評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的模糊性，采用模糊識(shí)別理論解決水資源承載力評(píng)價(jià)問題，通過(guò)循環(huán)迭代計(jì)算得到區(qū)域的承載力的相對(duì)隸屬度和影響因子的貢獻(xiàn)率；同時(shí)考慮到人的主觀經(jīng)驗(yàn)知識(shí)在評(píng)價(jià)過(guò)程中的作用，采用基于互補(bǔ)理論的二元對(duì)比方法確定主觀權(quán)重。綜合考慮影響因子的貢獻(xiàn)率以及主觀權(quán)重，通過(guò)級(jí)別特征值反映各個(gè)地區(qū)的承載力級(jí)別。實(shí)例分析部分對(duì)我國(guó)30個(gè)地區(qū)的水資源承載力的綜合評(píng)價(jià)，給出了我國(guó)區(qū)域水資源承載力的大致狀況。 (3)模糊聚類

5、模型作為水資源系統(tǒng)分析的重要工具。但是，目前的基于目標(biāo)函數(shù)的模糊聚類模型存在聚類數(shù)選擇以及聚類迭代過(guò)程中的局部極小點(diǎn)問題。論文中對(duì)模糊聚類循環(huán)迭代模型的合理聚類數(shù)確定方法進(jìn)行了研究，給出了一種基于準(zhǔn)則函數(shù)的判斷方法。為了解決聚類分析過(guò)程中的局部極小點(diǎn)問題，引入了粒子群算法(ParticleSwarmOptimization)，這種優(yōu)化方法是對(duì)生物智能的模擬，和遺傳算法比較，操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單。在對(duì)PSO算法和模糊聚類循環(huán)迭代模型分析的基礎(chǔ)

6、上給出了基于PSO的模糊聚類循環(huán)迭代模型PSO-FC，完善了模糊聚類迭代模型。實(shí)例分析部分將以上成果應(yīng)用到對(duì)我國(guó)水資源分區(qū)研究和水庫(kù)洪水聚類中去。 (4)模糊優(yōu)選人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為水資源系統(tǒng)中的一種預(yù)測(cè)模型，由于在訓(xùn)練中采用誤差反向傳播算法，存在容易極小點(diǎn)的問題。論文中采用粒子群算法(ParticleSwarmOptimization)對(duì)其訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，在較大程度上避免了陷入局部極小點(diǎn)的可能性，從而建立基于PSO算法的模糊優(yōu)選

7、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將其應(yīng)用于解決黃河內(nèi)蒙古段凌汛預(yù)測(cè)問題。預(yù)測(cè)結(jié)果比較合理，這為解決水資源系統(tǒng)預(yù)測(cè)問題提供了一種方法。 (5)在水資源系統(tǒng)決策領(lǐng)域中存在一類包含完全定性指標(biāo)(用語(yǔ)言表述)的決策問題，而模糊數(shù)可以較好地描述這類指標(biāo)。論文中首先闡述了模糊數(shù)的定義以及性質(zhì)，建立基于語(yǔ)言變量的評(píng)價(jià)集，從而將定性分析轉(zhuǎn)換為從定量的角度進(jìn)行決策。通過(guò)采用模糊數(shù)對(duì)語(yǔ)言變量進(jìn)行描述，引入了基于模糊語(yǔ)氣算子的決策模型，并將其應(yīng)用于解決水資源工程

8、項(xiàng)目招投標(biāo)的資格預(yù)審問題。 (6)水資源工程建設(shè)中的評(píng)標(biāo)問題屬于一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)群決策問題，其中影響因素眾多，具有相當(dāng)大的不確定性。同時(shí)決策的效果直接影響到水資源工程的效益發(fā)揮，這就需要一個(gè)有效的多目標(biāo)群決策框架來(lái)解決這些問題，尤其是對(duì)大型的、復(fù)雜的、高風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)水平要求高的水資源工程項(xiàng)目。文中建立了基于模糊識(shí)別群決策評(píng)標(biāo)模型，同時(shí)考慮到群決策的集結(jié)問題，提出了群決策一致度的計(jì)算方法，可以對(duì)決策者對(duì)最終的決策結(jié)果的認(rèn)同程度進(jìn)行分