隨機(jī)模糊規(guī)劃方法及流域水權(quán)交易研究.pdf

1、伴隨人口的膨脹和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源需求量呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);與此同時(shí)，水源污染及資源的不合理利用導(dǎo)致可利用水量日益減少，水危機(jī)已引發(fā)越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題，因而倍受關(guān)注。尤其是在開孔河流域（典型干旱區(qū)域），水資源退化、氣候變化、環(huán)境惡化等不利因素加劇了該地的水資源供需矛盾，成為流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。因此，必須深入研究更為高效、可行的水資源開發(fā)利用模式（如:水權(quán)交易模式），實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
　　但水

2、資源規(guī)劃（包括水資源的配置和交易規(guī)劃）系統(tǒng)是極為復(fù)雜的系統(tǒng)，其包含大量不確定性因素及因素間的互動(dòng)聯(lián)系，在充分辨識(shí)系統(tǒng)不確定性及復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，將這些抽象關(guān)系反映到實(shí)際模型中，并根據(jù)其自身特點(diǎn)對(duì)水資源及交易系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置的關(guān)鍵問題。因此，本文在充分辨識(shí)水資源規(guī)劃系統(tǒng)不確定性組分（人為及自然造成）的基礎(chǔ)上，整合子組分及其之間的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性，以經(jīng)濟(jì)、配置效率等為目標(biāo)，考慮多個(gè)規(guī)劃周期，多種風(fēng)險(xiǎn)及政策情景，開發(fā)一系列綜合區(qū)間-隨機(jī)

3、-模糊規(guī)劃的方法運(yùn)用于引入交易模式的流域水資源管理，具體研究?jī)?nèi)容包括:(1)流域尺度混合區(qū)間-隨機(jī)規(guī)劃水權(quán)交易模型。在深入分析流域水資源不確定性和復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，針對(duì)決策函數(shù)及約束中相關(guān)變量、參數(shù)表征為區(qū)間數(shù)，以及可用水量表現(xiàn)為隨機(jī)性這一系列復(fù)雜不確定信息，建立區(qū)間兩階段數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，并構(gòu)建流域尺度的水權(quán)交易模型。通過不同政策情景設(shè)置，得出不同水權(quán)交易政策下的水權(quán)交易方案。(2)可信度模糊規(guī)劃及水權(quán)交易政策效率分析。根據(jù)水權(quán)交易系統(tǒng)中可

4、用水量的多重不確定性特征（其既表現(xiàn)為隨機(jī)性、區(qū)間性，也表現(xiàn)為模糊性），開發(fā)基于可信度模糊分析的區(qū)間兩階段規(guī)劃方法，用于解決水權(quán)交易中不確定性疊加的問題。通過分析不同政策方案（水權(quán)及交易率）下的結(jié)果，獲得不同滿意度和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)水權(quán)交易政策的影響，并通過比較政策效率為決策者提供決策支持。(3) Hurwicz理論下的隨機(jī)-模糊規(guī)劃運(yùn)用于流域水資源配置。引入Hurwicz理論，并混合兩階段隨機(jī)規(guī)劃、可信度模糊規(guī)劃，開發(fā)Hurwicz理論下的兩

5、階段可信度模糊規(guī)劃方法，用于解決主觀與客觀因素引起的多重不確定性。同時(shí)，針對(duì)需水的不確定性，采用支持向量機(jī)(SVR)對(duì)水資源需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。耦合預(yù)測(cè)模擬與不確定優(yōu)化規(guī)劃方法來處理不確定條件下的流域水資源配置與規(guī)劃，將各類不確定性風(fēng)險(xiǎn)量化置于決策者面前，有利于決策者做出風(fēng)險(xiǎn)度適中的決策。(4)區(qū)間-隨機(jī)-模糊混合規(guī)劃運(yùn)用于交易模式調(diào)整的水權(quán)交易。深入分析模糊雙區(qū)間規(guī)劃方法表達(dá)上的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)流域?qū)嶋H情況，從政府調(diào)控力度上構(gòu)建交易模式調(diào)整下的水

6、權(quán)交易模型。通過無政策限制（全市場(chǎng)交易模式）及有政策限制（“準(zhǔn)市場(chǎng)”交易模式）的模型及結(jié)果分析對(duì)比，獲得多種初始水權(quán)分配情景條件下的水資源交易結(jié)果。并合理加入污水處理效率、交易率、污水處理成本、交易成本等政策因子來反映水權(quán)交易中的政策效益。(5)隨機(jī)-動(dòng)態(tài)規(guī)劃運(yùn)用于市場(chǎng)規(guī)則（交易率）變動(dòng)的水權(quán)交易。針對(duì)交易率的左手邊隨機(jī)性與可用水量的右手邊隨機(jī)性同時(shí)存在于水權(quán)交易模型的問題，開發(fā)左手邊隨機(jī)多階段規(guī)劃的方法，用于解決不確定條件下的開孔河流

7、域的水權(quán)交易問題。并采用蒙特卡羅隨機(jī)模擬的方法(MCS)構(gòu)建交易率的概率密度分布函數(shù)，運(yùn)用聯(lián)合概率的方法將交易率的變化動(dòng)態(tài)反映在多個(gè)規(guī)劃期中。并通過模型結(jié)果挖掘交易過程中的敏感政策因子及之間的互動(dòng)響應(yīng)關(guān)系。
　　本文不僅將水權(quán)交易體系納入到水資源規(guī)劃管理中，在充分分析水權(quán)交易系統(tǒng)不確定性及復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，揭示水權(quán)交易機(jī)制對(duì)水資源規(guī)劃系統(tǒng)的影響（尤其是效率）。更引入Hurwicz理論，將決策者風(fēng)險(xiǎn)偏好的不確定性融入到規(guī)劃中，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)

8、的博弈及選擇。所研究開發(fā)的一套混合區(qū)間-模糊-隨機(jī)的不確定性優(yōu)化技術(shù)的規(guī)劃方法，用于解決不確定條件下丌孔河流域（典型干旱區(qū)域）的水資源系統(tǒng)規(guī)劃問題（包括水資源配置及水權(quán)交易），挖掘了流域水資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)及用水需求之間的復(fù)雜內(nèi)在關(guān)系和互動(dòng)機(jī)制，為流域的水資源配置規(guī)劃、水權(quán)交易計(jì)劃的制定提供科學(xué)支撐和決策支持。其實(shí)現(xiàn)了從整體上對(duì)流域系統(tǒng)各組分之間以及水資源與人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、環(huán)境變化之間的復(fù)雜互動(dòng)關(guān)系的深入剖析，提高了水資源開發(fā)與