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1、 水资源优化战略The Water Resources Optimization Strategy摘要Abstract本文就水资源战略问题从水资源的调配、储存、脱盐及保护四方面进行分析。利用模糊聚类对水资源盈缺现状进行分区并根据源数据对中国29个省市建立回归预测模型，筛选出严重缺少水资源区域并对其进行分析以达到模型简化。本文得到北京、天津、河北、宁夏、江苏和上海六省到2025年持续处于缺水状态。这样，本文就以河北省为例对水资源战略部署，以周边地区为供水源进行求解。 This article mainly analyzes water resources allocation, storage,
2、 desalination and protection from the strategic problems of water resources. According to the source data, regression prediction models of 29 provinces and cities in China are established and partitions of the present situation of water resources are made according to fuzzy clustering, and then scre
3、en out areas lack of water severely and carries on the analysis to achieve simplified model.就水资源储存问题通过建立蜂窝模型在供水源地区建立水库，本文得到当其形状为六边形时模型最优，并解释了最少建立五层时（27个水库）可以将供水源地区完全覆盖。引入多目标规划模型对省际间水资源调配进行最优化处理，使其综合造价达到最低。并且考虑到区域内水分配问题对模型进行补充，从两方面对文章低成本要求作出回应。以天津市为例从海水淡化工程及工业废水治理两方面对脱盐及保护问题进行讨论。根据统计学理论，利用SPSS对海水淡化年产
4、量进行回归预测，可知2025年可补充21425吨淡水。对照天津市缺水的年平均水平得到就目前海水淡化及污水处理能力并不能满足水资源需大于求形势。基于此观点提出建议应加大海水淡化工程的快速发展。关键词：模糊聚类，蜂窝模型，多目标规划，回归预测，水资源一、问题重述 Problem Restatement问题背景：淡水是世界上大多数地区发展的限制因素。构建一个数学模型，为2013年提出有效、可行、低成本的水资源战略（水资源利用策略），以满足2025年中国的水资源规划需求，并且决定最优化的水资源战略（水资源利用策略）。Question Background: Fresh water is the lim
5、iting constraint for development in much of the world. Build a mathematical model for determining an effective, feasible, and cost-efficient water strategy for 2013 to meet the projected water needs of China in 2025, and identify the best water strategy (Water resource utilization strategy).待求解问题：1.
6、模型需解决水资源的储存和调配、脱盐和保护问题。2. 利用所建模型讨论该战略对经济、物理、和环境方面的影响。3.向政府提供一份非技术性的规划书，概述模型方法、可行性、和成本，以及为什么该战略是最佳选择。待解决问题Problems to be solved: 1. to address the storage and movement; de-salinization; and conservation of water resource.2. to discuss the economic, physical, and environmental implications of the stra
7、tegy.3. Provide a non-technical position paper to governmental leadership outlining the approach, its feasibility and costs, and why it is the “best water strategy choice”. 二、模型假设二 Model Assumption1. 假设数据真实有效；2. 假设不存在战争等突发事件，社会稳定发展；3. 假设每年的水资源为定值；4. 假设区域之间建立水库的资金不存在差异。1. Assume the data to be true a
8、nd reliable2. Assume emergencies such as, war, dont exist; society develops stably3. Assume that water resources are constant value each year4. Assume that capital to establish the reservoir between areas does not exist differences 三、问题分析三 Problem Analysis引入模糊聚类模型对中国29省市进行分区，筛选出水资源匮乏地区。选取任一省市为例进行分析，
9、通过建立蜂窝水库模型实现对水资源的收集及储存问题，为满足成本最低等要求将问题转化为求解水库数量最小值。对缺水地区的调配问题优先考虑从其接壤省份输送水资源，再考虑实际情况对本环节的影响，建立多目标规划模型降低其综合成本。最后，利用SPSS软件对天津市的海水淡化和水资源保护问题进行回归预测。 Fuzzy clustering models are introduced to classify 29 provinces and cities according to the water resource amount in each area and screen out areas lack of
10、 water. Choose one cities as an example and build Cell reservoir model to collect and store water resources. To meet the minimum cost requirements, the problem is transformed into solve the minimum number of reservoir. The movement of water for water shortage area is given priority and move water fr
11、om the border provinces, then consider the influence of the actual situation on the part. Establish multi-objective programming model to reduce the comprehensive cost. Finally, using the SPSS software to make regression prediction of desalination and water resources protection problems in Tianjin ci
12、ty in China . 四、 符号说明四 Symbol Description：单位时间地区的水资源总量 : In unit time, the total water resources of the region：单位时间地区水的使用总量: In unit time the use of water amount：单位时间地区经脱盐碱、污水处理的淡水量（为负值时表示向外地输出）: In unit time by to take off the saline, sewage treatment holds (negative said outwards output)：单位时间地区水资源
13、总量经使用及人工水后的水量变化。五、模型建立及求解问题1：水资源的储存和调配、脱盐和保护问题1. 水资源分类的模糊聚类循环迭代模型设有对模糊概念聚类的个样本组成的集合： (1)用个指标特征值向量对样本进行聚类，则待聚类的样本集可用阶指标特征值矩阵：，其中为样本指标的特征值；。由于个指标特征物理量纲不同，在进行聚类之前先消除量纲差异，即将指标特征值变换为对模糊概念的指标相对隶属度，常用的规格化公式有以下几种，对于越大越优目标（效益型目标）或对于越越优目标（成本型目标）或其中，为对象目标的相对优属度，分别表示取大取小运算符，、表示对全体样本集对目标的特征值取大、取小。根据问题的性质选用效益型目标和
14、成本型目标中合适的形式，将指标矩阵变为对应的隶属度矩阵：。 设个样本依据个指标特征值按照个类别进行聚类，其类别隶属度矩阵为：，其中，表示样本对类别的相对隶属度。个类别的聚类中心可以表示为：。考虑到不同指标对聚类影响不同，引入指标权重矩阵：，则样本与个类别的差异综合权衡度量式表示为：建立目标函数：满足约束条件：，（；）通过构造拉格朗日函数，解得模糊聚类循环迭代模型如下：上述模糊循环迭代模型，给出任意一个，其余两个未知者分别构成循环迭代模型。通常情况下，由专家给出权重矩阵，其余两个构成模糊聚类循环迭代模型，这种聚类模型应用最为广泛。求解模糊聚类循环迭代模型的步骤如下(给定权重矩阵的情况如下)：（1
15、） 给定聚类数及迭代计算精度；（2） 设初始模糊聚类矩阵，初始模糊聚类中心矩阵，；采用上述模型进行计算，；若满足迭代结束，可作为满足计算精度的最优模糊聚类中心矩阵和最优模糊聚类矩阵，否则，转步骤（3）继续进行迭代计算。本文采用径流总量、地下水总量、产水模数、人均水资源总量4个指标进行模糊迭代聚类分析，得到我国水资源分区归类结果，见表1。表1 water resources partition of China地区北京天津河北山西内蒙古辽宁黑龙江上海江苏浙江级别值5.775.775.974.924.654.914.445.435.763.50地区安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南级别值4.413.143.024.964.793.943.063.073.083.76地区四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆级别值2.133.902.121.004.894.924.455.73
