基于SCM与CCEM的区域水安全系统安全性与适应性研究

摘要

随着社会的进步和经济的不断发展，人类在享受物质生活的同时也在不断地破坏着与他们密切相关的自然资源，对涉及水资源、社会经济和生态环境的水安全系统的安全等级变化以及适应性演变规律的研究是预防水安全系统安全隐患和增强水安全系统适应环境变化能力的关键所在。 基于水安全系统演变过程中指标间关系的不确定性、定性指标定量化分析以及指标间相互作用表现的复杂适应性特征，本文引入云模型理论和协同进化理论，并在这两种理论的基础上分别构建了研究区域水安全系统安全等级状况和适应环境变化规律的相似云模型(SCM)和综合协同进化模型(CCEM)。在SCM中，以水安全为目标层，以水资源安全、社会经济安全、生态环境安全、管理安全和粮食安全为准则层，按照准则层进行指标划分，建立评价水安全的指标体系，利用云正向发生器和逆向发生器分别生成水安全评价等级云标尺和水安全样本评价云，并依据水安全评价等级云标尺与水安全样本评价云的云滴分布空间的相对最大匹配度来确定样本评价云的安全等级。在CCEM中，将水安全系统适应性定义为研究的问题域，从水资源系统、社会经系统和生态环境系统的角度对问题域进行划分，构建水安全系统适应性评价指标体系，通过求解问题域中各要素的绝对适应度和相对适应度来确定描述要素适应性大小的综合适应度，并根据要素的综合适应度和各子问题域的协调指数获悉水安全系统适应性的演变规律。 为了充分证明本文提出的SCM和CCEM的有效性与可靠性，本文一方面，选取建三江和银川两个水安全状况不同的地区对SCM进行实证分析，结果表明，在2006～2015年，建三江水安全系统处于安全状态，而由于受当地气候、自然资源匮乏和自然资源破坏严重等影响，银川水安全系统在2006～2007年处于危险状态，评价结果与当地实际情况相符;另一方面，以建三江为例对CCEM进行实证分析，结果表明，在2006～2015年，研究区水安全系统子问题域（水资源系统适应性、社会经济系统适应性和生态环境系统适应性）的年均综合适应度分别为0.841，0.366，0.662，年均协调指数分别为0.568，0.244，0.345，这表明水资源系统具有较强的适应性，对提高水安全系统适应环境变化具有较大的贡献，社会经济系统对环境变化的适应性差，对提高水安全系统适应性的贡献小，生态环境系统勉强能够适应不断变化的环境，对提高水安全系统适应性的贡献较小。由于受社会经济系统和生态环境系统适应性较低的影响，水安全系统问题域的年均综合适应度为0.563，系统适应环境变化的能力比较薄弱，因此，加强水资源可持续利用，促进社会经济协调发展，改善生态环境质量是提高水安全系统适应环境变化的有效策略。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究目的意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 水安全研究现状

1．3．2 水安全系统研究现状

1．3．3 水安全系统评价方法研究现状

1．3．4 云模型研究现状

1．3．5 协同进化研究现状

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 论文创新点

1．6 技术路线图

2 研究区概况

2．1 建三江概况

2．1．1 气候及地质特征

2．1．2 水资源状况

2．1．3 社会经济状况

2．2 银川市概况

2．2．1 气候及地质特征

2．2．2 水资源状况

2．2．3 社会经济状况

3 水安全系统安全性与适应性理论研究

3．1 水安全系统安全性描述

3．1．1 云与云滴

3．1．2 云的数字特征

3．1．3 云发生器算法

3．1．4 水安全系统云模型理论分析

3．2 水安全系统适应性描述

3．2．1 协同进化算法的基本理论

3．2．2 水安全系统协同进化理论分析

3．3 本章小结

4 区域水安全系统安全性评价

4．1 水安全评价指标体系的建立

4．2 相似云模型

4．2．1 模型的基本原理

4．2．2 建模流程及步骤

4．3 水安全系统安全性评价标准

4．4 数据来源

4．5 实证分析

4．5．1 模型检验

4．5．2 结果分析

4．6 本章小结

5 区域水安全系统适应性研究

5．1 水安全系统问题域的划分

5．2 水安全系统适应性量化描述

5．2．1 子问题域各要素适应度

5．2．2 子问题域适应度和对问题域贡献度

5．2．3 问题域适应度

5．3 综合协同进化模型

5．3．1 模型的基本原理

5．3．2 建模流程及步骤

5．4 水安全系统适应性判别依据

5．5 实证研究

5．5．1 模型检验

5．5．2 研究区水安全系统适应性分析

5．5．3 建议与措施

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究局限与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文