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水利工程论文-大连市水资源利用与宏观经济协调发展规划多目标群决策模型与方法.doc

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水利工程论文-大连市水资源利用与宏观经济协调发展规划多目标群决策模型与方法.doc

水利工程论文大连市水资源利用与宏观经济协调发展规划多目标群决策模型与方法摘要以大连市水资源开发利用与宏观经济协调可持续发展为研究背景,建立了大连市宏观经济水资源发展规划多目标群决策模型。根据该决策模型具有的多层次多目标多决策者的特点,结合陈守煜建立的工程模糊集理论与切比雪夫决策方法,提出了模糊切比雪夫多目标群决策方法。结果表明,该决策模型与模糊切比雪夫多目标群决策方法是有效和可行的。关键词水资源规划宏观经济多目标群决策水资源是国民经济和人民生活不可或缺的资源,它们相互制约相互矛盾;通过合理的规划,又可以做到共生共荣、互相促进,达到水资源利用与经济、环境协调可持续发展的目的[1]。大连市是全国发展最快和最严重的缺水城市之一,其人均水资源占有量不足全国人均的四分之一,严重缺水的紧张局面多次出现;干旱和对地下水的不合理开采,造成了大面积下降漏斗区、海水倒灌等严重的环境问题。水资源已经而且还将成为大连市国民经济发展的瓶颈之一。本文以国家科委全国地方科技攻关项目“大连市水资源综合开发利用研究”为背景,以满足大连市国民经济持续发展、环境质量改善和人民生活水平的提高为总目的,将大连市的水资源系统、社会经济和环境3个子系统作为一个相互联系的大系统,建立了大连市宏观经济水资源发展规划多目标决策模型,并提出了模糊切比雪夫多目标群决策方法,以生成和选择水资源供需调控策略,为大连市政府在制定该市发展规划和水资源的合理利用决策时提供科学依据。1大连市宏观经济水资源发展规划多目标决策模型根据大连市宏观经济水资源发展规划的总目的,其所要求的结果可用多种目标来描述。由于区域宏观经济水资源系统是一多目标、多效益、多矛盾的复杂系统,与其相关的部门和团体有着各自不同的利益要求和目标,而这些要求和目标通常都是相互冲突、不可公度的。考虑到不使决策模型规模过份宠大,在充分调查研究与参考其它地区研究的基础上[24],我们选择了国民生产总值GNP、生物化学需氧量BOD、粮食总产量FOOD3个目标。11经济目标与约束条件选择各规划水平年各地区国民生产总值之和GNP最大为主要经济目标,即式中J1,2,,10为地区序号,分别为中山、西岗、沙河口、甘井子、旅顺、金州、瓦房店、普兰店、庄河、长海;S1,2分别代表规划水平年2010和2020年;ΑJ,S是各水平年各地区的附加值率。GNPJ,S是地区J在水平年S的国民生产总值。国民经济结构约束为IAXJ,S,KBHOJ,S,KXHOJ,SBSOJ,S,KXSOJ,SBFIJ,S,KXFIJ,SBSTJ,S,KXSTJ,SXEPJ,S,KXIMJ,S,K式中I是单位矩阵;A是投入产出系数矩阵;K1,2,,7分别代表农、轻工、重工、建筑、运输邮电、商业和非物质部门;XHO、XSO、XFI、XST分别表示居民消费、社会消费、固定资产积累、流动资金积累;BHO、BSO、BFI、BST分别为相应变量的分配系数;XEP、XIM为各水平年各地区各部门的进出口变量;X为各水平年各地区各部门的产值变量,它们与国民生产总值的关系为式中IOC是各水平年各地区各部门的附加值率。各地区固定资产积累与投资关系为KTJ,SIWJ,SK1SKTJ,S1K2SGNPJ,SK3SGNPJ,S1式中KT是各水平年各地区总资产存量;K1是前一时段总资产存量在本时段的剩余系数;K2是本时段国民生产总值对固定资产存量的贡献;K3是前一时段国民生产总值对本时段固定资产存量的贡献;IW是各规划水平年各地区分担的水投资。12社会目标与约束条件根据大连市农业的实际,选择各规划水平年各地区粮食产量与其目标期望偏差之和最小式中TFOOD、FOOD分别是各地区各规划水平年的粮食消耗量期望目标和实际粮食生产总量。粮食生产目标方程由下式确定TFOODJ,SKFOJ,SPLOJ,S其中,KFO、PLO是各规划水平年各地区的人均粮食消耗量和人口总数。粮食产量方程为其中YD1、AR1分别是各地区规划年旱地作物单产和播种面积;YD2、AR2分别是灌溉作物单产和播种面积;L1,2,3是作物种类,代表水稻、小麦和玉米。农业产值方程为式中PR1、PR2分别是各地区各规划年旱地单位面积产值和灌溉地单位面积产值;LMF为各地区的林、牧、副、渔总产值,A1,2,3,4;L4,5,分别代表蔬菜和经济作物。13环境目标与约束条件考虑到城市化带来的人口增加等环境压力,选择各规划水平年各地区城镇生物需氧量BOD负荷排放量最小作为环境目标,即式中,BOD是各规划水平年各地区的BOD负荷排放总量,可由下列方程确定式中B是各地区单位产值的BOD排放量;UP是城镇人均生活BOD排放量;PU是城镇人口总数;KSE是各地区污水处理百分率;BSE是城镇污水处理后BOD的剩余量。污水排放量关系式为式中M、DB分别是各地区标准污水处理厂个数和每个厂的污水处理能力;WX是单位产值的污水排放量;WPU是城镇人均生活污水排放量。14水供需平衡关系方程上述3个目标除相互促进相互制约外,还同时都受水资源系统的控制与制约。城镇水供需平衡方程为式中WP是城镇人均年供水量;WEA是每亩蔬菜灌溉定额;WG为各地区可利用水量;WEJ,S各地区水平年环境用水量。农村水供需平衡方程为式中WPV是农村人均年供水量;PV是地区农村总人口;WLA1,2,3,4分别是林、牧、副、渔业单位产值耗水量;WAG是地区农村可利用水资源量。2模糊切比雪夫多目标群决策方法根据大连的实际,可将决策者分为市政府与地区二层次。前者的地位与决策权显然高于地区类决策者,其作出的决策应当给予高度的重视;地区类决策者为大连所辖的10个区县市。因此,上节建立的模型是半结构化、风险型、多层次和多目标的群决策问题。21模糊多目标切比雪夫模型STEUER5],是一种通过与决策者交互逐步缩小决策空间,最终达到满意解的决策方法,也是求解单决策者多目标决策问题较理想的方法。为叙述方便,将上节的宏观经济水资源发展规划多目标决策模型简述为1其中,F1XTGNP,F2XTFOOD,F3XMTBOD,X是所有变量组成的向量,M是一个适当大的正数,S是上节中所有约束条件所组成的集合。分别求解单目标规划I1,2,3MAXFIX2可得最优解与最大值。再分别求解单目标规划MINFIXMAXFIX3可得最小值FI。这样,可构造出目标函数FIX的相对隶属度[6]为4显然,Μ1,1,1是相对隶属度的理想点值。为在应用切比雪夫方法时不易丢失满意解,在相对隶属度空间中将移动一个很小的距离ΕI≥0,可得到一个“更好的理想点”。由于,从而已不再有相对隶属度的意义。我们把称为超理想点。ΕI一般取001~01之间的任意值。结合传统切比雪夫方法,并按使所有达到最小值进行求解满意方案,其中ΛΛ1,Λ2,Λ3是切比雪夫权重向量,也即目标权重向量,满足。但为使所得的解总是有效解,避免模型可行域的局部病态给求解带来的不良影响,在模型中增加光滑项。于是,可建立如下的决策优化模型其中Ρ为一综合比例系数,一般取较小的值。根据实际经验,通常取0001~001之间的某个值为宜[2]。为了求解方便,令,于是可将上述决策优化模型转化成下列决策模型22模糊切比雪夫多目标群决策方法多目标切比雪夫决策方法是一种交互式算法,能充分体现决策者的偏好和判断。首先,根据随机产生的权重空间和权重向量,计算并抽取若干个模型解,并将其提供给决策者挑选出“满意解”;然后以该解为核心进行离散和抽样[7],计算缩小了的权重空间,并随机产生相应的权重向量和模型解,供决策者选择。交互过程是在不断缩小的满意解搜索空间中反复进行的,直至求出决策者的满意解或不可能产生的新解。但我们的决策问题是多层次多决策者的群决策,各决策者对切比雪夫过程提供的备选方案的选择不一定完全一致。因此各决策者在选取各自满意决策方案时必须进行协商,以形成群的最满意方案,才能继续下一轮切比雪夫过程。为此,通过引入“不满意度”概念,将两层决策转化为单层决策问题。最后利用广义加权切比雪夫模型式5将多目标问题式1转化为单目标问题求解。我们称这种决策方法为模糊切比雪夫多目标群决策方法。现结合决策模型式5,将该决策方法的具体过程和步骤简述如下第1步确定迭代次数N0,每次迭代后抽取的决策方案个数N,权重空间缩小因子R。令W为由权重区间[LI,UI]组成的权重空间域,即W[L1,U1][L2,U2][L3,U3]。当T0时,一般取。第2步由式2~4将式1转化为广义加权切比雪夫模型式5。

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