黑龙江西部半干旱区种植结构调整与水资源优化配置

论文摘要

经济的发展对水资源的依赖愈发显著,水资源匮乏已经成为农业进一步发展的瓶颈,尤其对于干旱半干旱区,农业水资源的短缺已经成为农业发展的重要限制因素,在开源节流、推广非充分灌溉的同时,种植结构调整成为增加有限水资源利用效益的最佳途径。针对黑龙江省西部半干旱区农业种植所面临的缺水问题,论文以齐齐哈尔地区为研究案例,结合“黑龙江省千亿斤粮食产能工程”对该地区粮食生产的要求,进行基于种植结构调整的农业水资源优化配置研究。首先总结概括了以往有关水资源优化配置以及种植结构调整的理论与方法,挖掘出传统的研究方法在处理多目标问题时,往往忽略个目标之间的相互作用关系,淡化了各目标之间的不可公度性与矛盾性,赋予各个目标以定量权重的做法,人为地割裂了事物之间的联系,难以得出切合实际的可行解;同时忽略了“人”在农业水资源优化配置中的主观能动作用。针对以上两方面的问题,文章运用复杂适应系统理论分析方法,系统阐述了复杂适应系统理论,通过分析种植结构调整的非线性与多层次性、开放性、动态性与不确定性、适应性、自组织性、涌现性,说明了种植结构调整的农业水资源系统是可以称之为一个复杂适应系统,从而说明了运用复杂适应系统理论解决农业水资源优化配置问题的充分性与必要性。其次通过对农业水资源系统进行分析,将该地区的种植作物概化为八个种类,以把种作物的种植面积作为复杂适应系统的主体,从微观主体入手,对系统进行了层次的划分;采用自下而上的涌现生成建模方法再现了种植结构调整的受限生成过程,运用数学语言揭示了系统的演化过程及运行机理;合理刻画了主体的自主性、适应性,解决了由适应性所产生的系统复杂性问题,建立了基于种植结构调整的优化布局模型。对遗传算法与复杂适应系统理论的本质进行剖析,得出两者无论在本质特性、进化模式方面,还是在实现目标与运行方式上都具有一致性,因此采用遗传算法对复杂适应系统所建立的模型进行求解是恰当可行的。结合种植结构调整的多目标要求,提出了运用多目标协同进化遗传算法对建立的模型进行求解,得出了切合当地实际的各作物种植面积比例。采用复杂系统协调度理论,对子系统之间的协调度以及系统的总协调度进行分析,提出了系统子系统之间协调度的计算方法,对优化配置后的种植作物面积的社会效益、经济效益、生态效益之间的协调关系进行计算,协调度都已经非常接近于最佳值1,可以看出系统间的协调度均较高,并且系统总协调度大于0,说明系统的发展是趋于和谐的。文章最后总结了论文研究的成果,指出了本文研究的不足,并提出了今后研究的方向——复杂适应系统理论、模型以及将研究成果与GIS的结合问题。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 水资源优化配置研究进展
• 1.2.1 以水量配置为主的水资源优化配置研究
• 1.2.2 综合考虑水量水质的优化配置研究
• 1.2.3 区域水资源优化配置研究
• 1.2.4 流域水资源优化配置研究
• 1.2.5 跨流域水资源优化配置研究
• 1.3 种植结构调整研究进展
• 1.4 研究中存在的问题
• 1.4.1 多目标之间的协调问题
• 1.4.2 忽略主体的主动性
• 1.5 研究的目的与意义
• 1.5.1 研究的目的
• 1.5.2 研究的意义
• 1.6 研究方法和论文结构
• 1.6.1 研究方法
• 1.6.2 论文结构
• 2 研究区水资源供需状况分析
• 2.1 区域概况
• 2.2 水资源开发利用现状分析
• 2.2.1 水资源及农业水资源现状
• 2.2.2 水资源开发利用现状分析
• 2.2.3 研究区水资源的演变规律
• 2.3 发展预测
• 2.3.1 种植业需求分析
• 2.3.2 水资源可供水量预测
• 3 种植结构调整的农业水资源优化配置模型的构建
• 3.1 复杂适应系统理论概述
• 3.1.1 复杂适应系统的特点
• 3.1.2 复杂适应系统理论的特点
• 3.1.3 复杂适应系统理论的主体
• 3.1.4 复杂适应系统的运行机制
• 3.2 种植结构调整的农业水资源复杂适应系统分析
• 3.2.1 农业水资源系统
• 3.2.2 种植结构调整的农业水资源复杂性
• 3.2.3 种植结构调整的农业水资源CAS 特征分析
• 3.3 种植结构调整的农业水资源优化配置模型构建
• 3.3.1 主体的抽象
• 3.3.2 系统层次的划分
• 3.3.3 系统演化过程及运行机理
• 3.3.4 模型的构建
• 4 基于复杂适应系统理论的种植结构调整模型仿真
• 4.1 多目标协同进化遗传算法
• 4.1.1 遗传算法与复杂适应系统
• 4.1.2 多目标协同进化遗传算法
• 4.2 模型仿真实现
• 4.2.1 边界条件的确定
• 4.2.2 模型仿真
• 5 农业水资源优化配置系统的效益协调度评价
• 5.1 复杂系统的协调度
• 5.1.1 协调发展
• 5.1.2 协调度
• 5.2 农业水资源系统效益的协调度
• 5.2.1 子系统间的协调度
• 5.2.2 系统总协调度
• 5.3 农业水资源系统协调度综合评价结果与分析
• 5.3.1 协调度评价结果
• 5.3.2 协调度评价结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 模型方面
• 6.1.2 仿真方面
• 6.1.3 协调度方面
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文