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试议石羊石羊河流域用水结构数据驱动模拟与缺水风险

收藏本文 2024-03-28 点赞:20195 浏览:85161 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:石羊河流域地处我国典型的西北干旱内陆区,区域内降水稀少,蒸发强烈。该流域是甘肃省河西内陆河流域中人口最多、水资源开发利用程度最高、用水矛盾突出、水资源对经济社会进展制约性较强的地区。近年来区域内经济迅速进展,农业规模持续扩张,使得流域内干旱缺水的局面愈演愈烈。深入了解区域用水特性,完成未来区域用水预测,浅析缺水风险是实现区域水资源可持续利用的关键,同时对抑制水危机的进一步恶化有积极地现实作用。针对社会环境变化与气候环境变化的复杂背景,本论文(1)以该流域相关历史数据信息为依据,采取用水结构与信息熵结合的策略,探讨了石羊河流域多年用水结构的演变特点;(2)量化了多年环境影响因素变化与流域用水结构变化的协同性;(3)建立了半经验半论述的居民生活用水模型与工业用水模型与流域农业用水的神经网络集成模拟;(4)设计了四种不同的未来变化情景;(5)以历史数据信息为基础定义了流域结构性缺水指数的概念与内涵,并进行流域结构性缺水风险评价浅析。取得了以下几个方面的主要成果:(1)基于信息熵论述对石羊河流域用水结构信息熵演变规律以及其影响因素进行浅析,探讨发现用水结构信息熵可以更直观有效的反映区域的用水结构特性以及进行区域间用水结构的比较;基于互信息法(Mutual Information, MI)进行影响因素选择所建立的模型(MI_model模型)对于石羊河流域用水结构信息熵演变走势的模拟更具优势。(2)在流域生活用水模型与工业用水模型的模拟探讨中,由居民生活用水的子模型结果表明,随着城镇化率的增加,居民生活用水定额呈显著的增加走势;由工业用水的子模型结果表明,随着GDP的增加,工业用水定额呈显著的减少走势。在石羊河流域农业净灌溉需水量的模拟中,发现了神经网络集成模型具有模拟效果最好(误差小)与不确定性最小(d-factor值最小)的双重优势。(3)以几种情境设计下的蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)仿真模拟结果看,预测年比近况年的用水结构性缺水风险均有所降低,2020-2030年降低的最为显著,2030-2050年的用水结构性风险有不同程度的回升;几种变化环境情景设计的比较中,政策调整显著降低了区域用水结构性缺水的风险,气候变化也不同程度降低了区域用水结构性缺水的风险。探讨运用信息熵与互信息论述对流域用水结构的浅析突破了传统的描述方式,可以更好表达其演变特性并进行驱动力的有效标识。革新性提出了流域“用水结构性缺水风险”的概念。运用情景浅析、神经网络集成模型、以及MC仿真技术相嵌合的技术手段,实现了对区域社会、经济、政策与气候等多重复杂背景下的流域用水结构性缺水风险不确定性的评价与浅析。关键词:石羊河流域论文用水结构论文神经网络集成论文风险浅析论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-11

    第一章 绪论11-26

    1.1 探讨背景11

    1.2 国内外探讨进展与有着的不足11-22

    1.2.1 用水及用水结构探讨11-14

    1.2.2 用水影响因素与环境变化探讨14-15

    1.2.3 基于历史数据信息的数据驱动模型(DDM)探讨15-19

    1.2.4 风险浅析在水科学中的运用探讨19-21

    1.2.5 用水结构及缺水风险探讨有着的不足21-22

    1.3 探讨内容与策略22-25

    1.3.1 主要探讨内容22-23

    1.3.2 探讨策略与技术路线23-25

    1.4 小结25-26

    第二章 流域概况与数据收集26-41

    2.1 石羊河流域概况26-32

    2.1.1 石羊河流域自然地理概况26-27

    2.1.2 石羊河流域社会经济概况27-28

    2.1.3 石羊河流域水资源与及开发利用概况28-30

    2.1.4 石羊河流域近期综合治理概况30-31

    2.1.5 石羊河流域缺水概况31-32

    2.2 数据收集与整理32-40

    2.2.1 流域用水资料32-34

    2.2.2 流域社会经济资料34-36

    2.2.3 流域气象资料36-40

    2.3 小结40-41

    第三章 用水结构浅析与模拟41-56

    3.1 基于信息熵的用水结构浅析41-45

    3.1.1 用水结构信息熵的计算策略41-43

    3.1.2 用水结构信息熵的演变43-45

    3.2 基于互信息的用水结构影响因素浅析45-51

    3.2.1 影响因素与用水结构的响应浅析45-46

    3.2.2 影响因素的选取策略46-47

    3.2.3 影响因素的浅析结果47-51

    3.3 流域用水结构信息熵模型51-53

    3.3.1 模型构建原理51

    3.3.2 模型误差浅析51-52

    3.3.3 用水结构信息熵模型52-53

    3.4 石羊河流域与关中地区的比较浅析53-55

    3.4.1 用水结构信息熵53-54

    3.4.2 两地区用水结构差别的影响因素浅析54-55

    3.5 小结55-56

    第四章 流域居民生活用水与工业用水模型56-62

    4.1 流域居民生活用水模型56-58

    4.1.1 金昌市居民生活用水模型56-57

    4.1.2 武威市居民生活用水模型57-58

    4.2 流域工业用水模型58-61

    4.2.1 金昌市工业用水模型59

    4.2.2 武威市工业用水模型59-61

    4.3 小结61-62

    第五章 流域农业用水的神经网络集成模型62-74

    5.1 数据准备62-64

    5.1.1 数据来源62-63

    5.1.2 输入项选择63-64

    5.2 模型原理与不确定性浅析64-69

    5.2.1 神经网络集成模型(Ensemble ANN)64-67

    5.2.2 基于蒙特卡洛(MC)模拟的不确定性浅析67-69

    5.3 结果与浅析69-73

    5.3.1 多元线性回归模型69-70

    5.3.2 神经网络集成模型70-71

    5.3.3 不确定性浅析结果71-72

    5.3.4 模型比较与评价72-73

    5.4 小结73-74

    第六章 变化环境下的情景设计74-88

    6.1 社会环境的情景设计74-82

    6.1.1基于流域进展近况的情景设计74-79

    6.1.2 基于石羊河流域综合治理规划的情景设计79-82

    6.2 气候环境的情景设计82-83

    6.2.1 基于 IPCC 统计降尺度的情景设计原理82

    6.2.2 基于 IPCC 统计降尺度的情景设计结果82-83

    6.3 变化环境下情景设计结果83-87

    6.3.1 基于不同情境设计的预测结果83-85

    6.3.2 基于时间序列浅析的 MC 设计结果85-87

    6.4 小结87-88

    第七章 基于变化环境情景设计的流域结构性缺水风险探讨88-99

    7.1 流域用水结构性缺水指数88-92

    7.1.1 缺水风险的概念88-90

    7.1.2 流域用水结构性缺水指数的定义与内涵90

    7.1.3 流域用水结构性缺水指数的计算原理90-91

    7.1.4 流域用水结构性缺水风险的评价系统91-92

    7.2 基于变化环境情景设计的流域结构性缺水风险浅析策略92-93

    7.2.1 总用水量与用水结构信息熵的估算92-93

    7.2.2 多模型嵌合策略与流程93

    7.3 基于变化环境情景设计的流域结构性缺水风险浅析结果93-97

    7.3.1 情景设计域总用水及用水结构信息熵93-95

    7.3.2 情境设计域用水结构性缺水指数预测95-96

    7.3.3 情境设计域用水结构性缺水风险评价96-97

    7.4 小结97-99

    第八章 主要结论与倡议99-102

    8.1 主要结论99-100

    8.2 主要革新点100

    8.3 不足之处与倡议100-102

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