基于区间两阶段随机规划方法的北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m^3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m^3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m^3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。

基于两阶段随机规划方法的灌区水资源优化配置

灌区水资源优化配置的不确定性研究,对于提高水分的利用效率,减少农业灌溉用水,建立节水型社会具有重要的意义,尤其是对于中国的干旱半干旱地区。该文针对灌区水资源系统中存在的不确定性,以西营灌区、清源灌区、永昌灌区为研究区域,运用区间2阶段随机规划的方法,建立了地表水和地下水联合调度的灌区之间水资源优化配置模型。该模型以多灌区、多水源联合调度系统的成本最小为目标函数,引入随机数和区间数表示该系统中存在的不确定性,将地下水和地表水水资源在不同地区之间进行优化,并以配置结果为输入数据,以作物全生育期的水分生产函数为基础,建立灌区不同农作物灌溉定额的非线性区间不确定性水资源优化配置模型,将优化配置水量分配到灌区典型农作物。2个模型均以区间的形式给出优化配置的结果,为决策者提供更为准确的决策空间,更真实地反映实际的水资源优化配置形式。

基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106～2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。

水火发电系统随机生产模拟的两阶段定区间等效电量函数法

针对等效电量函数有效区间在随机生产模拟过程中不断变化的性质,通过平移变换得到了固定的有效区间,提高了计算效率。基于等效电量函数法误差来源的分析,提出了两阶段定区间等效电量函数法。第一阶段进行水火电带负荷位置的协调优化,根据系统负荷及各机组容量的"最大公因子"确定尽可能大的模拟间隔,以在不损失精度要求的前提下提高计算效率;第二阶段仅对存在空闲容量的水电厂进行模拟,采用较小的间隔以提高失负荷概率(LOLP)指标的计算精度。采用IEEE-RTS 79修正及扩大系统的仿真分析表明,相比于传统的等效电量函数法,所提方法在相同的精度要求下具有更高的计算效率,特别适用于对LOLP指标精度要求较高的场合。

不确定条件下的区间两阶段模糊可信性约束规划配水模型研究

以黑河中游为研究对象,考虑农业灌溉系统的不确定性,建立了区间两阶段模糊可信性约束规划模型,用于区域农业水资源优化配置。该模型以经济效益最大为目标函数,引入模糊变量、概率分布和区间数来表示多重不确定性。通过设置不同的可信性置信水平,模型可解决带有违背约束的模糊风险问题。模型的结果可为黑河中游地区农业水资源优化管理和作物种植结构优化提供帮助。

考虑生态环境的灌区双水源区间两阶段模糊可信性约束模型

对水资源进行合理的优化配置是缓解水资源短缺问题和遏制生态环境持续恶化的重要途径之一。为了实现水资源的可持续利用和生态环境的良性循环,该研究针对灌区水资源配置系统中存在的复杂性和不确定性,以黑龙江省建三江垦区为研究区,将水质污染治理成本(生态补偿费用)与系统经济收益相结合作为目标函数,引入离散区间、概率分布函数及模糊数表示系统中的多重不确定性,通过设置不同的可信性置信水平解决带有违规风险概率的模糊风险问题,进而建立考虑生态环境的区间两阶段模糊可信性约束规划模型。通过对模型求解,实现地表地下水资源在典型作物间合理的优化配置,得到不同来水情境下生态补偿费用、不同水源不同作物的最优配水方案及不同可信性置信水平下系统最大经济效益,结果表明:模型能够反映系统中的不确定性,有效平衡系统收益与违规风险,并通过满足生态需水和农业排污约束以促进系统经济效益和生态环境的协调发展;当来水水平分别为低、中、高3种流量时,研究区地表水生态补偿费用和地下水生态补偿费用均呈现下降的趋势;当可信性置信水平为1.0时,系统经济收益为29.88×10^(8)~52.18×10^(8)元,当可信性置信水平为0.5时,系统经济收益为31.17×10^(8)~53.44×10^(8)元,系统收益值随着可信性置信水平的降低而升高,管理者可根据实际情况和风险偏好选择科学合理的决策方案,以实现水资源的高效利用与可持续发展。该研究所构建的不确定性优化模型和作物配水结果可为类似地区的水资源优化配置提供参考。

基于区间两阶段鲁棒优化模型的灌区水资源优化配置

为避免由灌区水资源配置系统存在的诸多不确定因素导致的配水过程风险性,在区间两阶段随机规划方法的基础上加入了鲁棒优化方法,构建区间两阶段鲁棒优化模型,引入鲁棒系数表示系统风险,将系统风险体现在模型中,克服了系统风险不可控的不足。以三江平原牡丹江灌区为例,对灌区水资源进行优化配置,得到灌区多水源、多作物、不同鲁棒系数下的配水目标。结果表明:随着鲁棒系数增大,导致缺水量增加,系统稳定性增强,但成本也随之增加,系统经济性降低;当鲁棒系数为3时,缺水量不再增加,系统达到稳定的状态,此时系统的成本在[1. 903 27×10~9,2. 634 75×10~9]元之间变化。优化结果可为决策者提供决策空间,为农业水资源的合理配置提供技术支持。

基于区间两阶段的城镇污水处理技术优选模型

为解决现有污水处理技术优选方法的片面性、主观性和不确定性,本研究以环境、社会和经济效益最大化为目标,采用区间两阶段随机规划的方法,构建模型测算区域新增废水的最优处理方法和处理量,并应用于滇池盘龙江流域,结果表明在废水排放量较大的区域,多种污水处理技术的组合要优于选择任意一种处理技术.其中,厌氧-缺氧-好氧工艺由于运营和投资成本低,在处理规模较大时,具有明显优势,而间歇式循环延时曝气活性污泥法则适用于废水排放规模较小的城镇,其污染物去除效果要优于厌氧-缺氧-好氧工艺和氧化沟法.

基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置

针对灌区水资源配置系统中的复杂性和不确定性,以湖北省漳河灌区为例,构建区间两阶段模糊可信性约束规划模型,实现灌区各用水户间水资源优化配置。模型以系统经济收益最大为目标函数,引入模糊变量、离散区间和概率分布表征系统中的多重不确定性,设置可信性置信水平解决带有违规概率的模糊风险问题。求解模型得到多种情景下水量、灌溉面积优化配置结果以及系统收益,结果表明,模型可以有效处理配置系统的不确定性问题,反映系统收益与风险之间的权衡,实现灌区水资源高效配置。优化结果有助于灌区管理者协调各用水户的利益冲突,制定合理的决策方案。

基于双区间两阶段随机规划的黑河中游主要农作物种植结构优化

为优化有限农业水资源量下的种植结构以实现最大经济效益,考虑种植结构优化过程中存在的水文要素与社会经济要素中存在的不确定性,构建以经济效益最大为目标的双区间两阶段随机规划模型。在农业水资源量测算时出现了双区间特点,故使用双区间理论对农业水资源量进行表征计算。将构建的模型用于黑河中游甘肃省张掖市甘州区、临泽县、高台县的5种水文年(枯水年、较枯水年、平水年、较丰水年以及丰水年)下的种植结构优化,比较了优化结果与现状水平年种植结构与经济收益。结果表明:通过双区间两阶段随机规划模型得到的3种种植结构优化方案即保守决策方案、趋于平均决策方案和乐观决策方案产生的经济效益比现状水平年种植结构下的经济效益分别提高[1.97,8.53]、[4.20,11.04]、[6.43,13.56]亿元。

基于水质模拟的不确定条件下两阶段随机水资源规划模型

针对流域内不同企业的水资源分配及企业生产污染排放导致的水环境问题,运用区间两阶段随机规划的方法,耦合区间两阶段模型(ITSP)和区间水质模型(IS-P),建立不确定两阶段随机水质-水量耦合规划模型(ITSP-SP).该模型以流域内系统利益最大为目标函数,模拟了流域内各个企业的水量分配及排污过程中河道水质变化,并在保证河流水质达标前提下优化预计分配水量,调整企业生产规模.通过模型运算得到区间解,为管理者提供了多样的决策方案.并且,该模型充分考虑不确定因素对系统利益的影响,能够有效的规避系统决策失误及方案缺失现象.

求解含风电场随机机组组合问题的动态削减多切割方法

风电大规模集中并网使得实际大电网机组组合问题变得更加难以求解。以场景法为基础,文中提出了动态削减多切割方法。该方法首先将模型分解为用于求解机组的开停机方案和预测场景下机组出力方案的主问题和用于求解误差场景下机组出力方案的子问题;然后通过最优切割将主问题和子问题联系起来,实现交替求解。在迭代过程中,通过动态削减对主问题约束较弱的最优切割,使得迭代进入某一个阶段后最优切割数目保持不变,从而降低了主问题求解规模,并解决了多切割方法随着迭代次数增多主问题规模急剧增大的问题。最后采用含大型风电场和180台火电机组的某省级电力系统进行计算,结果表明所提出的方法在收敛性、计算速度方面均具有优越性。

区域环境工业大气污染物的优化治理工艺和处理成本

以陕西省安康市某工业区水泥厂的环境空气质量控制为例,采用基于析因分析法的区间两阶段随机规划法(factorial analysis-interval two-stage stochastic programming method,FA-ITSP),在考虑环境约束的前提下,建立以工业大气环境质量达标和处理成本最低为目标的数学模型;依据水泥厂的环境治理数据、行业排放标准以及环境空气质量标准,针对去除工业大气中的主要污染物SO_(2)、NO_(x)和颗粒物的烟气治理过程,进行治理工艺组合优选、处理成本分析和数学模型析因分析。结果表明:水泥厂烟气治理的最优工艺组合选择双碱法、选择性非催化还原法、选择性催化还原法、电除尘法和袋式除尘法;在主要参数对数学模型输出的贡献方面,低效率类治理工艺的贡献率是64.88%~77.88%,高效率类治理工艺的贡献率是7.87%~16.22%,高、低效率治理工艺组合交互效应的贡献率是0.003%~16.22%;使用去除效率不同的工艺组合有助于经济效益和环境保护的双赢;控制好水泥厂脱硝、除尘系统中的不确定性,可有利于实现处理成本最低。

污染物超排对广州土地资源规划的影响

以广州市城市生态系统为例,构建了基于土地交易机制的区间两阶段随机规划模型。模型考虑了工业排放的四种污染物和生态用地产生的八种生态服务价值,并分析它们对城市土地资源规划管理的影响。结果表明,随着污染物排放水平的增加,其土地交易量也随之增加。同时,土地交易机制也可以有效地控制污染物的排放量,以保证生态系统的可持续发展。最后,根据研究结果建议决策者对汽车制造业与电子制造业进行必要的产业升级,使其向着高技术、高土地利用效率、低污染物排放的方向进行产业转型。

纳入再生水利用的区域水资源优化配置研究

将再生水纳入供水体系是缓解水资源短缺问题的战略性举措,针对纳入再生水的多水源优化配置中存在的不确定性和稳定性问题,耦合蒙特卡罗模拟和区间两阶段鲁棒随机优化,构建多重不确定性条件下的多水源优化配置模型,有效处理供水和需水过程中以区间和概率分布形式表征的不确定性,同时权衡水资源配置中的可变随机值和追索成本,控制系统风险,得到不同情景下的水资源配置方案,将改进的模型应用到山西大水网的临汾盆地—晋城沁丹河流域供水区,综合分析不同情景下的区域用水效益和缺水损失,得到不同再生水利用率下的多水源联合配置方案,为决策者在不确定条件下考虑再生水利用的水资源优化配置方案提供了参考依据。

基于风险价值的水资源优化配置研究

在进行水资源配置时,会受到多方因素的干扰,在降低用水成本的同时,也伴随着一些风险。以5个重要产粮区域为例,引入风险偏好,构建能够优化地下水和地表水配置的模型,分析各地用水成本和水资源配置方案的变化。结果显示,1.74×10^(8)和3.22×10^(8)m^(3)分别为A行政区地下水和地表水的最佳供水量,其最佳配置水量与预测需水量的下限值十分接近,而D行政区地下水和地表水缺量仅在高水平来水时为0,两区域均引入一些外来水,以降低用水成本;C行政区和E行政区地表水缺量较大,地表水开采过度。在低来水水平下,水资源在风险规避水平较低时配置较少,缺水无法满足作物的基本需求,只能通过引入外部水来解决缺水问题,提高了缺水成本;在高来水水平下,风险规避水平的提高可以降低供大于求所造成的成本损失,达到减小成本的目的;在中来水水平下,成本出现先增大后减小的趋势,决策者可参考此规律来调整配水方式,使收益达到最大值。

基于区间两阶段-部分信息模型的城市水资源优化配置

本文将区间两阶段随机规划方法与线性部分信息理论结合构建多水源、多用户、多目标的区间两阶段-部分信息模型,解决因传统配水模型忽视城市降雨-径流的不确定性而导致配水结果与实际情况存在差异的问题。将该模型应用于哈尔滨市地表水、地下水联合调度中,运用线性部分信息理论分析降雨-径流的不确定性,得到4种流量水平概率分布情景。引入交互式算法求解模型,得出城市用水用户在不同情景下的缺水量、最优配置水量及城市配水系统整体收益,并将配置结果与两阶段随机规划模型结果对比。结果表明:与传统配水模型相比,区间两阶段-部分信息模型克服了降雨-径流等不确定性因素对配水系统收益的影响,能有效平衡经济效益和缺水惩罚风险。通过该模型分析哈尔滨市水资源配置得到4种流量水平分布情景,当发生低流量水平的概率增大时,缺水风险增加,得到保守的配水方案,系统经济利益降低;发生中、高流量水平的概率增大时,城市可用水量增加,得到积极的配水方案,系统经济利益增加。该模型得到的优化配置方案以区间形式给出,更真实地反映实际城市水资源管理情况,并为管理者提供决策空间。

不确定条件下的多水源联合供水调度模型

本文针对城市供水调度系统中存在的不确定性与复杂性,运用区间两阶段随机规划的方法,建立了多水源联合供水调度的优化模型。该模型以供水调度系统成本最小为目标函数,引入概率分布及区间数表示不确定性,模拟了地表水源、地下水源、外来水源等多种水源联合供水过程,并对多种水源的调水目标进行优化。以区间形式给出优化结果,为决策者提供宽裕的决策空间。利用该方法,可充分考虑系统中不确定因素对系统成本的影响,更真实的反映多水源联合供水系统的实际情况。

基于纳污能力控制的省区初始排污权ITSP配置模型

省区初始排污权配置具有多阶段性、复杂性及不确定性特征。面向水功能区限制纳污红线约束,根据省区初始排污权配置的基本假设,引入区间数和随机数来描述不确定性信息,以因省区初始排污权配置产生的经济效益为第1个阶段,以因承担减排责任而可能产生的治污损失为第2个阶段,设计实现流域经济效益最优的目标函数,并以配置结果能够体现社会效益、生态环境效益和社会经济发展连续性为约束条件,构建基于纳污能力控制的省区初始排污权区间两阶段随机规划(ITSP)配置模型,分水污染物类别确定不同减排情形下的省区初始排污权配置方案。在三种减排情形下,2020年太湖流域各省区的初始排污权配置结果表明:1江苏省、浙江省和上海市的COD初始排污权配置区间量没有明显变化,其NH3-N和TP初始排污权配置区间量总体呈上升或递增趋势;2太湖流域各省区因初始排污权的配置产生的总体经济效益最优区间数分别为[335.35,399.75]亿元、[336.63,401.11]亿元和[339.08,402.74]亿元,最优区间数的下限值、上限值及期望值总体呈上升或递增趋势。分类确定不同减排情形下的配置方案,并提出方案实施的政策建议,为排污权配置决策提供更为准确的决策空间。

多态不确定条件下的城市供水调度模型研究

针对城市多水源供水调度系统中存在的不确定性和复杂性问题,将基于可信性理论的模糊规划与区间规划融入两阶段随机规划框架中,构建了基于可信性约束的区间两阶段随机规划的城市供水调度优化模型。该模型用区间数、随机变量和模糊参数等形式,有效表征了系统目标函数和约束中存在的多态不确定性,模拟了不确定条件下的城市供水调度过程,并对随机过程产生的风险进行了追索。通过模型运算,得到不同可信度水平下的稳定区间解,可为城市供水管理者提供不同情景下的决策方案,帮助其规避供水缺水风险。