基于蚁群算法的水库群生态服务价值联合调度

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拦河建坝有效实施水库调度,为人类社会发展带来巨大服务价值的同时,也产生了一些负面影响,例如:一定程度上破坏了河流生态系统健康,削弱了河流生态服务功能,降低了河流生态服务价值等,因此探讨生态意义上的水库运行方式以弥补其负面影响,具有重要意义和实际价值。传统的水库调度多注重经济和安全问题,现阶段的水库生态调度虽已关注河流生态健康,但大多将河流生态健康作为约束条件而不是调度目标,且基本只考虑单库生态调度范畴。相比于水库生态联合调度而言,单库生态调度方式既不利于高效开发利用河流水资源,不利于有效维持河流生态系统健康,也不利于充分挖掘河流生态系统服务价值。基于以上研究背景,本文探讨了河流(水库)生态系统服务功能及其类型划分问题,河流(水库)生态系统服务功能的能值评价问题,以河流(水库)生态系统服务能值为优化目标的水库群联合调度问题,以及水库群生态系统服务能值联合调度的仿生算法求解问题等,核心内容安排为三章:第2章从分析河流生态系统内的能量变化、生态结构、消费者干预等因素出发,将河流生态系统服务功能分为5个一级类型、16个二级类型,重点对比了河流生态系统服务价值的评价方法(价值量和能值评价方法),鉴于能值分析理论及评价方法的优越性,构建了河流(水库)生态系统服务价值的能值评价模型,并阐述了能值模型求解方法,为河流(水库)生态服务价值计算提供基础数据;第3章基于能值评价方法分别介绍了在能值视角下的单库生态服务价值和水库群生态服务价值评价步骤,在与水库生态调度与水库生态服务价值调度比较的基础上,建立了水库群生态服务价值单库常规调度和联合优化调度模型,并介绍了相应的模型求解方法,重点介绍优化调度中的蚁群算法,为后续章节提供方法参考;第4章以新丰江水库和枫树坝水库为案例,以丰平枯水年为典型年,应用蚁群算法对水库群生态服务价值联合调度进行了调节计算,并对其价值进行评价,通过与单库生态服务价值的比较,检验了蚁群算法求解水库群生态服务价值联合调度的实用性,凸显了联合调度产生的经济效益和对生态的贡献。研究结果表明:水库群生态服务价值联合调度丰水年总能值为8.48×1024sej,平水年总能值为6.78×1024sej,枯水年为4.58×1024sej;各典型年总能值变化依次为:丰水年>平水年>枯水年。对比单库调度可知,联合调度比单库调度能够产生更大的经济价值,主要体现在淡水供给、生态支持和生态调节三方面,占总价值的90%以上。在生态环境保护方面,水库群联合调度的作用更为突出,主要是生态支持和生态调节,同时验证了蚁群算法在水库群联合调度中的适用性,能够很好的解决传统算法遇到的“维数灾”和“局部收敛”等问题。最后体现了能值分析理论及评价方法在河流(水库)生态服务价值评价方面的优势,能够很好地将不同种类、不同性质的物质或能量相加比较研究。
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