基于不确定性的区域农业多水源优化配置与风险决策模型研究

The uncertain factors in the process of water resource optimal research have great influence on the system, and the regional agricultural system also shows some problems, for example, low water use efficiency, the optimization scheme is difficult to coordinate with the carrying capacity of water environment, ignoring the coordination of ecological environment security and so on. Therefore, we apply the idea of system engineering in a composite system of regional multi-water, and integrate the research of optimal allocation and risk decision-making under uncertainty. Firstly, with the premise of sustainable development, analyzing in-depth the Evolution law, uncertainty characteristics, hierarchy and mechanism of the complex system of regional agriculture water by using the theory uncertainty theory under the influence of binary water cycle,; And then setting up two kinds of regional agricultural water utilization optimization model under uncertainty, as well as determining the model parameters and boundary constraint factors, and contrasting two different decision results; Constructing a regional water resource optimal model of evaluation index system and risk decision model; Researching and validating the problems of optimal allocation scheme of Sanjiang plain, and puts forward the reform ideas and countermeasures meeting management system and operating mechanism. Research results improve and enrich the theory of uncertainty and its application research system. It shows important theoretical and practical significance to construct the sanjiang plain water security early warning mechanism, realize the sustainable utilization of water resources, promote the adjustment of industrial structure, ensure national food security and water security.

多水源优化研究过程中不确定性因素对系统的影响很大，区域农业系统也表现出用水效率低、优化方案难于与水环境的承载能力相协调、忽略生态环境安全等问题，因此本项目将区域农业多水源视为一个复合系统，进行基于不确定性的多水源优化配置及风险决策整合研究。首先，以“水资源-社会经济-生态环境”可持续发展为前提，运用不确定性方法与技术深入分析二元水循环模式影响下的区域农业多水源复合系统的演变规律、不确定性特征、层次结构及联系机制；第二，建立区间参数机会约束混合整数规划模型和多水源优化经济模型，分别确定这两种优化模型的约束因素及边界参数，并对比资源优化方案集；构建区域多水源优化配置风险决策模型；研究与验证三江平原多水源优化配置方案及其优选问题。研究成果完善与丰富了农业水资源管理领域的不确定性方法及其应用研究体系，对于区域农业多水源资源配置高效利用、实现水资源的可持续利用具有现实指导意义。

灌区水资源优化配置是实现灌区高效用水的重要非工程措施，对提高水资源综合利用效益具有重要作用。近年，随着研究深入，产生多种优化配置方法，但在水资源优化配置上却存在一定程度的局限性，不能完全反应系统的不确定性，导致使用价值降低。同时，环境污染、生态环境等问题日益严重，仅考虑社会经济发展而忽视生态问题已不符合农业水资源可持续利用。本研究，首先，运用不确定性方法与技术深入分析二元水循环模式影响下的区域农业多水源复合系统的演变规律、不确定性特征；第二，针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性，以红兴隆灌区为研究区域，构建基于可信性约束的区间两阶段随机规划模型，并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中，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；第三，针对传统农业水资源优化配置研究中，忽视农业水资源复合生态子系统对其他子系统有较大影响的问题，以建三江地区为研究对象，通过概率分布函数和离散区间数的结合，构建区间二阶段随机规划模型，量化分析农业水资源复合生态系统中影响因素，解决农作物水量配置、生态需水、水质污染治理补偿、来水不确定、经济效益等问题，为农业水资源合理配置提供了科学的依据；第四，从水资源系统、灌区种植情况、社会经济、灌区工程设施、生态环境五方面，选取22个风险因素指标，运用改进层次分析法和模糊综合评价法计算权重，判断各风险因素指标对区域农业多水源优化配置的影响程度，为灌区管理者的决策提供科学的依据。研究成果对灌区多水源可利用量理论研究和提高灌区综合管理水平都有重要的指导意义，最终实现提高区域农业经济、社会、生态环境等综合效益具有现实意义。