基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源優(yōu)化配置研究
——以徐州市為例

張偉 聶銳 王慧

基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源優(yōu)化配置研究
——以徐州市為例

張偉 聶銳 王慧

本文以可持續(xù)發(fā)展理論為指導(dǎo)思想，以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境多目標(biāo)協(xié)調(diào)發(fā)展為宗旨，構(gòu)建水資源優(yōu)化配置模型，借助Matlab工具箱中的多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行求解，以期獲得社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益。并以徐州市沛縣為例進(jìn)行算例分析，得出沛縣2015年規(guī)劃水平年的水資源優(yōu)化配置方案，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性，為徐州市水資源的高效利用提供理論借鑒和實(shí)踐依據(jù)。同時(shí)本文的研究還對(duì)保護(hù)南水北調(diào)東線工程的順利實(shí)施，促進(jìn)整個(gè)南水北調(diào)沿線地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著重要的意義。

水資源配置 多目標(biāo) 遺傳算法 徐州市

一、引言

近年來，資源短缺、環(huán)境惡化、災(zāi)害頻發(fā)等嚴(yán)重阻礙了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是我國水資源東多西少、南多北少，空間和時(shí)間的分布不均使得水資源利用率及其低下。因此如何合理分配有限的水資源、提高水資源的利用價(jià)值便成為亟待解決的問題。本文以區(qū)域水資源系統(tǒng)為研究對(duì)象，依據(jù)可持續(xù)發(fā)展基本理論和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理等手段，對(duì)地表水、地下水、南水北調(diào)水和中水四種水源，通過技術(shù)手段和管理方式的優(yōu)化，在各分區(qū)內(nèi)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境四種用水部門間進(jìn)行科學(xué)分配，以規(guī)避該地區(qū)水資源時(shí)間和空間分布的不均衡風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。為了研究的便捷性和直觀性，本文以徐州市為例進(jìn)行水資源配置的算例分析[1]薛麗芳、譚海樵、孔祥光：《基于水安全的徐州城市發(fā)展策略》，《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》2009年第5期。。

徐州市位于江蘇省西北部、蘇魯豫皖四省交界處，是重要的綜合性交通樞紐和淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市。早在八十年代，徐州市就被列為全國40個(gè)嚴(yán)重缺水城市之一。改革開放以來徐州市人口、經(jīng)濟(jì)和空間快速增長，與此同時(shí)帶來了資源匱乏、環(huán)境破壞等嚴(yán)重不協(xié)調(diào)問題，特別是水資源和水環(huán)境問題。近年來，水質(zhì)型缺水更為嚴(yán)重，水資源問題已嚴(yán)重制約了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。因此，如何高效利用有限的水資源，提高水資源的利用率，便成為徐州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟待解決的問題。對(duì)徐州市水資源進(jìn)行優(yōu)化配置，不僅有利于徐州市水資源的合理開發(fā)和高效利用，還對(duì)保護(hù)南水北調(diào)東線工程的順利實(shí)施，促進(jìn)整個(gè)南水北調(diào)沿線地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著重要的意義[1]錢學(xué)智:《南水北調(diào)實(shí)施后徐州市水資源利用問題及對(duì)策》，〔蚌埠〕《治淮》2009年第5期。。

根據(jù)以上研究目標(biāo)，本文以可持續(xù)發(fā)展理論為指導(dǎo)思想，構(gòu)建基于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的多目標(biāo)優(yōu)化模型，并借助遺傳算法進(jìn)行求解，以獲得該地區(qū)的最佳綜合效益，最后以徐州市沛縣為例進(jìn)行算例分析，驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

二、水資源優(yōu)化配置的內(nèi)涵

區(qū)域水資源優(yōu)化配置具有其獨(dú)特的內(nèi)涵，其中的“優(yōu)化”主要是指水資源“質(zhì)”和“量”在空間和時(shí)間上的合理分配及不同用途水源的合理轉(zhuǎn)化；“配置”既包括不同用途水源質(zhì)和量的轉(zhuǎn)化，也包括水資源時(shí)間和空間二維度質(zhì)和量的分配[2]Jonathan I.Matondo.A comparison between conventional and integrated water resources planning and management. Physics and Chemistry of the Earth,2002，27（11-22）：831-838.。水資源優(yōu)化配置需從我國國情和水情出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境情況，因地制宜，按當(dāng)?shù)匕l(fā)展計(jì)劃，有條件分階段的實(shí)現(xiàn)水資源開發(fā)上的優(yōu)化配置和水資源使用上的優(yōu)化配置，從而獲得社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益[3]杜守建：《區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究——以南水北調(diào)東線山東受水區(qū)為例》，西安理工大學(xué)出版社2006年版，第20-23頁。。

1.水資源優(yōu)化配置的內(nèi)容

量、質(zhì)、時(shí)、空是自然資源的基本屬性。水資源優(yōu)化配置包括水量、水質(zhì)、時(shí)間和空間這四種基本配置要素[4]李少華、董增川、李玉榮：《水資源統(tǒng)籌配置綜述與展望》，〔南京〕《水利經(jīng)濟(jì)》2007年第2期。。

（1）水量要素

量是水資源最基本的屬性，不同分區(qū)、不同用水部門間存在不同的水量要求。因此，需要在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行各分區(qū)和用水部門間水資源數(shù)量的合理分配。

（2）水質(zhì)要素

由于各用水部門對(duì)水質(zhì)的要求不同，如果分配給該用水部門的水量不滿足水質(zhì)的要求，水量的供水功能也就降低或消失，因此在進(jìn)行水量配比的同時(shí)還需考慮水質(zhì)的因素，按照優(yōu)水優(yōu)用、促進(jìn)污水資源化的原則，結(jié)合水量進(jìn)行分質(zhì)供水。

（3）空間要素

由于水資源的特殊性，其空間分布很不均勻，而且各地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)發(fā)展?fàn)顩r不盡相同，對(duì)水資源的需求也不同，因此水資源優(yōu)化配置在該市的具體實(shí)施必然要考慮在空間進(jìn)行不同層次配置的問題。

（4）時(shí)間要素

由于水資源受天然降水的影響比較大，具有很大的不確定性，與用水部門用水的時(shí)間和水量存在差異，因此需要通過工程技術(shù)措施（攔蓄、儲(chǔ)存等）和科學(xué)管理手段對(duì)水資源進(jìn)行時(shí)間上的配置，使其能夠適時(shí)適量地滿足用水要求[5]杜守建：《區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究——以南水北調(diào)東線山東受水區(qū)為例》，西安理工大學(xué)出版社2006年版，第20-23頁。。

2.水資源優(yōu)化配置屬性

水資源同時(shí)具有自然和社會(huì)屬性，水資源優(yōu)化配置是一個(gè)多目標(biāo)（社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境）、多水源（地表水、地下水、南水北調(diào)水、中水）、多主體（工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水）的復(fù)雜決策系統(tǒng)。

水資源優(yōu)化配置的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)水資源質(zhì)和量在時(shí)間、空間以及用途上的合理分配，因此它具有多層次、多水源、多主體、多目標(biāo)的屬性。

（1）多水源

以徐州市水資源系統(tǒng)為例，水源包括當(dāng)?shù)氐乇硭⒌叵滤?、南水北調(diào)東線調(diào)水和中水（污水回收再利用水）。根據(jù)徐州市水資源條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、工程技術(shù)水平、社會(huì)習(xí)俗等因素，在所有水源中優(yōu)先配置當(dāng)?shù)氐乇硭Y源，其次是地下水、中水，然后是南水北調(diào)水。

（2）多要素

水資源具有水量、水質(zhì)、時(shí)間、空間等要素，而水資源的供水、發(fā)電、航運(yùn)等目標(biāo)正是由這些要素和屬性所決定的。水資源具有量質(zhì)統(tǒng)一性，因?yàn)樗|(zhì)不達(dá)標(biāo)而無法滿足特定的功能；水量過少或過多都會(huì)影響到水能資源的利用；時(shí)間、空間分布不均亦會(huì)導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。

（3）多用戶

水資源優(yōu)化配置的實(shí)質(zhì)是通過各種措施和手段將水資源分配到各用水戶，因此，掌握各用水戶的用水特性、用水需求、用水發(fā)展趨勢(shì)等，對(duì)制定用水計(jì)劃和擬定配置方案都具有重要的作用。本文將用水劃分為生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)四大類。根據(jù)水法規(guī)定以及公平、高效為原則，首先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水，并兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)環(huán)境以及航運(yùn)等用水需求。

（4）多目標(biāo)

水資源的利用具有多目標(biāo)性，通常分為供水、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、生態(tài)保護(hù)等；從水資源利用效益角度，將其劃分為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和生態(tài)目標(biāo)，各目標(biāo)之間往往是矛盾的，而且是不可公度的。傳統(tǒng)的水資源優(yōu)化配置多盲目追求可供水量或經(jīng)濟(jì)效益最大化；而可持續(xù)發(fā)展框架下的水資源優(yōu)化配置在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)了用水公平和環(huán)境完整性，是更加復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題，宜采取定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法進(jìn)行。

三、水資源優(yōu)化配置模型——以徐州市為例

區(qū)域水源包括當(dāng)?shù)厮春屯庹{(diào)水源，其中當(dāng)?shù)厮从址譃榈乇硭?、地下水、中水，外調(diào)水源指南水北調(diào)水等。每個(gè)水源的特點(diǎn)不同，水價(jià)不同，是一個(gè)多水源多目標(biāo)多用戶的水資源優(yōu)化配置與調(diào)度問題。本文根據(jù)區(qū)域水資源現(xiàn)狀構(gòu)建了4水源、3目標(biāo)、4用戶的優(yōu)化配置模型。

1.區(qū)域劃分與水源、用戶構(gòu)成

（1）區(qū)域劃分

徐州市轄5個(gè)區(qū)（即鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、銅山區(qū)、賈汪區(qū)、泉山區(qū)）、5個(gè)縣（即豐縣、沛縣、睢寧縣、新沂市、邳州市）。因此本研究按照行政區(qū)劃將徐州市劃分為7個(gè)區(qū)域，即徐州市區(qū)（包括鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、賈汪區(qū)、泉山區(qū)）、銅山區(qū)、豐縣、沛縣、睢寧縣、新沂市、邳州市。

（2）用戶級(jí)別

在水資源系統(tǒng)中有很多用戶，各用戶對(duì)水資源需求的質(zhì)和量都不盡相同，因此可根據(jù)徐州市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，依據(jù)水資源對(duì)用戶的重要程度，對(duì)用戶級(jí)別進(jìn)行劃分：第一級(jí)為生活用水和生態(tài)用水，生活用水較其他種類用水更重要；第二級(jí)為工業(yè)生產(chǎn)用水，工業(yè)用水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較其它種類用水高；第三級(jí)為農(nóng)業(yè)灌溉用水。當(dāng)供水不足時(shí)，優(yōu)先供應(yīng)級(jí)別較高的用水戶。

（3）水源級(jí)別

水資源系統(tǒng)中四種水源的來源不同，其調(diào)節(jié)能力等也不同，可根據(jù)各水源的特性及調(diào)劑能力對(duì)水源級(jí)別進(jìn)行界定：根據(jù)我國水資源實(shí)際，供水次序?yàn)橄鹊乇硭?，再地下水，后中水，?duì)于南水北調(diào)東線水源，根據(jù)調(diào)水的成本和實(shí)際情況，調(diào)水成本較高，故最后考慮。當(dāng)供水發(fā)生時(shí)，優(yōu)先考慮級(jí)別高的水源。

2.目標(biāo)函數(shù)

水資源優(yōu)化配置的目的是實(shí)現(xiàn)水資源合理配置以實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。一般講，水資源優(yōu)化配置的目標(biāo)應(yīng)包含經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和生態(tài)目標(biāo)三個(gè)方面。由于這三個(gè)方面的目標(biāo)不同，且具有不可公度性，因而考慮采用多目標(biāo)優(yōu)化模型，各目標(biāo)函數(shù)分別為：經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和生態(tài)目標(biāo)。

（1）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)：用水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益扣除總成本之后的凈效益最大

式中：Skij為水源i向k子區(qū)j用戶的供水量（m3）；akij為水源i向k子區(qū)j用戶的單位供水量效益系數(shù)（元/m3）；ckij為水源i向k子區(qū)j用戶的單位供水量成本系數(shù)（元/m3）。

（2）社會(huì)目標(biāo)：缺水量之和最小

式中：Dkj為k子區(qū)j用戶的需水量（m3）。

（3）生態(tài)目標(biāo)：生態(tài)用水量得到最大滿足

式中：Dks為k子區(qū)生態(tài)需水量（m3）。

3.約束條件

在進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的過程中除了要考慮上述三個(gè)目標(biāo)外，還要考慮多方面的約束條件，其中較為重要的為水量約束，包括供水約束與需水約束。供水約束要求某一水源向不同地區(qū)不同用水戶供應(yīng)的水量之和不超過其可供給量，需水量約束本著節(jié)約的原則，要求不同水源向某一用水戶供應(yīng)的水量之和不超過其需求量[1]E.Kondili，J.K.Kaldellis.Model development for the optimalwater systems planning.Computer Aided Chemical Engineering，2006，21（2）：1851-1856.。

（1）水源可供水量約束

不同水源的特性不同，其供水量約束條件也不同，各水源分別為：地下水、地表水、中水和南水北調(diào)水。

①地表水可供水量約束：由于地表水可供給量取決于該地區(qū)水利工程規(guī)模

和管理方式，不同地區(qū)地表水資源可供給量不盡相同。計(jì)算時(shí)段中，某一地表水源地調(diào)出的地表水量之和不超過該地區(qū)的地表水可供給量。表示為：

式中：Skij為l地表水供給k子區(qū)j用戶的水量（m3）；Qkl為k子區(qū)l地表水的總供水量（m3）。

②南水北調(diào)東線調(diào)水量約束：根據(jù)南水北調(diào)東線的來水情況及供水能力，各分區(qū)所用南水北調(diào)東線調(diào)水總量不能超過該時(shí)段供水干渠分水口的可供水量。

式中：Skj為南水北調(diào)東線供給k分區(qū)j用戶的水量（m3）；Wk為k分區(qū)南水北調(diào)東線的總供水量（m3）。

③地下水、中水可供水量約束：地下水、中水的可供水量約束大體一致，以地下水為例：不同子區(qū)不同用戶所用地下水總量不能超過各水平年可供的地下水可供水量。

式中：Skj為淺層地下水供給k子區(qū)j用戶的水量（m3）；Gk為k子區(qū)淺層地下水的總供水量（m3）。

（2）需水量約束

需水量約束是指不同水源地向某一用水戶供水的總量之和不能超過該用戶的需水量。由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境用水戶的特點(diǎn)不同，其需水量約束條件也不同。特別是對(duì)于生活需水來說，涉及到人的基本生存安全，在進(jìn)行優(yōu)化分配前要首先滿足保證生活最低需水量。

這里以工業(yè)需水量約束為例來說明：不同分區(qū)各水源供給某一工業(yè)用水戶的水量之和不應(yīng)超過該水平年工業(yè)用水戶的需水量。

式中：Ski為k子區(qū)i水源供給一般工業(yè)的水量（m3）；Dk為k子區(qū)一般工業(yè)總需水量（m3）。

（3）水庫蓄水約束

要保證水庫的蓄水量在其正常范圍內(nèi)，限制水庫的蓄水量范圍如下：

Vmin≤Vt≤Vmax

式中：Vt為水庫蓄水量（104m3）；Vmin、Vmax分別為水庫的最小、最大蓄水量（104m3），最小蓄水量為水庫死庫容，最大蓄水量當(dāng)汛期時(shí)為汛限水位下蓄水量，非汛期為正常蓄水位下蓄水量。

（4）非負(fù)約束

四、模型的求解

1.方法的選擇

對(duì)于建立的多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置模型，很難用某種優(yōu)化方法尋求最優(yōu)解，因此對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題，我們更多的關(guān)注解的不斷改進(jìn)。

遺傳算法是一種借鑒生物界自然選擇和進(jìn)化機(jī)制發(fā)展起來的高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)搜索算法。由于其具有健壯性，特別適合于處理傳統(tǒng)搜索算法解決不了的復(fù)雜的和非線性問題[1]Goldberg D E.Genetic algorithms in search optimization and machine learning.Reading,MA:Addison_Wesley,1989.。同時(shí)，Math－Works公司的矩陣計(jì)算軟件MATLAB提供了遺傳算法與直接搜索工具箱(Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox)，用戶可以根據(jù)需要通過工具箱調(diào)用遺傳算法函數(shù)，大大加大了該方法實(shí)用性和便捷性。因此，本論文考慮用遺傳算法對(duì)該多目標(biāo)問題進(jìn)行求解。

MATLAB 7.0中的遺傳算法工具箱提供了一個(gè)比較友好的界面，用戶只需輸入必要的參數(shù)便可用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。

2.參數(shù)的確定

（1）單位供水量效益系數(shù)（akij）

根據(jù)徐州市2010年工業(yè)總產(chǎn)值（3114.09億元）、工業(yè)需水總量（32208.6萬m3）、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（514.73億元）、農(nóng)業(yè)需水總量（342808.2萬m3），可測(cè)算出工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水量效益系數(shù)為9668.505元/ m3、137.954元/m3。由于生活用水和生態(tài)環(huán)境用水所產(chǎn)生的效益多為社會(huì)效益，目前很難定量化，在本研究中為了體現(xiàn)首先保證生活用水，其次生態(tài)用水，再其次其它類型用水的配水原則，我們賦予生活供水量效益系數(shù)為20000元/m3，生態(tài)環(huán)境供水量效益系數(shù)為15000元/m3[1]陳南祥、李躍鵬、徐晨光：《基于多目標(biāo)遺傳算法的水資源優(yōu)化配置》，〔北京〕《水利學(xué)報(bào)》2006年第3期。。

（2）單位供水成本系數(shù)（ckij）

表1 徐州市各行政區(qū)域需水量（單位：萬m3）

表2 徐州市多年平均水資源總量匯總表（單位：萬m3）

表3 2015年徐州市沛縣水資源優(yōu)化配置結(jié)果表（單位：萬m3）

在本模型中該系數(shù)可由水源i向j用戶的供水價(jià)格來表示，根據(jù)徐州市供水價(jià)格調(diào)查結(jié)果及統(tǒng)計(jì)資料顯示：①地下水、地表水：根據(jù)對(duì)該市現(xiàn)狀自來水廠資料分析，目前該市自來水綜合供水價(jià)格在3.1元左右，工業(yè)用水價(jià)格為3.57元/m3，生活用水價(jià)格為2.72元/m3。由于徐州境內(nèi)多為地表引流，本研究假定地表水、地下水價(jià)格均為自來水價(jià)格。②中水：徐州某開發(fā)區(qū)新水源再生水廠經(jīng)過污水處理后的中水成本大約為2.0-2.5元/ m3，向工業(yè)用戶的出售價(jià)格為3.4元/m3，該價(jià)格低于目前該市工業(yè)用自來水水價(jià)3.57元/m3。由此看來，不管是從經(jīng)濟(jì)效益來講還是從節(jié)約資源來講，中水利用都是應(yīng)該大力提倡的。③南水北調(diào)水：在核算調(diào)水工程成本的基礎(chǔ)上，秦長海（2010）認(rèn)為資本金利潤率為8%的前提下徐州市南水北調(diào)東線水價(jià)為3.80元/m3[2]高斌：《區(qū)域水資源優(yōu)化配置及供水系統(tǒng)規(guī)劃研究》，天津大學(xué)出版社2009年版，第37-45頁。。

（3）各分區(qū)不同用戶需水量

根據(jù)徐州市十二五發(fā)展規(guī)劃，王超（2009）預(yù)測(cè)2015年徐州市各分區(qū)不同用戶需水量見表1所示：

（4）各分區(qū)不同水源可供水量

根據(jù)徐州市十二五發(fā)展規(guī)劃，各分區(qū)不同水源可供水量如下表2所示。

3.求解過程——以沛縣為例

由于調(diào)研過程中數(shù)據(jù)資料的缺失及時(shí)間限制，在此僅以沛縣為例用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化配置算例分析，其它子區(qū)域及全市的水資源優(yōu)化配置方法與此類似。

借助MATLAB的遺傳算法工具箱，系統(tǒng)計(jì)算得出18種配置方案，我們選取其中6組進(jìn)行分析（見表3），水量對(duì)比結(jié)果見表4，各分配方案的目標(biāo)函數(shù)值見表5所示。

表4 優(yōu)化前后水量對(duì)比結(jié)果表

表5 各分配方案的目標(biāo)函數(shù)值表（單位：萬元）

由表3、4可以看出，優(yōu)化的地下水、地表水、中水和南水北調(diào)水可利用量在6個(gè)分配方案中均未超過該地區(qū)可利用量。從表5和圖3可以看出為決策者選出的6組方案中第二、六方案側(cè)重經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，第四方案經(jīng)濟(jì)效益最差；第四方案側(cè)重社會(huì)目標(biāo)，其次為第一、三方案，第二方案社會(huì)目標(biāo)最差；第四方案生態(tài)目標(biāo)最為顯著，第三、五方案次之，第二方案生態(tài)目標(biāo)最差。結(jié)合表5中的數(shù)據(jù)，決策者可以根據(jù)自己的需要做出選擇。

五、結(jié)論

本文以可持續(xù)發(fā)展理論為指導(dǎo)思想，構(gòu)建基于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的多目標(biāo)水資源優(yōu)化模型，借助Matlab工具箱中的多目標(biāo)遺傳算法求得Pareto最優(yōu)解，并以徐州市沛縣為例進(jìn)行算例分析，得出沛縣2015年規(guī)劃水平年的水資源優(yōu)化配置方案，為徐州市水資源的高效利用提供理論借鑒和實(shí)踐依據(jù)，以期獲得經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳綜合效益。由于數(shù)據(jù)資料收集和時(shí)間的限制，本論文的研究僅限于初步，進(jìn)一步的研究需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善：（1）對(duì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)一步完善，解決水質(zhì)型缺水問題；（2）擴(kuò)大研究區(qū)域范圍，對(duì)整個(gè)徐州市（6區(qū)6縣）的水資源進(jìn)行系統(tǒng)配置；（3）完善多目標(biāo)不確定性問題的求解方法，嘗試其它方法（如進(jìn)化算法、PSO粒子算法等）以選擇更為合適的。

〔責(zé)任編輯：天則〕

Research on Optimal Allocation ofW ater Resources Based on M ulti-Objective Genetic Algorithm—a Case Study of Xuzhou

Zhang Wei Nie Rui Wang Hui

According to sustainable development theory,the present paper constructs a multi-objective optimalmodel of water resource allocation based on the coordinated development of economy,society and ecological environment,which is solved by genetic algorithm of Matlab,expecting comprehensive developmental benefits of economy,society and ecological environment in Xuzhou.Then Peixian of Xu Zhou is app lied to a calculation analysis of samp les,concluding an optimal allocation scheme of water resource in 2015,which verifies feasibility and effectiveness of thismethod,both theoretically and practically supporting highly efficient utility of water resources in Xuzhou.At the same time,this research can promote the imp lementation of South-to-North Water Diversion Project.

water resource allocation;multi-objective;genetic algorithm;Xuzhou

張偉，中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院博士研究生 221009

聶銳，中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院教授 221009

王慧，中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院講師 221009

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目（11YJC630205），水資源配置中的期權(quán)契約設(shè)計(jì)及其最優(yōu)策略研究——以南水北調(diào)東線為例；中國礦業(yè)大學(xué)社會(huì)科學(xué)基金（2009W4），水資源配置中的期權(quán)契約設(shè)計(jì)及其最優(yōu)策略研究——以南水北調(diào)東線為例；中國礦業(yè)大學(xué)211工程三期重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（A90202），煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與煤礦安全管理。