水資源係統優化原理與方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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門寶輝 著

圖書標籤:

• 水資源
• 係統優化
• 優化原理
• 優化方法
• 水文水資源
• 水利工程
• 運籌學
• 模型分析
• 決策支持
• 資源管理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030571908

版次：31

商品編碼：12350431

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十三五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2018-05-01

頁數：284

字數：470000

正文語種：中文

內容簡介

《水資源係統優化原理與方法》在介紹水資源係統優化基本原理的基礎上，闡述瞭係統優化方法在水資源規劃、設計和配置中的應用，並將 Excel優化工具、LINGO及Matlab優化工具箱引入例題的求解中，《水資源係統優化原理與方法》很多實例采用一題多解的方式來解決，為學生分析和處理復雜工程問題提供瞭思路和途徑。

目錄

目錄
前言
第一章 緒論 1
第一節 概述 1
一、係統的概念 1
二、係統的結構與功能 2
三、係統的屬性 3
四、係統的類型 4
五、係統的模型化方法 5
六、係統模型的優化方法 7
第二節 水資源係統的優化及其應用軟件 7
一、水資源係統的概念 7
二、水資源係統的優化 9
三、水資源係統優化的研究進展 11
四、應用軟件 12
第三節 本書的主要內容 27
習題 28
第二章 水資源係統綫性規劃模型及其應用 29
第一節 概述 29
一、綫性規劃模型的實例 29
二、綫性規劃模型的一般形式 31
三、綫性規劃模型的標準型 32
第二節 綫性規劃模型的有關概念及解的基本性質 33
一、綫性規劃的有關概念 33
二、綫性規劃的圖解法 34
三、綫性規劃解的幾種情況 36
四、綫性規劃的基本定理 37
第三節 單純形法 38
一、單純形法的基本思路 38
二、單純形法的基本原理 38
三、單純形法的計算過程 41
四、單純形高斯消去法舉例 41
五、單純形錶 42
六、確定初始基可行解的人工變量法 43
第四節 修正單純形法 47
一、修正單純形法的基本思路 47
二、修正單純形法的計算步驟 47
三、可行基B 逆矩陣的求解方法 47
四、修正單純形法的計算實例 48
第五節 隨機綫性規劃模型 51
一、概率規劃 52
二、機會約束規劃 52
第六節 綫性規劃模型及其計算機求解的應用實例 54
一、流域規劃問題 54
二、水庫優化調度最優供水問題 58
三、水資源優化配置問題 62
習題 66
第三章 水資源係統綫性規劃的對偶模型及其應用 69
第一節 概述 69
一、綫性規劃對偶問題的數學模型 69
二、原問題與對偶問題數學模型的類型 72
三、對偶問題的性質 76
四、原綫性規劃(LP)與其對偶模型(LD)的對應關係 77
第二節 對偶單純形法 78
一、對偶單純形法的概念 78
二、對偶單純形法的計算步驟 78
三、影子價格 80
第三節 靈敏度分析 82
一、資源嚮量的變化對綫性規劃模型解的影響 83
二、價值嚮量的變化對綫性規劃模型解的影響 85
三、約束條件中係數矩陣的變化對綫性規劃模型解的影響 86
四、增加決策變量對綫性規劃模型解的影響 86
五、增加約束條件對綫性規劃模型解的影響 89
第四節 對偶模型的實例應用 89
一、水電站發電的水價製定問題 89
二、水源地的供水問題 91
習題 92
第四章 水資源係統整數綫性規劃模型及其應用 94
第一節 概述 94
一、整數規劃的概念與類型 94
二、整數規劃的數學模型 94
三、整數規劃的求解方法 95
第二節 分支定界法與割平麵法 97
一、分支定界法 97
二、割平麵法 100
第三節 0-1 型整數規劃及指派問題 103
一、0-1 型整數規劃 103
二、指派問題 107
第四節 整數綫性規劃的實例應用 112
一、投資建設項目的選址問題 112
二、投資建設項目選擇問題 116
三、項目開發建設次序優化問題 117
四、工程建設中材料的優化問題 122
習題 124
第五章 水資源係統非綫性規劃模型及其應用 126
第一節 概述 126
一、非綫性規劃的數學模型 127
二、非綫性規劃的圖解法 128
三、非綫性規劃的類型與特點 130
四、非綫性規劃的相關基礎知識 130
第二節 一維最優化搜索方法 133
一、解析法 134
二、消去法 136
三、多項式插值法 137
第三節 無約束非綫性規劃的解析搜索法 138
一、梯度法 139
二、牛頓法 141
三、共軛梯度法 142
四、變尺度法 143
五、解析搜索法小結 146
第四節 無約束非綫性規劃的直接搜索法 146
一、坐標輪換法 146
二、模式搜索法 147
三、單純形搜索法 149
四、共軛方嚮法 151
第五節 有約束非綫性規劃的求解方法 152
一、約束非綫性規劃的可行方嚮與起作用約束 153
二、拉格朗日乘子法 154
三、約束極值的最優性理論(Kuhn-Tucker 理論) 155
四、罰函數法 158
五、二次規劃 162
第六節 非綫性規劃模型的實例應用 165
一、非綫性迴歸分析問題 165
二、灌溉水量的閤理分配問題 168
三、河流水質規劃問題 169
四、城市排水方案的優化問題 170
習題 172
第六章 水資源係統動態規劃模型及其應用 175
第一節 概述 175
第二節 動態規劃的基本原理和基本方程 176
一、多階段決策過程的數學描述 176
二、動態規劃的基本概念 177
三、動態規劃的基本原理 179
四、動態規劃的基本方程 179
五、動態規劃模型的基本形式 180
六、建立動態規劃模型的一般步驟 180
七、動態規劃的優越性和局限性 181
第三節 確定性動態規劃模型及其實例應用 181
一、最優綫路問題 182
二、資源優化分配問題 186
三、水庫優化調度的動態規劃模型 191
第四節 隨機性動態規劃模型及其實例應用 198
一、多階段決策過程中的隨機性 199
二、隨機最優策略與基本方程 199
三、隨機變量相互獨立時的動態規劃問題 201
四、隨機變量具有馬爾可夫鏈關係的動態規劃問題 203
習題 205
第七章 水資源係統多目標規劃模型及其應用 206
第一節 概述 206
一、水資源係統的多目標問題 206
二、多目標規劃的數學模型及特點 207
三、多目標規劃的解 207
四、多目標規劃問題的求解方法 210
第二節 評價函數法 210
一、主要目標法 211
二、綫性加權和法 213
三、理想點法 224
四、乘除法 225
五、功效係數法 226
第三節 分層求解法 228
一、分層序列法 228
二、重點目標法 234
三、分組序列法 234
第四節 目標規劃法 234
一、目標規劃法的基本思路 234
二、最小偏差法 234
三、綫性目標規劃 235
第五節 多目標綫性規劃的逐步法 237
一、逐步法的基本思路 237
二、逐步法的計算步驟 237
第六節 多目標規劃模型及其實例應用 239
一、供水係統的目標規劃模型 239
二、水資源優化配置的多目標規劃模型 242
三、加權優序法在水質評價中的應用 246
習題 249
第八章 現代智能算法在水資源係統優化中的應用 251
第一節 概述 251
第二節 遺傳算法 253
一、遺傳算法的概念 253
二、遺傳算法的主要參數 254
三、遺傳算法的操作步驟 254
四、遺傳算法的應用實例 257
第三節 人工神經網絡 257
一、人工神經網絡的基本概念 257
二、人工神經網絡的網絡類型 259
三、人工神經網絡的應用實例 261
第四節 粒子群優化算法 265
一、粒子群優化算法的基本原理 265
二、粒子群優化算法的操作步驟 267
三、粒子群優化算法的兩種模式 267
四、粒子群優化算法的應用實例 268
第五節 模擬退火算法 270
一、模擬退火算法的起源 270
二、模擬退火算法的基本原理 271
三、模擬退火算法的分類 272
四、模擬退火算法的操作步驟及參數選擇 273
五、模擬退火算法的應用實例 275
第六節 混沌優化算法 276
一、混沌理論 276
二、混沌優化算法的概念 277
三、混沌優化算法的基本原理 277
四、混沌優化算法的分類 278
五、混沌優化算法的操作步驟 278
六、混沌優化算法的應用實例 279
習題 281
參考文獻 282

《藍色脈絡：現代社會水資源的挑戰與智慧》 在地球這顆蔚藍星球上，水是萬物賴以生存的基石，更是文明演進的動脈。然而，隨著全球人口的激增、工業化進程的加速以及氣候變化的嚴峻挑戰，我們賴以生存的水資源正麵臨前所未有的壓力。從乾旱缺水的戈壁到洪水肆虐的衝積平原，從被汙染的河流到地下水位的持續下降，水資源的供需矛盾日益尖銳，已經成為製約許多國傢經濟社會可持續發展、影響人民福祉的重大瓶頸。 本書並非一本探討具體技術模型或算法的學術專著，而是旨在為廣大讀者，包括政策製定者、行業從業者、科研人員以及對水資源議題關心的普通民眾，勾勒齣一幅全麵而深刻的現代水資源圖景。我們將深入剖析當前全球及區域水資源所麵臨的復雜挑戰，並在此基礎上，探索一係列創新性的、具有前瞻性的解決思路與實踐路徑。 第一章：水：文明的源泉與現代的睏境 水，是生命之源，也是人類文明的搖籃。從古埃及尼羅河的灌溉奇跡，到古代中國黃河兩岸的農耕文明，無不印證著水對社會發展的重要性。然而，進入21世紀，我們麵臨的水挑戰已然升級。本章將迴溯水與人類文明的淵源，並重點梳理當前全球水資源分布不均、利用效率低下、水汙染日益嚴重、地下水超采與海水入侵等一係列嚴峻現實。我們將通過具體案例，展示水資源短缺如何引發社會衝突，阻礙經濟發展，以及環境退化如何進一步加劇水危機。同時，氣候變化對水循環的乾擾，如極端降雨、乾旱頻發、冰川融化等，也將作為重要的背景因素被深入討論。 第二章：需求的迷局：人口、經濟與生活方式的驅動 水資源的緊張並非簡單的數量不足，更與不斷變化的需求緊密相關。本章將深入分析驅動水資源需求增長的多元因素。首先，持續增長的人口是基礎，每個新增人口都意味著對飲用水、食物生産（農業用水）以及能源生産（工業用水）的額外需求。其次，經濟發展是另一大驅動力，工業化進程中，製造業、能源行業（尤其是火力發電和水電）對水的消耗量巨大且復雜；城市化進程則帶來瞭生活用水量的大幅增加，以及對更高水質的要求。第三，生活方式的轉變，如消費習慣的變化（例如肉類消費增加導緻灌溉用水量上升）、對高品質生活的追求，也間接增加瞭對水資源的壓力。我們將審視不同行業和生活領域的水足跡，揭示其背後隱藏的聯係與相互影響。 第三章：汙染的陰影：從源頭到末端的水環境治理 水汙染是與水資源短缺並行的另一大危機。本章將聚焦於水汙染的各個環節與治理的挑戰。我們將探討工業廢水、生活汙水、農業麵源汙染（化肥、農藥徑流）以及畜禽養殖廢水等主要汙染源的特徵與危害。從河流、湖泊到海洋，從地錶水到地下水，汙染的擴散與纍積對生態係統健康和人類健康構成瞭嚴重威脅。本章將詳細介紹不同類型的汙染物及其治理技術，並重點討論“從源頭控製”的理念，強調預防性措施和清潔生産的重要性。同時，我們將探討末端治理的挑戰，包括汙水處理廠的建設與運營、汙泥處理等。此外，新興的微塑料、藥品殘留等新型汙染物問題也將有所提及。 第四章：生態的呼喚：河流、濕地與生物多樣性的守護 水並非僅僅是人類可利用的資源，更是維係生態係統健康與生物多樣性的命脈。本章將視角轉嚮水與自然生態係統的關係。我們將深入探討河流的自然流態、濕地生態係統的功能及其對水質淨化、洪水調蓄、生物棲息地的作用。乾涸的湖泊、萎縮的濕地、消失的魚類，這些都是水資源過度開發和環境破壞的警示信號。本章將強調“生態用水”的概念，即保障河流、湖泊、濕地等水體自身維持健康生態功能所需的水量和水質。我們將討論如何平衡人類用水需求與生態用水需求，並介紹相關的生態修復技術和生態保護策略，如構建健康的河湖生態係統、恢復濕地功能等。 第五章：氣候變化的漣漪：水資源的不確定性與適應策略 氣候變化正深刻地重塑著全球水循環，為水資源管理帶來瞭前所未有的不確定性。本章將詳細闡述氣候變化對水資源係統的影響，包括降水模式改變、極端天氣事件（乾旱、洪澇）頻發、海平麵上升導緻沿海地區鹹水入侵、冰川退縮影響融水供應等。我們將分析這些變化對供水安全、農業生産、能源供應、城市運行以及防洪減災帶來的風險。在此基礎上，本章將重點探討水資源管理如何進行氣候適應。這包括構建更具韌性的供水係統、發展耐旱作物、改進水利基礎設施以應對極端事件、實施早期預警係統，以及加強跨區域和國際閤作以應對氣候變化帶來的水資源挑戰。 第六章：智慧的水管理：技術、政策與協同 麵對復雜的水資源挑戰，僅依靠傳統手段已難以為繼。本章將聚焦於“智慧的水管理”理念，探討如何運用現代科技、優化政策設計以及促進多方協同，以實現水資源的永續利用。在技術層麵，我們將介紹遙感、大數據、人工智能、物聯網等前沿技術在水資源監測、預警、調度、漏損檢測等方麵的應用潛力。在政策層麵，本章將探討市場化機製（如水權交易、排汙權交易）、價格杠杆、補貼與稅收等經濟手段在促進節水、減排、提高水資源利用效率方麵的作用。同時，也將討論法律法規的完善、監管體係的建立以及公眾參與的重要性。最後，本章將強調跨部門、跨區域、跨國界的協同閤作，因為水資源的流動性決定瞭單一區域或部門的努力難以徹底解決問題。 第七章：創新的足跡：節水、再生與替代的水源 節約用水是解決水資源問題的根本途徑。本章將深入探討節水技術的創新與應用。從農業高效灌溉（如滴灌、噴灌）、工業循環用水、城市節水器具到居民生活節水竅門，我們將展現全社會節水的廣闊空間。同時，再生水（廢水處理後迴用）和海水淡化作為重要的補充水源，其技術發展、經濟性、環境影響以及推廣應用麵臨的挑戰與機遇也將得到深入分析。此外，本章還將觸及非常規水源的利用，如雨水收集、霧氣收集等，以及未來水資源替代方案的可能性。 第八章：共享的未來：水治理的全球視野與區域閤作 水資源的挑戰跨越國界，解決之道亦需要全球性的視野與區域性的閤作。本章將探討水資源治理的國際維度。我們將分析國際水資源爭端的原因與解決機製，強調和平利用水資源的必要性。同時，也將介紹不同國傢在水資源管理方麵的成功經驗與教訓。本章將重點關注跨界河流流域的管理閤作，如共享水文信息、聯閤開發水資源、共同應對洪水與乾旱等。此外，還將探討國際組織、非政府組織在推動全球水資源可持續發展中的作用。 結語：水潤萬物，智啓未來 “藍色脈絡：現代社會水資源的挑戰與智慧”並非提供一套現成的解決方案，而是希望通過對當前水資源睏境的深刻剖析，以及對未來解決路徑的廣泛探索，激發讀者對水資源的重視，引導社會各界以更宏觀、更長遠的視角來思考和應對水資源挑戰。水是生命之本，更是發展之源。唯有以智慧為指引，以創新為動力，以閤作為基礎，我們纔能守護好這顆藍色星球上的寶貴財富，為人類社會的可持續發展鋪就堅實的基石。本書願與您一同踏上這場探索水資源智慧與未來的旅程。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在水務部門工作的實踐者，我更多地是從實際應用的角度來審視這本書。我最看重的是書中關於水資源管理政策與規劃的內容。作者通過對不同國傢和地區的水資源管理案例進行分析，揭示瞭在實際操作中可能遇到的挑戰和機遇。例如，關於水權製度改革的討論，書中詳細闡述瞭不同水權模式的優缺點，以及在不同社會經濟背景下的適用性。同時，對流域綜閤管理策略的分析也十分到位，強調瞭跨部門、跨區域協作的重要性，以及如何通過建立有效的溝通協調機製來解決水資源開發利用中的衝突。我尤其注意到書中關於水價改革和市場機製在水資源配置中的作用的探討，這對於當前中國水價改革的推進具有重要的藉鑒意義。書中還提到瞭如何利用經濟學原理來評估水資源項目的效益與成本，以及如何將環境外部性納入決策考量，這些都是我在工作中經常會遇到的難題。總的來說，這本書為我提供瞭一個更廣闊的視野和更豐富的工具箱，有助於我更好地理解和應對實際工作中的復雜問題。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試著去理解書中關於“優化”的數學原理，雖然對我來說有些挑戰，但整體感受還是非常積極的。作者在介紹數學模型時，並沒有迴避復雜的公式和推導，而是盡力用清晰的語言和直觀的圖示來解釋它們。我尤其對書中關於“非綫性規劃”和“隨機規劃”的講解印象深刻。作者通過生動的案例，例如如何根據不確定的未來降雨來優化水庫的調度，讓我看到瞭這些高級優化技術在實際水資源管理中的強大威力。雖然我不是數學專業的，但通過這本書，我感覺自己對這些概念有瞭一個初步但相對深入的理解。書中還提到瞭如何利用計算機軟件來求解這些優化模型，這為實際應用提供瞭便利。我感覺這本書更像是開啓瞭一扇大門，讓我看到瞭水資源優化領域背後蘊含的科學與技術深度，也激發瞭我進一步學習的興趣。對於那些想從數學和計算角度深入理解水資源係統優化的人來說，這本書絕對是一本不可多得的參考書。

評分☆☆☆☆☆

我對書中關於“係統”這個概念的理解和應用印象深刻。作者並沒有將水資源係統簡單地視為一個獨立的實體，而是將其置於一個更宏觀的生態、經濟和社會環境中進行分析。例如，在討論水資源與能源、糧食之間的耦閤關係時，書中運用瞭係統動力學的方法，模擬瞭不同因素之間的相互作用和反饋機製，這讓我對水資源短缺可能引發的連鎖反應有瞭更深刻的認識。書中還對水資源係統的韌性進行瞭探討，分析瞭如何通過優化調度、工程措施和生態修復等手段來增強係統應對氣候變化、極端事件等外部擾動的能力。這對於我們當前麵臨的全球氣候變化挑戰來說，具有非常重要的意義。我特彆喜歡書中關於“多目標優化”的章節，它將經濟效益、社會公平和生態安全等多個看似矛盾的目標有機地結閤起來，並提齣瞭一係列可行的解決方案。這種全局性的思維方式，對於解決復雜的水資源問題至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書我大概翻瞭幾頁，感覺內容非常前沿，尤其是在關於大數據分析在水資源管理中的應用部分，讓我耳目一新。作者引用瞭許多最新的研究成果和案例，例如如何利用遙感技術監測地下水位的變化，以及如何通過機器學習模型來預測降雨徑流。這些技術不僅理論紮實，而且非常具有實際操作指導意義。書中對不同模型算法的闡述也相當細緻，從基礎的綫性規劃到更復雜的非綫性優化，再到動態規劃和博弈論的應用，都有深入的講解，並配以相應的數學公式和圖錶，對於想要深入理解水資源係統優化模型背後原理的讀者來說，無疑是一份寶貴的財富。而且，作者還探討瞭如何將這些模型應用於具體的場景，比如優化灌溉策略以提高農業用水效率，或者協調不同用水部門之間的用水需求，以期實現水資源的公平分配和可持續利用。這些內容對於水利工程師、環境科學傢以及政策製定者都具有重要的參考價值。總的來說，這本書提供瞭一個從理論到實踐的全麵視角，對於提升水資源管理水平，應對日益嚴峻的水資源挑戰，具有重要的指導作用。

評分☆☆☆☆☆

我個人對水文模型方麵的內容特彆感興趣，所以在這本書裏花瞭大量時間研讀瞭相關的章節。作者在介紹傳統的水文模型，例如集流模型和水動力模型時，不僅梳理瞭它們的發展脈絡，還對其內在的物理過程和數學錶達進行瞭深入淺齣的解釋。我尤其欣賞的是，書中並沒有止步於介紹現有的模型，而是重點探討瞭如何根據不同的研究對象和數據條件，選擇和構建最優的水資源優化模型。例如，在介紹模型不確定性分析時，作者詳細講解瞭濛特卡羅模擬、貝葉斯方法等技術，並結閤實例說明瞭如何量化模型的不確定性，以及如何利用這些信息來輔助決策。此外，書中對模型驗證和評估的標準也進行瞭詳細的論述，包括各種統計指標的含義和適用範圍，這對於檢驗模型的可靠性和適用性至關重要。我感覺作者在這方麵下瞭很大的功夫，力求為讀者提供一套係統性的模型構建和應用指南。對於那些希望在水文模型領域進行深入研究的學生和科研人員來說，這本書無疑提供瞭一個很好的起點和參考框架。