CAS理论研究水资源规划管理的复杂性

3.0 闻远设计 2023-06-22 202 4 44.9KB 4 页免费

侵权投诉

CAS 理论研究水资源规划管理的复杂性

一、复杂自适应系统

1994 年美国桑塔费研究所霍兰德教授总结自己多年对复杂系统的研究，提出了关于复杂适应系

统（ComplexAdaptive System ，简称 CAS）的比较完整的理论。他把系统中的成员称为具有适

应性的主体，简称为主体。主体与主体之间或同环境交流的过程中学习、完善和改造自身，以

致产生新的或聚合成更大的个体，产生新层次，最后导致发生整个系统的进化。

二、CAS 理论研究水资源规划管理的复杂性

1 ．水资源复杂适应系统模型的结构与层次划分

简化后的水资源复杂适应系统分为两个层次，上层是流域级政府，行为是以福利最优为原则来

制定水量调度指标；下层是各个具有适应性的部门级主体，都具有各自的行为、规则和决策目

标，决策目标皆为使各自的效益最大，相互之间的影响和信息交流可以用函数来描述。水资源

适应复杂系统各主体规则变化的形式是，高一级的层次制定政策来改变下一层主体的规则，而

低层次主体自身根据使自己效益最大的目标发生行为，并反馈外界环境和规则变化。也就是

说，第二层的主体行为会使社会经济和自然条件发生变化，而这些变化反馈会让第一层主体相

应做出政策改变，最终使整个社会系统综合福利达到最大。

2 ．数学模型建立的原则与思路

建立流域级的水利-国民经济协调发展模型主要是要在不同的层面上对二者的协调发展进行研

究，也就是通过分析水利和国民经济之间的定量关系来确定水利建设与经济发展政策的制定原

理和协调方法。模型以水利投资对国民经济绿色 GDP（GGDP）与绿色核算的社会总资产增加

值（GKP ）的综合影响效果为研究主线，综合分析水利投资对国民经济的直接效果与间接影

响。

水利投资建设对国民经济的直接效果，主要体现在兴利和除害两个方面。兴利效益主要包括社

会经济活动直接的供水效益、维持生态环境发展的效益上；除害效益则包括保障社会经济安全

运营的防洪效益、改善环境减免损害的生态环境效益。水利投资对国民经济的间接影响效果主

要表现在一定的规划期内，社会上用于建设的总投资是一定的，水利投资的增加，会导致社会

其他部门的投资减少，引致产生一定的效益变化。

模型主要通过计算水利投资减免的因人类不合理的生产和消费方式对环境-经济系统所造成的

破坏与损失，分析水利建设对社会总资产的贡献和积极作用，合理配置水资源份额，来追求水

利绿色核算的社会总资产增加值（GKP ）最优。

该模型的主题思想是在某一规划期内，把水利部门从社会投资的各部门重分离出来，分析水利

投资所产生的直接、间接社会效益，综合反映出水利投资的社会经济成果，给社会投资的优化

配置做一个参考。本模型侧重研究的是水利投资的社会经济-生态环境效益，突出水利投资的

独立作用，基于绿色核算原理，建立水利对绿色 GDP（GGDP ）核算及社会总资产增加值

（GKP ）的贡献作用机制模型，用来提供未来社会可持续发展规划的投资决策方案的依据。社

会总资产=经济资产+环境资产，社会总资产的增加值就是当期社会资产的增加值。经环境调整

的社会总资产增加值 GKP =（出口-进口）+最终消费+净投资-（经济资产中非生产性资产的使

用+经济使用的非水资源的生态环境资产）+各类资产因价格等原因变化的资产值+非水资源事

故或原因造成的经济生产资产与非生产性资产的价值变化-经济对水生态环境的使用与损害-洪

灾损失年期望值- 缺水损失年期望值。

3 ．滇池流域水资源状况的简介及其复杂特性

滇池流域位于云贵高原的中部，地势由北向南降低，处于红河、长江和珠江三大水系的分水岭

地带。滇池是中国第六大淡水湖泊，隶属长江流域金沙江水系，位于昆明市南的西山脚下，呈

南北向分布，海拔 1,887.5m ，总面积 311.338 平方公里，湖长 41.2km ，最大宽度13.3km，平

均宽度7．56m ，最大水深11.3m ，平均水深5.12m ，容积15.931 亿m3。盘龙江、宝象河、洛

龙河、大河、东大河、柴河、捞鱼河、新河等呈向心状流入滇池。

滇池流域水资源状况特点主要是水资源缺乏、水年际变化大、年内分配极不均匀和污染十分严

重。对其进行配置与管理的复杂性，可以看出滇池流域的水资源特征从层次性、适应性和开放

性几方面都符合水资源复杂系统的特点。

4 ．模型构建思路

（1）整个模型分为两层，上层为政府层，主要工作是计算更宏观经济指标和投资额度，优化

目标是 GKP 最大；下层是流域层，通过输入各种投资，优化模拟计算，合理分配各流域的各

项投资，并反馈该投资条件下的各项损失。

（2 ）以 2010 年为基准年，2015、2020、2025、2030 为计算水平年。

（3 ）以滇池流域的动态水利投入占用产出模型描述宏观经济系统的基本规律。

（4）以滇池流域水资源二级区为基本空间单元，考虑单元内的水量平衡和各种物理约束，如

调蓄能力、供水能力和污水处理能力等，分析不同投资水平条件下的与水相关的各项损失。

（5）由于水文的不确定性，在无法准确预测水文边界的条件下，规划中用于计算的是各个指

标的期望值，利用的是典型年法。

（6 —）在不同投资条件下产生的各种损失由具体的子模型进行计算，基本思路是：投资水利

— — 工程设施变化物理形式预期损失变化货币形式预期损失变化。

5 ．模型的总体结构

根据前文所述，本模型采取分层及模块化设计思想分为两层，上层为流域内政府的动态投入占

用产出模型，下层为流域优化模拟模型。

上层的动态投入占用产出模型的主要约束方程包括：投入产出平衡方程，经济结构约束方程，

社会积累与消费方程，进出口约束方程，各行业生产函数方程，投资方程等。

下层的流域模型运算的基础是要满足流域分区水量平衡和水力联系关系，优化投资分配，将流

域的总损失降到最小。

首先建立流域概化图，以二级流域为基本空间单位，用水节点分为工业、农业、服务业、城市

生活和农村生活节点，水文节点则分为入流、汇流、水库、地下水库和引退水节点。

6 ．模型的求解方法

上文中所建立的水资源复杂适应系统模型是多目标的非线性规划模型，具有局部优化的特征，

所以，在求解模型的过程中，需要找到一个单目标的非线性优化模型的求解方法和多目标分析

方法。此处用到的模型求解方法是嵌套遗传算法，多目标分析用的是切比雪夫方法，这两种方

法的结合构成模型的完整数学解法。

7 ．实例计算

（1 ）分析计算模型的目标

1 ）找到水利投资的最优比例和相应的国民经济发展指标。

2 ）分析水利投资的效益。

3 ）对比没有水利投资和最佳比例投资情景。

4）方案的敏感性分析，通过限定水利投资的范围，求出不同水利总投资规模条件下，经济效

益和社会效益变化情况。

（2）模型的计算与分析本模型建立的目的就是要求出水利投资占GDP 的最佳比例以及各投资

分项占总投资的比例。

首先定义基本情景的方案为不限制水利投资的比例，设定目标为 GKP 最大，进行模型优化求

解，计算结果见表1 。

（3 ）水利投资的最佳比例以及相应的水利发展指标对模型计算结果进行分析，得到结论为：

随着时间推移，流域总 GDP 不断增长，水利总投资以及各项投资都在增长，自改革开放以

来，我国十分重视防洪建设，目前在滇池流域已建成较强的防御洪水风险体系，防洪部门的工

作重点也由工程建设逐渐转为洪水管理，但是虽然其投资比例没有明显的逐年增加，但是仍旧

是水利投资的重点；随着经济发展，人民生活水平不断提高，水质和水环境的要求逐渐提高，

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

免费 4人已下载

立即下载

摘要：

CAS理论研究水资源规划管理的复杂性一、复杂自适应系统1994年美国桑塔费研究所霍兰德教授总结自己多年对复杂系统的研究，提出了关于复杂适应系统（ComplexAdaptiveSystem，简称CAS）的比较完整的理论。他把系统中的成员称为具有适应性的主体，简称为主体。主体与主体之间或同环境交流的过程中学习、完善和改造自身，以致产生新的或聚合成更大的个体，产生新层次，最后导致发生整个系统的进化。二、CAS理论研究水资源规划管理的复杂性1．水资源复杂适应系统模型的结构与层次划分简化后的水资源复杂适应系统分为两个层次，上层是流域级政府，行为是以福利最优为原则来制定水量调度指标；下层是各个具有适应性的...

展开>> 收起<<

CAS理论研究水资源规划管理的复杂性.docx

共4页,预览2页

还剩页未读，继续阅读

CAS理论研究水资源规划管理的复杂性

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: