多目标优化法在磨沟小流域综合治理中的应用研究

论文摘要

丹江口库区及其上游集水区水土流失严重,流失面积近占长江流域的10%,在一些地区还会造成突发性的山洪和泥石流灾害,水土流失不仅严重制约着水源区经济社会的可持续发展,而且影响南水北调中线工程的水质安全。多目标规划法,比单目标规划法前进了一大步,可以避开经验决策法中人为主观因素的影响,而且同时满足规划中多个目标的要求。权重法又称作线性加权和法,其思路是:按各个目标的重要程度对其赋予不同的权重,将各目标函数加权求和,将该加权和作为新的目标函数,这样就可以把多目标问题转化为单目标问题,对此单目标问题进行求解,可得到原多目标问题的解。研究目的以丹江口库区上游西侧磨沟小流域为研究对象,该流域水土流失严重、洪涝灾害频繁,严重制约着经济社会的可持续发展,伴随着水土流失,化肥、农药残留物和其它化学成份,一旦流入丹江口水库,将严重影响南水北调中线工程水源地水质的安全。采用工程措施、生态措施、封育措施和土地利用调整,对该小流域进行综合治理和规划,抑制水土流失,调整产业结构,实现该流域内农民增收、群众生活富裕、人与自然和谐相处,经济社会的可持续发展,确保向首都北京输送优质水源。研究方法运用多目标规划方法,以直接经济效益、保土效益、资金投入为目标函数,建立数学模型,对各目标函数根据其重要程度,赋予不同的权重系数,把多目标问题转化为单目标问题,对模型进行求解,可得到该小流域综合治理规划的各种效益:经济效益、蓄水保土效益、社会效益。然后以经济净现值、投资回收年限、效益费用比、经济内部收益率等指标,从静态和动态两种角度进行国民经济评价,同时对水土保持产生的生态效益、社会效益作定性评价,说明该小流域综合规划治理的合理性。研究结果该小流域通过大力发展水土保持林,积极实施生态修复,疏林地通过疏林补植或封禁治理,全部成为有林地,使林草覆盖率由现状的82.9%提高到87.6%,人为水土流失得到控制。将治理水土流失面积9.25km~2,治理程度达到100%,年拦蓄泥沙率达到70%,达到国家验收标准,确保水源地水质安全。通过调整农业产业结构,结合流域自身的特点和当地群众的意愿,现有坡耕地经过改造整地,全部退耕还经济林或生态林,大力发展经果林,提高经济效益,增加群众收入,使该小流域人均纯收入比当地平均增长水平高出30%以上,人均粮食产量达到400kg以上,可以满足农民的吃粮问题。研究结论通过该方法在磨沟小流域综合治理规划中的应用,实践一种较新的思想方法,拓宽该方法应用的范围和领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 丹江口库区及其上游水土流失现状与水土流失特点
• 1.1.1 水土流失现状
• 1.1.2 水土流失特点
• 1.2 国内外小流域规划研究概述
• 1.2.1 国外小流域规划研究状况
• 1.2.2 国内小流域规划研究现状
• 2 多目标规划与小流域综合治理
• 2.1 多目标规划的原理与方法
• 2.1.1 多目标规划的数学模型及特点
• 2.1.2 多目标规划的解
• 2.1.3 有效解的生成技术
• 2.2 小流域综合治理的思路
• 2.2.1 水土保持措施总体布局
• 2.2.2 预防监督措施
• 2.3 水土流失治理措施
• 2.3.1 治理措施制定原则
• 2.3.2 综合治理措施
• 2.3.3 自然修复措施
• 3 多目标规划方法在磨沟小流域规划中的应用
• 3.1 磨沟小流域概况
• 3.1.1 地质地貌
• 3.1.2 土壤植被
• 3.1.3 水文气象及基础设施
• 3.1.4 土地利用现状
• 3.1.5 社会经济状况
• 3.1.6 水土流失和水土保持现状
• 3.2 多目标规划模型的建立
• 3.2.1 选择决策变量
• 3.2.2 目标函数的确定
• 3.2.3 约束方程的建立
• 3.3 模型的求解与检验
• 3.3.1 模型的求解
• 3.3.2 结果及合理性分析
• 4 磨沟小流域多目标规划的效益分析
• 4.1 直接经济效益分析
• 4.1.1 经济效益计算方法
• 4.1.2 增产指标及产品价格
• 4.1.3 直接效益计算
• 4.2 生态效益
• 4.2.1 蓄水保土效益
• 4.2.2 改良土壤和生态环境效益
• 4.3 社会效益
• 4.4 国民经济评价
• 4.4.1 评价的依据与方法
• 4.4.2 评价的主要指标和参数
• 4.4.3 国民经济评价结果
• 5 讨论
• 5.1 模型预测结果的合理性检验
• 5.2 模型预测中出现的问题与解决
• 6 结语
• 6.1 主要结论
• 6.1.1 经济效益
• 6.1.2 蓄水保土效益
• 6.1.3 环境生态效益
• 6.1.4 社会效益
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 致谢