2017研究生畢業(yè)論文開題報告模板

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　　論文題目：不確定條件下灌區(qū)多水源優(yōu)化配置模型研究

　　一、選題依據(jù)與文獻綜述：

　　1.論文選題的研究意義。

　　1.1選題背景。

　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人口數(shù)量的增加，用水量隨之加大，水資源供需矛盾將日漸突出，在保證經(jīng)濟、社會、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的條件下，如何將水資源有效合理的分配給使用顯得尤為重要。農(nóng)業(yè)一直是用水大戶，農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的比例非常大，我國為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，耕地面積遼闊，噴灌、滴管等高效率的灌溉方式并未在全國范圍內(nèi)得到有效的普及，傳統(tǒng)的灌溉方式并不能使水資源利用率達到最大，造成水資源很大程度的流失，進一步加劇了水資源短缺匱乏的現(xiàn)狀。

　　我國較為集中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地除了長江黃河兩岸及華北平原外，還有位于我國東北部地區(qū)的三江平原，總占地面積約為5萬平方公里，除去大面積的沼澤地還有廣袤的平原可以用作農(nóng)作物生產(chǎn)基地。20世紀50年代以前，三江平原在黑龍江、松花江及烏蘇里江共同滋養(yǎng)下，野生動物聚集，樹木成林，沼澤遍地，生活在這里的少數(shù)居民以狩獵打魚維持生計。建國以來，經(jīng)過五十多年的開發(fā)建設，已經(jīng)把這個―北大荒‖變成了―北大倉‖，成為國家重要的商品糧基地[8].三江平原全區(qū)水資源總量為170億m3,包括地表徑流、地下水資源和過境水。

　　共有14個灌區(qū)，規(guī)劃設計灌溉面積86.91萬hm2,耕地灌溉所用水主要是地下水，約占地下水用量的90%.不難看出，作物灌溉用水較為單一，多采用地下水灌溉，隨著人口增加，對糧食的需求進一步加大，糧食種植面積隨著增加，則灌溉需水量隨之增加，將進一步增加地下水的供水壓力。同時，地下水大量用于地表灌溉且并未達到預期利用率，地下水位極具下降，可用地下水逐年減少，導致供水和需水矛盾加劇。加之近年來，在市場經(jīng)濟影響下，高利潤經(jīng)濟作物廣泛種植，東北平原及長江黃河以南地區(qū)多種植水稻等耗水作物，結(jié)果導致灌溉水需求加大，盲目灌溉，作物灌溉水量分配不合理。用水結(jié)構(gòu)單一，水資源利用率較低，水資源分配不合理，使灌區(qū)內(nèi)水資源告急，作物用水緊張不斷加劇，亟需采取有效的手段來解決灌區(qū)供水和需水矛盾問題。

　　1.2論文選題的研究意義。

　　水資源優(yōu)化配置研究的意義：

　　(1)節(jié)約水資源，提高水資源的利用率水資源優(yōu)化配置可以將灌區(qū)內(nèi)可利用的水資源充分利用，根據(jù)不同作物的用水需要，考慮多重因素，以最優(yōu)的方式將不同水源供給不同作物生長使用，達到水資源的分配的合理與公平，提高灌區(qū)內(nèi)水資源的利用率。

　　(2)資源、環(huán)境、效益的協(xié)調(diào)發(fā)展水資源優(yōu)化配置可以充分利用多種水源，有效緩解地下水供水壓力，使水資源得到可持續(xù)供應，充分利用水資源的同時，也避免了因過度開發(fā)而造成的水環(huán)境破壞，同時將可用水量合理的分配到不同作物，避免作物缺水，使作物的產(chǎn)值達到最大，相應的系統(tǒng)的收益也會最大，最終實現(xiàn)資源、環(huán)境和效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。

　　(3)建立更加符合實際的情況的水資源優(yōu)化配置模型水資源優(yōu)化配置的關(guān)鍵就是所使用的模型和方法是否科學合理，符合實際的調(diào)配水過程，而水資源優(yōu)化配置研究的目的便是尋求合理的配置方法來解決實際配水問題，研究意義重大。

　　2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

　　2.1國外水資源優(yōu)化配置研究。

　　自1960年以后，國外大量關(guān)于優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源配置的報道不斷涌現(xiàn)出來，較典型的是一個包含兩維狀態(tài)變量的確定性動態(tài)規(guī)劃模型，研究中提及的相乘模型使計算變得更為簡潔。

　　經(jīng)過多年不斷發(fā)展，出現(xiàn)許多優(yōu)秀理論和方法，并且計算機技術(shù)的.誕生，促進了水資源優(yōu)化配置的發(fā)展，極大的提高了水資源優(yōu)化配置水平，為配水決策提供科學有效的方案，提高了水資源的使用效率，國外相對研究較早，取得成果較多。

　　上世紀70年代，隨著各類研究方法的成熟及計算機的技術(shù)的引入，使水資源管理的方法及理論突飛猛進。如Buras將數(shù)學規(guī)劃理論和計算手段聯(lián)合用于水資源理論和方法的研究;Dudley等[10]為預測水庫不同作物的需水量構(gòu)建作物需水模型，通過模型求解獲得水庫蓄水量與作物最優(yōu)種植面積間的關(guān)系;Trava等[11]以人力和水量為約束，運用優(yōu)化技術(shù)來分配灌溉水資源;Smith[12]等提出了一個線性規(guī)劃模型用于優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源分配;Rogers[13]對印度南部Cauvery河進行規(guī)劃時，建立多目標模型，實現(xiàn)農(nóng)作物總效益和灌溉面積最大化。

　　進入80年代，優(yōu)化配置研究深入，更多優(yōu)秀的理論和方法產(chǎn)生，如Yaron和Dinar[14]將線性規(guī)劃模型和動態(tài)模型應用到水資源優(yōu)化配置中;Chaves等[15]建立模擬模型和優(yōu)化模型耦合后的雜交模型，以系統(tǒng)最大收益為目標，通過求解獲得最優(yōu)種植方案。

　　當進入90年代，全球正處在高速發(fā)展時期，因此對水需求不斷增加，同時水源的污染加重，因此研究不再只關(guān)注收益最大，更多的兼顧多個目標，使經(jīng)濟社會環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。Afzal和Javaid等[9]針對Pakistan某個地區(qū)的灌溉系統(tǒng)建立線性規(guī)劃模型，對不同水質(zhì)水的使用問題進行優(yōu)化，同時，模型可得到一定時期內(nèi)作物耕種面積、地下水開采量等;Kumar[16]建立了污水排放模糊優(yōu)化模型，提出了經(jīng)濟和技術(shù)上都可行的流域水質(zhì)管理方案。

　　21世紀以后，產(chǎn)生了多種優(yōu)化配置方法，如遺傳算法、兩階段規(guī)劃方法等，同時在這期間出現(xiàn)了許多水資源管理及分析軟件如SPSS等，為解決優(yōu)化問題提供了較為先進的手段。

　　如Kinney[17]將基于GIS系統(tǒng)的水資源模擬系統(tǒng)框架應用到水資源優(yōu)化配置研究中;Lnjayant和Chiek[18]構(gòu)建了某流域地下水和地表水聯(lián)合使用的時空分配優(yōu)化模型;Farmani等[19]將改進的遺傳算法與傳統(tǒng)模型比較分析，并將改進后模型應用于水資源分配問題;Lu等[20]通過粗糙區(qū)間實現(xiàn)了水文模型與優(yōu)化模型的耦合，并將其應用到農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)中。

　　2.2國內(nèi)水資源優(yōu)化配置研究。

　　目前，在國內(nèi)水資源優(yōu)化配置中更加看重經(jīng)濟收益，而往往忽略了水資源的有效利用。

　　加之污水排放、過度開發(fā)、技術(shù)落后等原因使可用水量逐年減少，社會發(fā)展人口增多的同時，能夠用于生產(chǎn)生活的水資源日益減少，水資源短缺嚴重制約著生產(chǎn)力發(fā)展。資料顯示在世界水資源總量排名中，我國居于第六位，但人均可用水量卻遠遠不夠;日常生活用水加上耕地用水量遠超其他發(fā)達國家，水資源利用率尚不足發(fā)達國家的三分之一，加之工業(yè)生產(chǎn)排放污水并未得到有效控制，污水處理再循環(huán)利用技術(shù)落后，使得我國面臨嚴峻的用水形勢。根據(jù)我國水資源的基本特點，我國在水資源的開發(fā)利用中借鑒了國外的一些成功經(jīng)驗。在水資源總量不變的前提下，通過水資源的合理配置，為解決嚴重缺水區(qū)的水資源供應，提供了一種有效的途徑[21].

　　我國對水資源配置優(yōu)化的研究要稍晚于國外，直到20世紀80年代初這項研究才真正意義上受到我國科學工作者的重視，成為研究的焦點。李佩成的“排水與灌溉結(jié)合，灌溉與供水結(jié)合”理念便在位于陜西省境內(nèi)的灌區(qū)得以應用，且獲得了一定效益[2].80年代初期城市水資源優(yōu)化配置開始受到關(guān)注，華士乾[22]綜合區(qū)域內(nèi)水利工程建設次序、水量分配及水資源利用效率等多方面因素采用系統(tǒng)工程學方法對北京的水資源進行規(guī)劃，成為中國水資源配置研究的雛形。隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展，研究人員多追求經(jīng)濟效益最大，馬建琴等[23]提出的作物種植面積與水量優(yōu)化分配的多目標模糊模型符合當下農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀，綜合考慮社會、經(jīng)濟及環(huán)境效益，有利于資源的可持續(xù)利用。進入21世紀以來，從農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置研究方法上看，優(yōu)化模型已由單一的數(shù)學規(guī)劃模型發(fā)展為數(shù)學規(guī)劃與模擬技術(shù)、向量優(yōu)化理論等幾種方法的組合模型;對問題的描述由單目標發(fā)展為多目標[24],特別是大系統(tǒng)優(yōu)化理論、計算機技術(shù)和新的優(yōu)化算法的應用，使復雜多水源，多地塊的農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置問題變得比較簡單，求解也較方便。GIS為計算機技術(shù)的一種，在優(yōu)化水資源管理方面被廣泛應用，曾被郭變青等用來開發(fā)了河南新鄉(xiāng)水資源優(yōu)化管理系統(tǒng)，為規(guī)劃水資源及其配置提供技術(shù)支持[25].2014年，付銀環(huán)等[26]針對灌區(qū)水資源系統(tǒng)中存在的不確定性，以西營灌區(qū)、清源灌區(qū)、永昌灌區(qū)為研究區(qū)域，運用區(qū)間2階段隨機規(guī)劃的方法，建立了地表水和地下水聯(lián)合調(diào)度的灌區(qū)之間水資源優(yōu)化配置模型。

　　通過大量學者的深入研究，針對灌區(qū)水資源優(yōu)化配置產(chǎn)生多種模型和方法，在一定條件下，可以為管理者提供水資源管理的意見和參考，但是，多種數(shù)學分析方法及各類數(shù)學模型受到其使用范圍和適用條件的約束，許多模型優(yōu)化所得最優(yōu)解可能偏離決策者最初的構(gòu)想或與其初衷相悖，或者與實際情況有偏差導致可行性差、實用價值不大[2].因此，建立模型過程中應滿足以下2個條件：(1)模型的真實有效性。模型建立在解決實際問題上，全面考慮多種不確定因素，建立能夠真實有效反映實際問題的模型。(2)建立的模型能夠根據(jù)已有的數(shù)學方法來求解，并且計算結(jié)果必須科學合理。

　　二、研究方案：

　　1.研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題。

　　1.1研究目標。

　　本研究在綜合考慮資水資源系統(tǒng)中的多種不確定性，建立了基于區(qū)間兩階段模糊隨機規(guī)劃的灌區(qū)多水源優(yōu)化配置模型，以紅興隆灌區(qū)為研究區(qū)域，將地表水和地下水聯(lián)合調(diào)配給灌區(qū)內(nèi)3種作物。在該模型中，以系統(tǒng)收益最大為目標函數(shù)，并將概率密度函數(shù)，區(qū)間參數(shù)和模糊集三種方法引入兩階段線性規(guī)劃框架，用來解決水資源配置中不確定性問題。

　　1.2研究內(nèi)容。

　　本文首先根據(jù)灌區(qū)實際情況，分析在調(diào)配水過程中存在的不確定因素，分析各個因素特征，選用相應的數(shù)學方法來表征不確定因素，并且對多種數(shù)學方法進行了學習和研究，綜合到傳統(tǒng)兩階段規(guī)劃框架中，以此建立基于區(qū)間兩階段模糊隨機規(guī)劃的水資源優(yōu)化配置模型，并以預測年2020年紅興隆灌區(qū)為研究區(qū)域，通過定性和定量分析方法預測模型所需數(shù)據(jù)，最終求解模型，為灌區(qū)管理者對水資源進行優(yōu)化配置提供依據(jù)。

　　第一章緒論主要介紹水資源優(yōu)化配置研究背景、研究的目的與意義及水資源優(yōu)化配置國內(nèi)外研究進展，分析水資源系統(tǒng)中不確定性，提出本文主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線。

　　第二章系統(tǒng)的介紹水資源優(yōu)化配置的基本理論包括水資源優(yōu)化配置的內(nèi)涵、原則等。

　　第三章詳細介紹建模技術(shù)和水資源優(yōu)化配置方法，并分析灌區(qū)水資源優(yōu)化配置過程中的不確定因素，建立基于區(qū)間兩階段模糊隨機規(guī)劃的灌區(qū)多水源優(yōu)化配置模型，并且詳細介紹了模型的求解過程。

　　第四章介紹紅興隆灌區(qū)的區(qū)域概況，并通過定量及定性分析對預測年水資源狀況和經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行預測分析。獲得多種水源及作物生長的基本資料。通過求解模型獲得最優(yōu)配置水量，為決策者提供科學合理的決策方案。

　　第五章分析模型所解決的不確定性問題，得出研究結(jié)論，并對未來水資源優(yōu)化配置的發(fā)展進行展望。

　　1.3擬解決的關(guān)鍵問題。

　　本課題擬解決如下幾個關(guān)鍵性問題：

　　以灌區(qū)多水源、多作物配水為基礎(chǔ)，較為充分的考慮灌區(qū)系統(tǒng)中的不確定性，建立不確定條件下灌區(qū)多種水源聯(lián)合配水模型，并將模型應用到紅興隆灌區(qū)水資源優(yōu)化配置中，為灌區(qū)水資源管理提供依據(jù)。

　　2.擬采取的研究方法(或技術(shù)路線、實驗方案)及可行性分析。

　　本課題的研究技術(shù)路線：

　　【技術(shù)路線】

　　3.本研究的特色與創(chuàng)新之處。

　　本研究中，對傳統(tǒng)的區(qū)間兩階段隨機規(guī)劃模型進行改進和補充，使模型處理不確定性問題更為有效，更加符合實際的配水過程。

　　4.預期的論文進展和成果。

　　本研究為緩解灌區(qū)用水緊張、用水結(jié)構(gòu)不均衡等問題，構(gòu)建了不確定性條件下，多種水源向多種作物供水的優(yōu)化配水模型，模型充分考慮了存在于水資源優(yōu)化配置中的不確定性因素，通過引入不同數(shù)學方法，在一定程度上很好的解決了灌區(qū)水資源系統(tǒng)中的不確定性問題，為決策者提供科學的決策依據(jù)。

　　5.論文工作量、年度研究計劃、可能遇到的困難和問題及相應的解決辦法。

　　20××年5月-20××年7月前期資料收集和整理

　　20××年7月-20××年9月前期模型建設與分析

　　20××年9月-20××年12月完成論文初稿

　　20××年1月-20××年3月初論文基本定稿

　　20××年3月底前定稿

　　三、論文大綱：

　　1緒論

　　1.1研究背景

　　1.2研究目的與意義

　　1.3水資源優(yōu)化配置現(xiàn)狀

　　1.4研究系統(tǒng)不確定性分析

　　1.5研究問題的提出

　　1.6主要研究內(nèi)容

　　1.7技術(shù)路線

　　2水資源優(yōu)化配置理論

　　2.1水資源優(yōu)化配置的內(nèi)涵

　　2.2水資源優(yōu)化配置基本原則

　　3水資源優(yōu)化配置方法及模型建立

　　3.1建模技術(shù)

　　3.2水資源優(yōu)化配置中傳統(tǒng)方法

　　3.3不確定條件下水資源優(yōu)化配置方法

　　3.4優(yōu)化方法

　　3.5模型建立

　　3.6模型求解

　　4區(qū)間兩階段模糊隨機規(guī)劃模型應用

　　4.1紅興隆灌區(qū)概況

　　4.2水資源狀況

　　4.3灌區(qū)多水源模型應用

　　5結(jié)論和展望

　　四、參考文獻：

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