城市水安全综合评价理论与方法研究

论文摘要

我国是一个水资源匮乏且时空分布不均、水环境污染及洪涝灾害严重的国家之一,水安全问题已经日益成为制约我国社会经济可持续发展的瓶颈因素。城市水安全综合评价是制定城市水安全战略规划以及进行水安全决策的前提与依据,也是一个新的研究课题,因而,对城市水安全问题进行系统的综合评价研究具有重要的理论意义与实践价值。本文的主要研究工作与研究成果如下:(1)探讨并定义了城市水安全的概念与特征,并利用基于耗散结构的熵理论分析了人水共生系统描述的水安全状态及其可能演变态势;在此基础上,提出了新的城市水安全度量指标——水安全承载力的概念及其内涵,并分析了城市水安全承载力的影响因素与度量方法;从压力指标和支撑指标两个方面出发,构建了城市水安全承载力的综合评价指标体系。(2)针对水安全综合评价问题的复杂性、模糊性、多层次性等特点,并为克服传统Fuzzy集无法考虑中立信息的缺陷,提出了基于Vague集的城市水安全承载力综合评价方法。探讨了评价指标Vague值的确定方法,并为克服单个专家赋权的主观性,提出了城市水安全承载力评价指标的多专家AHP赋权方法,并以四个直辖市的水安全综合评价为例,进行实证研究,验证了本文方法的可行性和有效性。(3)建立了基于RBF神经网络的城市水资源需求预测模型,为提高神经网络的收敛速度与精度,利用退火遗传算法进行了网络优化;同时,为了综合利用各种预测方法的预测信息,提高预测的准确性,提出了基于Rough集的城市水资源需求组合预测方法,并以天津市需水量预测为例,进行了实证研究。在此基础上,从城市水安全绝对指标角度出发,进行了城市水资源供需平衡分析,并从不同的水资源利用发展情景出发,分析了天津市2007年以及2010年的城市水资源供需平衡情况。(4)针对传统评价方法难以反映评价指标的空间特征,更是缺乏可视化分析途径的现状,本文利用地理信息系统(GIS)技术,探讨了评价指标的数字化与可视化方法,进而提出了GIS支持下的城市水安全综合评价方法,设计了基于GIS的城市水安全决策支持系统的总体框架,并以华北地区15个城市为例进行了实证研究。本文研究可为实现城市水安全问题的便捷、直观、实时、可视化决策提供新的途径与手段。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究目的与研究意义
• 1.2 国内外相关领域研究评述
• 1.2.1 水安全评价指标的研究概况
• 1.2.2 区域水安全综合评价方法研究概况
• 1.2.3 城市水资源需求预测方法研究概况
• 1.2.4 地理信息系统在水资源中的应用研究概况
• 1.3 本文主要研究内容与创新点
• 第二章 城市水安全的理论分析及其评价指标体系
• 2.1 城市水安全的概念与特征
• 2.1.1 城市水安全的概念与内涵
• 2.1.2 城市水安全的特征
• 2.2 描述水安全的人水系统共生熵理论
• 2.2.1 人水系统与水安全
• 2.2.2 人水关系共生状态的熵变描述
• 2.2.3 人水系统共生状态的熵变类型
• 2.3 城市水安全承载力概念及其度量方法
• 2.3.1 水安全承载力概念的提出
• 2.3.2 水安全承载力的影响因素
• 2.3.3 城市水安全承载力的度量方法
• 2.4 城市水安全承载力评价指标体系的构建
• 2.4.1 指标体系构建的原则
• 2.4.2 指标体系构建的方法
• 2.4.3 水安全承载力评价指标体系
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于Vague 集的水安全承载力综合评价方法
• 3.1 Vague 集概述
• 3.1.1 Vague 集的概念
• 3.1.2 Vague 集运算
• 3.1.3 Vague 集与 Fuzzy 集的比较
• 3.2 基于 Vague 值的水安全承载力相似度量模型
• 3.2.1 指标 Vague 值的确定方法
• 3.2.2 基于多专家 AHP 的指标权重确定方法
• 3.2.3 Vague 值的相似度量方法
• 3.2.4 水安全承载力的相似度量模型
• 3.3 城市水安全承载力综合评价的实证研究
• 3.3.1 城市水安全承载力综合评价步骤
• 3.3.2 评价指标的确定及指标分级
• 3.3.3 指标 Vague 值的确定
• 3.3.4 指标权重的确定
• 3.3.5 基于 Vague 值相似度量的水安全承载力的评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 Rough 集的城市需水量组合预测
• 4.1 城市需水量的 RBF 神经网络预测模型
• 4.1.1 RBF 神经网络结构
• 4.1.2 基于退火遗传算法的 RBF 神经网络学习
• 4.1.3 城市需水量 RBF 神经网络预测流程
• 4.2 基于 Rough 集的城市需水量组合预测模型
• 4.2.1 Rough 集的概念
• 4.2.2 基于 Rough 集的组合预测模型
• 4.3 天津市需水量预测的实证研究
• 4.3.1 基于 RBF 神经网络的天津市需水量预测
• 4.3.2 基于 Rough 集的天津市需水量组合预测
• 4.4 本章小结
• 第五章 城市水资源供需平衡分析
• 5.1 城市可利用水量分析
• 5.1.1 满足生态安全的需水量
• 5.1.2 城市区域水资源的组成
• 5.1.3 城市区域可利用水量
• 5.2 水资源供需平衡的判定
• 5.3 虚拟水与城市水安全
• 5.3.1 虚拟水的概念与特征
• 5.3.2 虚拟水的研究方法
• 5.3.3 虚拟水对提升城市水安全的作用
• 5.4 天津市水资源供需平衡分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 GIS 支持下的城市水安全综合评价
• 6.1 空间指标及综合评价方法
• 6.1.1 空间指标确定
• 6.1.2 空间指标的度量与权重确定
• 6.1.3 综合评价模型
• 6.2 空间评价指标的数字化
• 6.2.1 评价区域数字地形建
• 6.2.2 指标空间数据库建立
• 6.2.3 空间指标可视化
• 6.3 评价模型与 GIS 空间分析的耦合
• 6.3.1 GIS 支持下的城市水安全综合评价流程
• 6.3.2 指标空间叠加分析与实现
• 6.4 基于 GIS 的城市水安全决策支持系统总体框架
• 6.4.1 系统总体结构设计
• 6.4.2 系统集成开发模式
• 6.4.3 系统主要功能与实现
• 6.5 实例研究
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来研究展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表论著与参加科研情况
• 致谢