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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。
隨著社會經濟的發(fā)展，人口數量的增加，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。農業(yè)一直是用水大戶，農業(yè)灌溉用水占總用水量的比例非常大，我國為農業(yè)生產大國，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。
我國較為集中的農業(yè)生產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作物生產基地。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，生活在這里的少數居民以狩獵打魚維持生計。建國以來，經過五十多年的開發(fā)建設，已經把這個―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，在市場經濟影響下，高利潤經濟作物廣泛種植，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。用水結構單一，水資源利用率較低，水資源分配不合理，使灌區(qū)內水資源告急，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)內可利用的水資源充分利用，根據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)內水資源的利用率。
(2)資源、環(huán)境、效益的協(xié)調發(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)化配置的關鍵就是所使用的模型和方法是否科學合理，符合實際的調配水過程，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，國外大量關于優(yōu)化農業(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的引入，使水資源管理的方法及理論突飛猛進。如Buras將數學規(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)種植面積間的關系;Trava等[11]以人力和水量為約束，運用優(yōu)化技術來分配灌溉水資源;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，因此研究不再只關注收益最大，更多的兼顧多個目標，使經濟社會環(huán)境協(xié)調發(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，對不同水質水的使用問題進行優(yōu)化，同時，模型可得到一定時期內作物耕種面積、地下水開采量等;Kumar[16]建立了污水排放模糊優(yōu)化模型，提出了經濟和技術上都可行的流域水質管理方案。
21世紀以后，產生了多種優(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，并將其應用到農業(yè)水資源系統(tǒng)中。
2.2國內水資源優(yōu)化配置研究。
目前，在國內水資源優(yōu)化配置中更加看重經濟收益，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，能夠用于生產生活的水資源日益減少，水資源短缺嚴重制約著生產力發(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)生產排放污水并未得到有效控制，污水處理再循環(huán)利用技術落后，使得我國面臨嚴峻的用水形勢。根據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“排水與灌溉結合，灌溉與供水結合”理念便在位于陜西省境內的灌區(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)化配置開始受到關注，華士乾[22]綜合區(qū)域內水利工程建設次序、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。隨著農業(yè)發(fā)展，研究人員多追求經濟效益最大，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業(yè)用水現(xiàn)狀，綜合考慮社會、經濟及環(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學規(guī)劃模型發(fā)展為數學規(guī)劃與模擬技術、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、計算機技術和新的優(yōu)化算法的應用，使復雜多水源，多地塊的農業(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，多種數學分析方法及各類數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已有的數學方法來求解，并且計算結果必須科學合理。
二、研究方案：
1.研究目標、研究內容和擬解決的關鍵問題。
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)合調配給灌區(qū)內3種作物。在該模型中，以系統(tǒng)收益最大為目標函數，并將概率密度函數，區(qū)間參數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研究內容。
本文首先根據灌區(qū)實際情況，分析在調配水過程中存在的不確定因素，分析各個因素特征，選用相應的數學方法來表征不確定因素，并且對多種數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據，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。
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容及技術路線。
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)化配置的內涵、原則等。
第三章詳細介紹建模技術和水資源優(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濟數據進行預測分析。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擬解決的關鍵問題。
本課題擬解決如下幾個關鍵性問題：
以灌區(qū)多水源、多作物配水為基礎，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。
2.擬采取的研究方法(或技術路線、實驗方案)及可行性分析。
本課題的研究技術路線：
【技術路線】
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、用水結構不均衡等問題，構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。
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主要研究內容
1.7技術路線
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
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結論和展望
四、參考文獻：
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