隨機模糊規(guī)劃方法及流域水權交易研究.pdf

1、伴隨人口的膨脹和社會經濟的發(fā)展，水資源需求量呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢;與此同時，水源污染及資源的不合理利用導致可利用水量日益減少，水危機已引發(fā)越來越嚴重的環(huán)境問題，因而倍受關注。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，成為流域社會經濟發(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:水權交易模式），實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，保障社會經濟的可持續(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)是極為復雜的系統(tǒng)，其包含大量不確定性因素及因素間的互動聯(lián)系，在充分辨識系統(tǒng)不確定性及復雜性的基礎上，將這些抽象關系反映到實際模型中，并根據(jù)其自身特點對水資源及交易系統(tǒng)進行規(guī)劃是實現(xiàn)優(yōu)化配置的關鍵問題。因此，本文在充分辨識水資源規(guī)劃系統(tǒng)不確定性組分（人為及自然造成）的基礎上，整合子組分及其之間的動態(tài)性和復雜性，以經濟、配置效率等為目標，考慮多個規(guī)劃周期，多種風險及政策情景，開發(fā)一系列綜合區(qū)間-隨機

3、-模糊規(guī)劃的方法運用于引入交易模式的流域水資源管理，具體研究內容包括:(1)流域尺度混合區(qū)間-隨機規(guī)劃水權交易模型。在深入分析流域水資源不確定性和復雜性的基礎上，針對決策函數(shù)及約束中相關變量、參數(shù)表征為區(qū)間數(shù)，以及可用水量表現(xiàn)為隨機性這一系列復雜不確定信息，建立區(qū)間兩階段數(shù)學規(guī)劃方法，并構建流域尺度的水權交易模型。通過不同政策情景設置，得出不同水權交易政策下的水權交易方案。(2)可信度模糊規(guī)劃及水權交易政策效率分析。根據(jù)水權交易系統(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，用于解決水權交易中不確定性疊加的問題。通過分析不同政策方案（水權及交易率）下的結果，獲得不同滿意度和系統(tǒng)風險對水權交易政策的影響，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-模糊規(guī)劃運用于流域水資源配置。引入Hurwicz理論，并混合兩階段隨機規(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，針對需水的不確定性，采用支持向量機(SVR)對水資源需求進行預測。耦合預測模擬與不確定優(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，將各類不確定性風險量化置于決策者面前，有利于決策者做出風險度適中的決策。(4)區(qū)間-隨機-模糊混合規(guī)劃運用于交易模式調整的水權交易。深入分析模糊雙區(qū)間規(guī)劃方法表達上的優(yōu)勢，根據(jù)流域實際情況，從政府調控力度上構建交易模式調整下的水

6、權交易模型。通過無政策限制（全市場交易模式）及有政策限制（“準市場”交易模式）的模型及結果分析對比，獲得多種初始水權分配情景條件下的水資源交易結果。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交易中的政策效益。(5)隨機-動態(tài)規(guī)劃運用于市場規(guī)則（交易率）變動的水權交易。針對交易率的左手邊隨機性與可用水量的右手邊隨機性同時存在于水權交易模型的問題，開發(fā)左手邊隨機多階段規(guī)劃的方法，用于解決不確定條件下的開孔河流

7、域的水權交易問題。并采用蒙特卡羅隨機模擬的方法(MCS)構建交易率的概率密度分布函數(shù)，運用聯(lián)合概率的方法將交易率的變化動態(tài)反映在多個規(guī)劃期中。并通過模型結果挖掘交易過程中的敏感政策因子及之間的互動響應關系。
　　本文不僅將水權交易體系納入到水資源規(guī)劃管理中，在充分分析水權交易系統(tǒng)不確定性及復雜性的基礎上，揭示水權交易機制對水資源規(guī)劃系統(tǒng)的影響（尤其是效率）。更引入Hurwicz理論，將決策者風險偏好的不確定性融入到規(guī)劃中，進行風險

8、的博弈及選擇。所研究開發(fā)的一套混合區(qū)間-模糊-隨機的不確定性優(yōu)化技術的規(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交易），挖掘了流域水資源和經濟社會發(fā)展、人口增長及用水需求之間的復雜內在關系和互動機制，為流域的水資源配置規(guī)劃、水權交易計劃的制定提供科學支撐和決策支持。其實現(xiàn)了從整體上對流域系統(tǒng)各組分之間以及水資源與人類經濟活動、環(huán)境變化之間的復雜互動關系的深入剖析，提高了水資源開發(fā)與