水資源工程論文范文

前言：我們精心挑選了數(shù)篇優(yōu)質(zhì)水資源工程論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

中國防洪實(shí)踐起始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展建設(shè)，目前中國已建成大、中、小型水庫83000余座，總庫容量4677億m3，防洪堤26萬km，重要蓄滯洪區(qū)97處，總面積約3.5萬km2，蓄洪總?cè)萘考s970億m3。這些水利工程措施對中國開展防洪減災(zāi)工作起到了積極的推動作用，特別是367座大型水庫（總庫容3400多億m3）和2524座中型水庫（總庫容693億m3），更是對各級河道洪水起到了重要的控制和調(diào)節(jié)作用。同時(shí)，中國又是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家。伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人口的不斷增長，一方面，干旱、河道斷流、水污染等水安全問題日益突出；另一方面，一些大型水庫在汛期為減少洪災(zāi)損失將洪水大量排棄，造成水資源的巨大浪費(fèi)[。進(jìn)入新時(shí)代新時(shí)期，特別是經(jīng)歷1998年長江大洪水之后，中國政府審時(shí)度勢，對以前的防洪策略做了戰(zhàn)略性的調(diào)整，提出了從“控制洪水”向“管理洪水”、從“工程水利”向“資源水利”、從“傳統(tǒng)洪水”向“現(xiàn)代洪水”轉(zhuǎn)變，力爭實(shí)現(xiàn)人水和諧、人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的全方位、多角度的治水新理念和新方略。實(shí)現(xiàn)洪水資源安全利用[1]，可以利用洪水資源本身有利的一面，最大限度地挖掘洪水對促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的作用，一定程度上緩解中國由于水資源短缺而對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展造成的制約和限制。從根本上說，洪水資源安全利用的治水理念和策略符合中國基本國情和以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀。由此可見，進(jìn)行水庫洪水資源優(yōu)化調(diào)度研究具有深遠(yuǎn)的理論意義和重大的實(shí)踐意義。

2.水庫洪水資源化調(diào)度的研究進(jìn)展

目前，隨著認(rèn)識的不斷提高，無論從技術(shù)上還是管理上，都已使洪水資源化成為可能。洪水資源化，包括工程措施和非工程措施。水庫洪水調(diào)度是目前一種最主要的主動防洪措施，它通過時(shí)空上重新分配水量，達(dá)到防洪錯(cuò)峰、蓄水興利的目的，是實(shí)現(xiàn)洪水資源安全利用的一項(xiàng)重要非工程措施。水庫洪水資源化利用有著悠久的歷史，在過去的幾十年時(shí)間里，從單一水庫的常規(guī)調(diào)度到大規(guī)模水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度及水庫洪水資源化調(diào)度，中國的水庫洪水調(diào)度工作在技術(shù)上取得了一系列的進(jìn)步。

2.1水庫常規(guī)調(diào)度的方式

水庫常規(guī)調(diào)度方式是以調(diào)度規(guī)則為依據(jù)，利用徑流調(diào)節(jié)理論和水能計(jì)算方法來確定滿足水庫既定任務(wù)的蓄泄過程。常規(guī)調(diào)度方法主要有時(shí)歷法和圖解法，調(diào)度圖由一些基本調(diào)度線組成，這些調(diào)度線是具有控制意義的水庫蓄水量（或水位）變化過程線，是根據(jù)過去的水文氣象資料和水利樞紐的實(shí)際應(yīng)用工況繪制而成的。由于常規(guī)調(diào)度方法是一種半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法，簡單、直觀，但調(diào)度結(jié)果不一定最優(yōu)，且不便于處理復(fù)雜的水庫調(diào)度問題。水庫優(yōu)化調(diào)度則是在常規(guī)調(diào)度方式和系統(tǒng)工程理論（最優(yōu)化理論、智能算法等）的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的一種新型調(diào)度方式，旨在建立以水庫功能發(fā)揮為中心的水利水電系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，擬訂目標(biāo)函數(shù)應(yīng)滿足的約束條件，然后用最優(yōu)化方法等現(xiàn)代計(jì)算方法求解由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的系統(tǒng)方程組，最后得到目標(biāo)函數(shù)取最優(yōu)值時(shí)所對應(yīng)的水庫控制運(yùn)用方式。

2.2國外水庫水資源的調(diào)度研究進(jìn)展

20世紀(jì)50年代以來，隨著系統(tǒng)工程理論的迅速發(fā)展和應(yīng)用，國外許多學(xué)者將其應(yīng)用到水庫洪水調(diào)度研究中。1955年，美國的Little提出了水電系統(tǒng)隨機(jī)動態(tài)規(guī)劃調(diào)度模型，對水庫優(yōu)化調(diào)度問題進(jìn)行了研究，從而標(biāo)志著用系統(tǒng)工程方法研究水庫洪水調(diào)度工作的開始。水庫優(yōu)化調(diào)度常采用的數(shù)學(xué)模型有線性規(guī)劃（Linearprogramming，LP）、非線性規(guī)劃（Nonlinearprogramming，NLP）及動態(tài)規(guī)劃（Dynamicprogramming，DP）模型。該方法可在保證水庫大壩安全可靠的情況下，解決各用水單位之間的矛盾，滿足其基本要求，并能經(jīng)濟(jì)合理地利用水能資源，以獲得最大的水利綜合利用效益。

2.3國內(nèi)水庫水資源調(diào)度的研究進(jìn)展

洪水具有資源、災(zāi)害雙重屬性，水庫洪水資源化調(diào)度是新時(shí)期中國治水理念更新的產(chǎn)物，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的客觀需要，是與時(shí)俱進(jìn)、開拓創(chuàng)新的結(jié)果，也是實(shí)現(xiàn)興利與除害結(jié)合、防洪與抗旱并舉的一個(gè)具體典型體現(xiàn)。水庫洪水資源化調(diào)度不等同于常規(guī)的水庫防洪調(diào)度，它是利用現(xiàn)代科技水平與技術(shù)手段作為支撐，在不降低水庫下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，充分發(fā)揮水庫的防洪與興利功能。許多大型水庫一般均具有防洪與興利兩項(xiàng)功能，由于中國長期遭受洪水災(zāi)害的困擾，因此常規(guī)水庫調(diào)度方式過多考慮水庫大壩防洪安全，造成了大量的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。水庫洪水資源化調(diào)度不是被動的防御洪水，而是兼顧防洪與興利，利用現(xiàn)代科技手段突破水庫設(shè)計(jì)中的部分防洪調(diào)度參數(shù)和規(guī)則，將防洪與興利相結(jié)合進(jìn)行調(diào)度。因此，不降低水庫原有防洪標(biāo)準(zhǔn)是評價(jià)水庫洪水資源化調(diào)度是否可行的最主要準(zhǔn)則。另外，由于水庫洪水調(diào)度過程中存在的若干不確定性（如設(shè)計(jì)入庫洪水、洪水預(yù)報(bào)、調(diào)度模型不確定性等），洪水調(diào)度系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析是實(shí)現(xiàn)洪水資源化過程中不可或缺的工作環(huán)節(jié)。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理是當(dāng)前洪水管理的重要模式之一，因此須在深入細(xì)致地把握流域水資源洪水風(fēng)險(xiǎn)特性與演變趨向的基礎(chǔ)上，因地制宜地將工程措施與非工程措施有機(jī)地結(jié)合起來，以非工程措施來推動更加有利于全局與長遠(yuǎn)利益的工程措施，輔以風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)與風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償政策，形成與洪水共存的治水方略，將洪水風(fēng)險(xiǎn)控制在可承受的限度之內(nèi)，促使人與自然之間的關(guān)系向良性互動方向轉(zhuǎn)變。近年來，隨著智能科學(xué)（如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論等）及計(jì)算科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，又相繼出現(xiàn)了水庫洪水優(yōu)化調(diào)度的隨機(jī)性模型、確定性模型研究以及各種模型求解的逐步優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、遺傳算法及聚合分解法等。1997年，馬光文等將二進(jìn)制編碼的遺傳算法應(yīng)用于水庫洪水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)并進(jìn)行了研究。2001年，暢建霞等將十進(jìn)制編碼的改進(jìn)遺傳算法應(yīng)用于水庫洪水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，有效克服了二進(jìn)制編碼的冗余問題。2005年，趙基花等應(yīng)用改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立水庫洪水優(yōu)化調(diào)度函數(shù)，提高了計(jì)算精度。2006年，劉攀等針對三峽水庫運(yùn)行初期蓄水實(shí)時(shí)調(diào)度問題，提出了一種改進(jìn)方法用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水庫調(diào)度函數(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明：該方法雖不能最好地?cái)M合訓(xùn)練樣本與檢驗(yàn)樣本，但在調(diào)度過程中可以獲得較大的發(fā)電效益。2006年，張靜等以水庫洪水優(yōu)化調(diào)度方案指標(biāo)值作為網(wǎng)絡(luò)輸入、以方案對模糊集“優(yōu)”的隸屬度作為輸出建立網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)際水庫多個(gè)可行調(diào)度方案的優(yōu)劣排序。2008年，陳立華等從編碼方法、遺傳算子和混合算法方面對標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了采用超立方體浮點(diǎn)數(shù)編碼的自適應(yīng)遺傳算法和超立方體浮點(diǎn)數(shù)編碼的遺傳模擬退火算法，并在水庫洪水優(yōu)化調(diào)度中開展了應(yīng)用研究。實(shí)施水庫洪水資源化調(diào)度，可提高水電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)管理水平，幾乎在不增加任何額外投資的條件下，便可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，智能科學(xué)及計(jì)算科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展必將進(jìn)一步推動水庫（群）洪水資源化調(diào)度技術(shù)的研究與發(fā)展。利用現(xiàn)代成熟的計(jì)算科學(xué)技術(shù)建立水庫（群）洪水調(diào)度的專家決策支持系統(tǒng)，并結(jié)合各種優(yōu)化技術(shù)、模擬技術(shù)及專家經(jīng)驗(yàn)，不斷提高系統(tǒng)的通用性，從而可更加及時(shí)、準(zhǔn)確、自動和直觀地為決策者的科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。

3.水庫洪水調(diào)度方案設(shè)計(jì)

水庫洪水調(diào)度的目的是根據(jù)已得到的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)成果及水庫面臨時(shí)刻狀態(tài)，在合理確定各調(diào)度目標(biāo)權(quán)重和確保水庫大壩防洪安全的前提下，對水庫未來時(shí)刻的多個(gè)可行調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)劣抉擇，從而使水庫獲得最大的防洪與興利效益。水庫洪水調(diào)度問題可歸結(jié)為對若干可行調(diào)度方案的復(fù)雜決策問題，而任何系統(tǒng)決策問題均可以歸結(jié)為以益損值為目標(biāo)函數(shù)、決策方案為優(yōu)化變量、自然狀態(tài)為約束條件的方案優(yōu)選問題，其中自然狀態(tài)、決策方案、益損值和決策準(zhǔn)則是解決這類問題的四個(gè)要素。因此，水庫洪水調(diào)度問題實(shí)際上就是以行動方案為評價(jià)對象的一類特殊的復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)問題。系統(tǒng)綜合評價(jià)的實(shí)質(zhì)，就是如何合理地把多層次多維復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成單層次一維系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)的過程，該過程需要充分挖掘反映評價(jià)對象主要特征信息和評價(jià)主體價(jià)值判斷信息的指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要定性分析和定量計(jì)算綜合集成的可操作的、合適的綜合評價(jià)方法。復(fù)雜系統(tǒng)方案優(yōu)選評價(jià)問題往往涉及的指標(biāo)眾多，指標(biāo)之間的關(guān)系也較復(fù)雜，且常常具有層次性。目前，主要采用定性與定量方法相結(jié)合、客觀信息與主觀信息相融合的各種系統(tǒng)工程方法。為此，2006年，金菊良等提出了復(fù)雜系統(tǒng)方案優(yōu)選評價(jià)的理論框架：

（1）確定評價(jià)對象集生成函數(shù)。其中，對于系統(tǒng)評價(jià)對象是行動方案的方案優(yōu)選問題，則常可用多目標(biāo)規(guī)劃法所得到的非劣解集作為評價(jià)對象集；對于系統(tǒng)評價(jià)對象是多種評價(jià)方法對同一系統(tǒng)問題所產(chǎn)生的多種評價(jià)結(jié)果，則這些評價(jià)方法本身也構(gòu)成一種評價(jià)對象函數(shù)。復(fù)雜系統(tǒng)綜合評價(jià)中評價(jià)對象的選取問題，至今仍是限制許多基于評價(jià)對象樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動的統(tǒng)計(jì)評價(jià)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型廣泛應(yīng)用的瓶頸。

（2）對評價(jià)系統(tǒng)逐層分析，確定評價(jià)總目標(biāo)、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層，得到具有遞階層次結(jié)構(gòu)的評價(jià)指標(biāo)體系，并確定評價(jià)指標(biāo)集生成函數(shù)。目前常用的評價(jià)指標(biāo)集生成函數(shù)方法有德爾菲法（Delphimethod）、主成分法、層次分析法（Analytichierarchyprocess，AHP）、投影尋蹤方法（Projectionpursuit，PP）等。評價(jià)指標(biāo)體系既是判斷評價(jià)對象價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)的方式，也是表達(dá)系統(tǒng)總目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)的具體途徑。因此，評價(jià)指標(biāo)集生成函數(shù)的合理選取在復(fù)雜系統(tǒng)綜合評價(jià)的理論框架中極為重要。

（3）確定評價(jià)指標(biāo)測度函數(shù)。若某指標(biāo)本身就是一確定性實(shí)數(shù)變量，則可直接用其觀測值、實(shí)驗(yàn)值作為該指標(biāo)的測度；若指標(biāo)是隨機(jī)變量，則可用估計(jì)均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)等統(tǒng)計(jì)特征的有關(guān)統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法及指標(biāo)變量的概率分布確定該指標(biāo)的測度。另外若指標(biāo)是定性的，則需將其定量化。

（4）確定指標(biāo)一致無量綱化函數(shù)。目前確定指標(biāo)一致無量綱化函數(shù)的方法主要有廣義指數(shù)法、廣義線性功效系數(shù)法、非線性函數(shù)法、分段函數(shù)法等。評價(jià)指標(biāo)一致無量綱化是目前處理綜合評價(jià)不可公度性的主要途徑，不同的函數(shù)對綜合評價(jià)結(jié)果將產(chǎn)生顯著影響。因此，需要根據(jù)系統(tǒng)評價(jià)總目標(biāo)和約束條件，仔細(xì)選取并構(gòu)造合適的指標(biāo)一致無量綱化函數(shù)。

（5）確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重函數(shù)。指標(biāo)權(quán)重既是指標(biāo)屬性之間重要性差異程度的反映（主觀權(quán)重），也是評價(jià)對象之間整體價(jià)值差異程度和評價(jià)指標(biāo)在各評價(jià)對象觀測值之間差異程度的體現(xiàn)（客觀權(quán)重）。合理確定指標(biāo)權(quán)重是影響系統(tǒng)評價(jià)結(jié)果是否合理的核心問題之一，已成為當(dāng)前復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。現(xiàn)有的確定指標(biāo)權(quán)重函數(shù)的方法主要有客觀賦權(quán)法、主觀賦權(quán)法、主客觀組合賦權(quán)法和變權(quán)重法等。權(quán)重實(shí)質(zhì)上是一種特殊的定性指標(biāo)，因此原則上，確定定性指標(biāo)定量化的方法大多也可移用于確定指標(biāo)權(quán)重。

（6）確定綜合評價(jià)指標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對評價(jià)要素的優(yōu)劣排序。由于實(shí)際評價(jià)系統(tǒng)評價(jià)主體、評價(jià)要素、評價(jià)指標(biāo)及其層次結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不確定性及動態(tài)性，上述眾多綜合評價(jià)方法尚存在技術(shù)單一或評價(jià)結(jié)果優(yōu)劣差異不明顯甚至與實(shí)際情況不符等缺點(diǎn)。

1.方案優(yōu)選智能方法研究進(jìn)展

由于系統(tǒng)方案優(yōu)選決策評價(jià)問題的復(fù)雜性和不確定性，常規(guī)的系統(tǒng)評價(jià)方法已不能最佳地反映評價(jià)對象與評價(jià)指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系。因此，這些方法只復(fù)雜系統(tǒng)決策評價(jià)問題提供部分參考工具，但不能產(chǎn)生智慧。在解決復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)問題時(shí)，在難于或不適宜建立常規(guī)數(shù)學(xué)模型的場合，要利用人的知識經(jīng)驗(yàn)和人工智能、模糊識別等方法建立知識模型，越過數(shù)學(xué)模型的障礙，直接由知識模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)模型，采用知識模型與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合形成廣義模型，以處理大系統(tǒng)的模型化問題。智能是指人們認(rèn)識事物、運(yùn)用和創(chuàng)新知識并解決問題的能力，它包括運(yùn)用知識認(rèn)識新事物、學(xué)習(xí)新方法、創(chuàng)造新思維、解決新問題等的能力。根據(jù)生物界“物競天擇、優(yōu)勝劣汰”的運(yùn)動變化規(guī)律，生物進(jìn)化的過程實(shí)際上可以認(rèn)為是某種優(yōu)化問題的求解過程。因此，利用智能方法（如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集等）人工模擬生物智能行為并將該優(yōu)化思想應(yīng)用于系統(tǒng)綜合評價(jià)之中，可望在很大程度上提高優(yōu)化的性能和效率。目前，模擬智能方法已成為建立和發(fā)展這類廣義模型的最有效途徑之一。

（1）遺傳算法在系統(tǒng)評價(jià)方案優(yōu)選中的應(yīng)用。遺傳算法（Geneticalgorithm，GA）是解決群體自適應(yīng)啟發(fā)式迭代尋優(yōu)問題的一種直接搜索算法，也是解決系統(tǒng)優(yōu)化問題的一種通用方法。它特別適用于常規(guī)優(yōu)化方法難于處理的復(fù)雜系統(tǒng)非線性優(yōu)化問題，是21世紀(jì)計(jì)算智能的關(guān)鍵技術(shù)之一。它直接面向優(yōu)化問題，與常規(guī)優(yōu)化方法相比，它的結(jié)果是一組好的解而不是單個(gè)解，這為解的使用者提供了可供選擇的機(jī)會。所有這些都表明了遺傳算法在復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)理論與實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用空間。實(shí)際上，現(xiàn)代系統(tǒng)工程的理論體系由于吸收、改進(jìn)和創(chuàng)新遺傳算法而煥然一新。

（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)評價(jià)方案優(yōu)選中的應(yīng)用。人腦的最基本單元是神經(jīng)元，一個(gè)典型的神經(jīng)元通過接受來自其它神經(jīng)元的信息，將其加工后又通過軸突發(fā)出電活性脈沖，大量的神經(jīng)元相互作用，從而指導(dǎo)著我們正常的思維活動。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificialneuralnetworks，ANN）就是用工程技術(shù)手段模擬上述人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能特征的一類人工系統(tǒng)，它用非線性處理單元來模擬人腦神經(jīng)元，構(gòu)成一個(gè)大規(guī)模并行的非線性動力系統(tǒng)。與其它人工智能方法相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自學(xué)習(xí)功能和較強(qiáng)的魯棒性，HechtNielsen證明了在一定條件下，對于任意δ>0，存在一個(gè)三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它能以δ均方誤差的精度逼近任意平方可積非線性連續(xù)函數(shù)。顯然，這種通用的函數(shù)逼近功能為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在系統(tǒng)方案優(yōu)選評價(jià)中的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

（3）模糊集理論在系統(tǒng)評價(jià)方案優(yōu)選中的應(yīng)用。模糊性是指事物概念和外延的不確定性，這些不確定性是由于客觀事物的演化性、主觀認(rèn)識的經(jīng)驗(yàn)性和科技發(fā)展的局限性等原因而產(chǎn)生的。模糊集（Fuzzysets）是以論域（所討論的全體對象）為定義域、以區(qū)間[0，1]為值域的實(shí)數(shù)值函數(shù)，稱該函數(shù)為隸屬函數(shù)，用以刻畫外延具有不確定性的各種概念（統(tǒng)稱為模糊性概念），即論域中任一對象符合某屬性概念的程度可用[0，1]上的某特定實(shí)數(shù)值來定量描述從數(shù)學(xué)角度看，模糊集與隸屬函數(shù)相等價(jià)，模糊集是直觀概念，而隸屬函數(shù)是模糊集的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。模糊集理論就是應(yīng)用模糊集這一模擬人腦模糊思維的數(shù)學(xué)工具來定量描述、分析、識別、分類、判斷、推理、決策和控制各種模糊事物所形成的一門現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)分支學(xué)科。目前，已發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用的模糊集理論主要有模糊模式識別、模糊聚類分析、模糊綜合評價(jià)、模糊推理、模糊控制等方法。實(shí)踐表明：由于實(shí)際系統(tǒng)評價(jià)問題中或許根本就不存在純確定性評價(jià)模型，人類主觀因素在這些實(shí)際評價(jià)過程中起著重要甚至主導(dǎo)作用。而人類處理主觀因素的常用方法就是語言信息，語言信息的特點(diǎn)是其描述的模糊性，所描述的事物沒有明確的外延。模糊集理論恰好可以直接利用人類語言信息及其運(yùn)算，這就是模糊集理論在系統(tǒng)評價(jià)中可廣泛成功應(yīng)用的主要理論依據(jù)。

（4）集對分析在系統(tǒng)評價(jià)方案優(yōu)選中的應(yīng)用。集對分析（Setpairanalysis，SPA）是中國著名學(xué)者趙克勤先生于1989年提出的一種利用同、異、反聯(lián)系數(shù)處理確定不確定系統(tǒng)模糊隨機(jī)性的系統(tǒng)分析方法。集對分析理論能從不同側(cè)面刻畫優(yōu)選方案評價(jià)指標(biāo)與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異情況，其內(nèi)容豐富，幾乎能涵蓋整個(gè)模糊集理論，這為集對分析方法在系統(tǒng)優(yōu)選評價(jià)中廣泛開展應(yīng)用研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。總之，將遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論及集對分析等智能方法應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)評價(jià)問題不僅是必要的，而且是可行的。深入而系統(tǒng)地開展這類應(yīng)用基礎(chǔ)研究，可以進(jìn)一步揭示評價(jià)系統(tǒng)的復(fù)雜特征，更深刻地認(rèn)識評價(jià)系統(tǒng)的本質(zhì)屬性、內(nèi)在機(jī)制和結(jié)構(gòu)形式，也有助于理解、掌握和改進(jìn)各種常規(guī)系統(tǒng)評價(jià)方法，探索新的系統(tǒng)評價(jià)理論、模型及其方法論，以便選擇正確的決策方案，科學(xué)地設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、管理和控制人類所面對的各類復(fù)雜系統(tǒng)。

第2篇

涢水流域處于曾都區(qū)西南和東北大部分，屬于大洪山和桐柏山區(qū)的延伸地帶，平均海拔約200m，最高點(diǎn)為大洪山1055m，最低點(diǎn)為干流出口。流域內(nèi)山巒疊翠，地勢曾都北部與曾都南部較陡峻，中部較為平坦，壩址以上流域內(nèi)建有大（二）型水庫5座，中型水庫6座。流域內(nèi)林草茂密，植被覆蓋較好，森林覆蓋率達(dá)21.5%，對徑流和洪水均有一定的滯蓄和調(diào)節(jié)功能。流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，氣候溫和，多年平均氣溫15.7℃，極端最高氣溫41.4℃（1959年8月21日），極端最低氣溫-16.3℃（1969年1月31日和1977年1月30日），多年平均日照時(shí)數(shù)2144小時(shí)，無霜期232天。年平均風(fēng)速3m/s，最大風(fēng)速14m/s，夏季多為東南風(fēng)，冬季多為北風(fēng)和西北風(fēng)。

2區(qū)域水資源量分析

2.1分析資料來源

白云湖水庫工程可供水分析論證主要依據(jù)隨州水文站實(shí)測徑流資料。隨州水文站1953年5月由湖北省水利廳設(shè)立，保存有設(shè)立之初至今的觀測水位、流量、降水等水文資料，集水面積3827km2。白云湖水庫壩址在隨州水文站斷面下游4.5km，白云湖水庫以上流域面積3865km2，為隨州水文站控制面積的99.02%。依據(jù)隨州站長系列徑流資料進(jìn)行計(jì)算，確定白云湖水庫工程的可供水量。

2.2降水量年際變化分析

區(qū)域內(nèi)降雨時(shí)空分布不均，多年平均降雨量977.6mm，4～10月降雨量占全年的82.9%，6、7、8三個(gè)月的降雨占全年的46.5%。最大年平均降水量1279.3mm，最小年平均降水量640.1mm，年際變化2倍左右。區(qū)域內(nèi)多年平均降水量折合水量68.32億m3，p=50%降水量961.0mm，折合水量67.16億m3，p=75%降水量804.0mm，折合水量56.19億m3，p=95%降水量617.8mm，折合水量43.18億m3。區(qū)域內(nèi)降水變化趨勢是東北部向西北地區(qū)遞減，年降水量在1840.5mm～485.5mm之間。全區(qū)年降水量變差系數(shù)Cv在0.17～0.24之間，年降水量最大最小比值在1.8～2.9之間。降水量年內(nèi)分配不均，暴雨多，強(qiáng)度大，降水主要集中在4～10月。

2.3區(qū)域水量分析

區(qū)域內(nèi)多年平均地表水資源量為20.16億m3，折合徑流深288.6mm，徑流系數(shù)為0.29，徑流分布總趨勢與年降水基本一致，自東北向西北遞減，全區(qū)多年平均徑流模數(shù)為28.8萬m3/km2。由于降水年內(nèi)分配不均，使得徑流季節(jié)變化很大。根據(jù)隨州站1962～2005年實(shí)測資料，采用水文比擬法按面積比轉(zhuǎn)換至白云湖壩址。最大年平均流量67.8m3/s（1963年），最小年平均流量7.81m3/s（1967年），多年平均流量31.2m3/s，年徑流量9.85億m3，徑流深254.9mm。

2.4區(qū)域水質(zhì)現(xiàn)狀分析

涢水干流布設(shè)有環(huán)潭、隨州2個(gè)水質(zhì)監(jiān)測站，水質(zhì)監(jiān)測斷面均在河流中央垂線上設(shè)置一個(gè)表層采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。監(jiān)測項(xiàng)目有pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總硬度、總磷、銅、氟化物、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、鋅、氰化物、揮發(fā)酚、氯化物、硝酸鹽等19項(xiàng)。根據(jù)水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果，按《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002采用單因子法對現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。涢水干流環(huán)潭、隨州站均設(shè)在城鎮(zhèn)下游，由于城區(qū)的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)任何處理直接排入河流，導(dǎo)致水質(zhì)污染。環(huán)潭站水質(zhì)為V類，隨州站水質(zhì)為劣V類，主要污染物為氨氮。

2.5區(qū)域水資源平衡分析

分析白云湖水庫供用水，水庫不同保證率下的來水量、棄水量、來水量利用率、棄水率。白云湖水庫用水對水質(zhì)的要求為III～I(xiàn)V類，隨州城區(qū)下水管網(wǎng)改造后，城區(qū)所有污水集中匯入白云湖水庫下游，經(jīng)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放，白云湖水庫水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn),水質(zhì)可以滿足取水要求。

3工程影響分析及預(yù)測

3.1取用水對水資源狀況和其它取水戶的影響

白云湖水庫取水量較少，絕大部分是來水下泄至下游干流，不產(chǎn)生污染，對區(qū)域水資源狀況影響甚微。水庫以下不存在對其它取水戶的影響與補(bǔ)償問題。

3.2社會、經(jīng)濟(jì)效益影響分析

隨著城市的快速發(fā)展，隨州市城市供水不足，新建白云湖水庫解決當(dāng)?shù)氐墓I(yè)、農(nóng)業(yè)用水，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用、合理配置。府河大橋至望城崗段，河道在規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)長4813.7m，河道寬度300～350m，無堤防工程，右岸為山腳階地，為隨州市政治中心所在地，左岸為隨州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，地勢較平坦低洼，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足20年一遇，對隨州市城區(qū)防洪構(gòu)成威脅。白云湖水庫的修建提高了城市防洪能力。枯水季節(jié)，上游河道流量小，河床，建造人工湖泊，淹沒河道，形成寬闊的水域，調(diào)節(jié)城市小氣候，美化沿河及周邊環(huán)境景觀，創(chuàng)造人水和諧的旅游休閑環(huán)境，具有較強(qiáng)的觀光旅游服務(wù)開發(fā)潛力。白云湖水庫的興建促進(jìn)了城區(qū)排水管網(wǎng)的改造，實(shí)現(xiàn)雨污分流，污廢水的集中整治，有利于涢水的水資源保護(hù)。

3.3退水影響及水資源保護(hù)措施

工程通過采取各種環(huán)境保護(hù)措施切實(shí)保護(hù)水環(huán)境和水資源。運(yùn)行期由于上游存在面源污染，加之水庫容量較小，水深較淺，水庫容易產(chǎn)生富營養(yǎng)。汛期通過水庫的蓄滯洪作用可使得下泄流量不大于天然狀態(tài)中已經(jīng)發(fā)生的洪峰流量，在枯水期水庫下泄流量應(yīng)維持天然狀態(tài)流量。由于水庫抬高河流的水位，水流通過溢流壩下泄水流流速增加，對下游河道、堤防產(chǎn)生的沖刷作用加強(qiáng)，管理單位要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況對下游河段的河堤進(jìn)行襯砌。

3.4工程取水水源的可行性分析

白云湖水庫工程筑壩建庫攔截涢水干流來水作供水水源。農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率要求為75%，設(shè)計(jì)灌溉面積2.5萬畝，供水量938萬m3；工業(yè)用水保證率要求為95%，設(shè)計(jì)供水量6278萬m3。白云湖水庫攔水壩壩址處多年平均來水量為9.85億m3，多年平均可供水量9.235億m3，水源的水量能夠滿足取水要求。涢水干流在入隨州市區(qū)（茶庵王福窖水廠）前河道水質(zhì)狀況良好，水質(zhì)為III類，入市區(qū)后，共有十六個(gè)排污口的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)任何處理直接排入涢水河，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水體污染；厥水在入隨州市區(qū)（厥水二橋）前河道水質(zhì)狀況良好，水質(zhì)為II～I(xiàn)II類，入市區(qū)后，共有七個(gè)排污口的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)任何處理直接排入厥水河，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水體污染。（1）納污能力計(jì)算涢水流域納污能力采用一維模型計(jì)算：[M]=[Cs-C0exp（-kl/u）]exp（kl/2u）Q計(jì)算參數(shù)選擇：Q─斷面設(shè)計(jì)流量；u─設(shè)計(jì)流速，u=0.60m/s；C0─背景濃度，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測資料氨氮C0=0.55mg/l，高錳酸鹽指數(shù)C0=4.5mg/l；K值，根據(jù)實(shí)測資料分析，選用氨氮K=0.50/d，高錳酸鹽指數(shù)K=0.27/d。對涢水白云湖河段氨氮和高錳酸鹽指數(shù)納污能力進(jìn)行計(jì)算，涢水白云湖水庫以下區(qū)域水質(zhì)目標(biāo)III類，主要污染物控制高錳酸鹽指數(shù)、銨氮排放量分別為1679t/a、500t/a。（2）水庫富營養(yǎng)化預(yù)測根據(jù)白云湖水庫工程水環(huán)境現(xiàn)狀和特點(diǎn)，選取總磷、總氮作為庫區(qū)水質(zhì)的主要預(yù)測因子。富營養(yǎng)化的預(yù)測采用荻隆模型預(yù)測氮、磷的濃度。根據(jù)荻隆模型c=L（1-R）/H/ρω，計(jì)算得出，庫區(qū)水體中氮、磷濃度分別為1.99mg/l和0.18mg/l。以水庫、湖泊中的磷濃度為判定富營養(yǎng)化程度的標(biāo)準(zhǔn)，水庫分為貧營養(yǎng)型（＜0.01mg/l）、中營養(yǎng)型（0.01～0.02mg/l）和富營養(yǎng)型（＞0.02mg/l）。白云湖水庫建成后其總磷濃度為0.18mg/l，由此可以判定水庫蓄水運(yùn)行后容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題。

4結(jié)論與建議

4.1經(jīng)分析論證

河道攔蓄工程主要攔蓄上游來水，取用水量較少，絕大部分來水又回歸干流河道，有利于水資源的開發(fā)利用，改善水環(huán)境狀況，美化城市環(huán)境，提高隨州市城區(qū)防洪能力。工程運(yùn)行不污染水質(zhì)，工程建成對水資源的開發(fā)利用、有效保護(hù)利多弊少。

4.2河道攔蓄工程興建后

庫區(qū)河段由天然河道形成湖泊，水體流速將發(fā)生較大變化。由于大壩的阻擋作用而形成的水庫容量比天然河道容量大，使整個(gè)水庫內(nèi)的水流趨于緩流狀態(tài)。庫區(qū)易發(fā)生富營養(yǎng)化，建議全面改造城區(qū)的排水管網(wǎng)，將市區(qū)工業(yè)廢水、生活污水集中綜合處理達(dá)標(biāo)后排放，改善河道城區(qū)段的水環(huán)境，屆時(shí)水質(zhì)將改善為III～I(xiàn)V類，水質(zhì)完全滿足工程取水要求。

4.3河道攔蓄工程的主要功能

第3篇

就目前來看，我國面臨的水問題主要有三個(gè)：洪澇災(zāi)害頻繁、水資源短缺和水污染嚴(yán)重。

1．1洪澇災(zāi)害頻繁

20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，我國幾大江河流域頻頻發(fā)生洪災(zāi)，1998年發(fā)生在長江、嫩江和松花江流域的特大洪水，造成全國29個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）農(nóng)田受災(zāi)面積2229萬hm2，死亡4150人，房屋倒塌685萬間，直接經(jīng)濟(jì)損失2551億元，這充分暴露了我國江河堤防薄弱、湖泊調(diào)蓄能力較低等問題。近年來，國家加大了對防洪工程的投入，一些重要河流的防洪狀況得到了改善。

1．2水資源短缺

農(nóng)業(yè)方面，現(xiàn)有的0．44億hm2灌溉面積中尚有0．067億hm2灌溉保證率低，不能滿足干旱年份的灌溉要求；工業(yè)及城市用水方面，230個(gè)被調(diào)查城市中，嚴(yán)重缺水的有40多個(gè)，占17％，一般缺水的140個(gè)，占63％。鄱陽湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪澤湖五大淡水湖，面積已縮小1／4甚至1／2，水資源短缺問題越來越嚴(yán)重。

1．3水污染嚴(yán)重

中國七大水系和內(nèi)陸河流水質(zhì)評價(jià)的123個(gè)重點(diǎn)河段中，符合《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》1、2類的占25％，符合3類的占27％，屬4、5類的占48％。具有監(jiān)測資料的200多條河流中，有850條受到污染，230條受到嚴(yán)重污染，有60％的水質(zhì)達(dá)不到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，有11％的水質(zhì)不符合農(nóng)業(yè)灌溉要求，有6％的毒物含量超過污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2生態(tài)工程定義

不同的學(xué)者對生態(tài)工程定義有不同的認(rèn)識。Teal（1991）認(rèn)為生態(tài)工程是基于自然的生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而非傳統(tǒng)的工程技術(shù)。美國H．T．Odum將生態(tài)工程定義為“人類利用自然能源對環(huán)境進(jìn)行控制”，20世紀(jì)80年代后，生態(tài)工程在歐洲及美國逐漸發(fā)展起來，提出了生態(tài)工程技術(shù)，即“依據(jù)對環(huán)境生態(tài)的了解，以最小的投入達(dá)到對環(huán)境損害最小的一些技術(shù)”。我國生態(tài)學(xué)家、生態(tài)工程建設(shè)先驅(qū)馬世駿先生給生態(tài)工程下的定義為：“生態(tài)工程是借助生態(tài)系統(tǒng)中物種共生與物質(zhì)循環(huán)再生原理，結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)最優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)的促進(jìn)分層多級利用物質(zhì)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。

3生態(tài)工程的應(yīng)用實(shí)例

3．1生態(tài)工程在解決水資源污染中的應(yīng)用

3．1．1濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)

濕地介于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)，水位接近地表，或以淺水形式覆蓋地表。濕地中有周期性的水生植物生長、終年飽和的土壤水分和不透水層。通過物理、化學(xué)、生物等過程使?jié)竦刂形廴疚锝到狻Ⅸi指出可以通過自然人工濕地減緩水流的速度，增加水力停留時(shí)間，吸收輸入濕地的營養(yǎng)成分，濕地植物如蘆葦和水葫蘆能有效地吸收有毒物質(zhì)，有利于毒物和雜質(zhì)的沉淀和排除，截留了68％的氮、43％的鱗；除此之外，還指出人工濕地利用可以吸收氮磷的經(jīng)濟(jì)作物，一方面減少了水體的富營養(yǎng)化，另一方面，增加了一定的經(jīng)濟(jì)收入。朱棣等以山東南四湖為例，進(jìn)行人工濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)，利用不同植物種類對水生生活的適應(yīng)性狀不同，吸收水體中的特定污染物質(zhì)，分別設(shè)立了浮水植物區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)三級處理污水工藝，對BOD5處理率為90．8％，COD為80．9％，懸浮物為91．1％，N和P的處理率為80％和75％。

3．1．2緩沖帶截留技術(shù)

緩沖帶，全稱保護(hù)緩沖帶，最早是由美國農(nóng)業(yè)部國家自然資源保護(hù)局。緩沖帶是指利用有一定寬度的植被與受納水體隔開，減少污染源和河流、湖泊之間的直接連接并且能夠控制土壤侵蝕伴隨的養(yǎng)分流失。劉鵬指出水體岸邊的緩沖林帶通過控制侵蝕，減少徑流中氮、磷濃度，防止流失泥沙、養(yǎng)分進(jìn)入河道水體。毛戰(zhàn)坡等指出氮在緩沖帶內(nèi)的截留作用主要是隨泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收；磷在緩沖帶內(nèi)的截留主要是磷隨泥沙的沉降及溶解態(tài)磷在土壤和植物殘留物之間的交換，以及緩沖帶土壤中植物根孔的形成有利于過濾作用的增強(qiáng)和吸附容量的擴(kuò)大。

3．1．3水塘系統(tǒng)

天然的或人工的水塘，通過其間歇性的雨與河流進(jìn)行水、養(yǎng)分的交換，同時(shí)降低流速，使懸浮物得到沉降，增加水流與生物膜的接觸時(shí)間，水塘對非點(diǎn)源污染物的滯留和凈化能力很強(qiáng)。劉興國等以水塘系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種生態(tài)工程化循環(huán)水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)，通過水質(zhì)交換，使水體水質(zhì)變好，同時(shí)還起到節(jié)水、減排效果。劉鵬利用多水塘系統(tǒng)，以水塘為點(diǎn)、溝渠為線的流域系統(tǒng)，表明多水塘系統(tǒng)能截留來自農(nóng)業(yè)的氮、磷污染負(fù)荷94％以上。

3．1．4土地處理系統(tǒng)

土地處理系統(tǒng)是將土地處理技術(shù)與多種符合生態(tài)、環(huán)保要求的技術(shù)整合成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域污水的循環(huán)處理和資源化利用。劉明輝等利用土壤、微生物、植物組成的生態(tài)系統(tǒng)通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物轉(zhuǎn)化和植物吸收等來凈化污水。劉鵬利用高分子如PAM能與水相互作用增加入滲、減少徑流的特性來改善土壤的結(jié)構(gòu)和增加土壤中團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。

3．2生態(tài)工程在解決水資源不足問題中的應(yīng)用

當(dāng)前最主要的就是雨水的資源化，不僅可以減輕區(qū)域洪澇，還能夠充分地利用雨水資源。汪毅將生態(tài)工程應(yīng)用到雨水收集利用中，指出利用南方院區(qū)普遍存在的水塘和魚塘，配以必要的鋼筋混凝土調(diào)節(jié)池，利用天然防滲材料，實(shí)現(xiàn)了利用自然條件來為工程服務(wù)的初步設(shè)想。王一鈞等采用了自然回收凈化、部分間接利用的雨水回收利用生態(tài)工程，指出利用雨水生態(tài)塘調(diào)蓄雨水凈化的同時(shí)，也提高雨水的利用率上；另外提出水保耕作技術(shù)如帶狀間作技術(shù)、糧草等高帶狀輪作技術(shù)、等高耕作技術(shù)等在不同程度上起到攔蓄徑流、減少土壤沖刷、提高糧食產(chǎn)量的作用。

4展望