基于魯棒優(yōu)化的城市水污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇

【摘要】：城市水環(huán)境污染所引發(fā)的環(huán)境和健康問題已經(jīng)成為制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國城市水污染控制具有結(jié)構(gòu)多樣、目標多重、要素關(guān)聯(lián)、不確定性大的特征,這為合理有效的開展城市水污染控制規(guī)劃帶來了挑戰(zhàn)。本研究構(gòu)建了基于魯棒優(yōu)化的城市水污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇方法,開發(fā)了支撐方法應(yīng)用的城市水污染控制技術(shù)數(shù)據(jù)庫和模型工具,解決了城市水污染控制優(yōu)化管理過程中,“結(jié)構(gòu)-技術(shù)”“點源-面源”“靜態(tài)-動態(tài)”的耦合關(guān)聯(lián)帶來的復(fù)雜性問題,為城市水污染控制系統(tǒng)的規(guī)劃決策提供科學(xué)支撐。本研究構(gòu)建了城市水污染控制技術(shù)數(shù)據(jù)庫,儲存信息包括各項單元技術(shù)性能參數(shù)和關(guān)聯(lián)法則,并嵌套了技術(shù)組合模塊,為系統(tǒng)技術(shù)篩選提供備選技術(shù)鏈條集。論文建立的城市水污染控制結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇方法包括多目標魯棒優(yōu)化模型和魯棒性分析框架兩部分。其中,多目標魯棒優(yōu)化模型應(yīng)用拉丁超立方采樣(LHS)對非支配排序遺傳算法(NSGA_II)進行改進,為城市水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃提供兼顧魯棒性的最優(yōu)方案集。魯棒性分析框架中構(gòu)建了多屬性評價指標體系,通過對最優(yōu)方案集進行評估篩選,降低了系統(tǒng)優(yōu)化方案篩選的主觀性,提高了方案評估的科學(xué)性和定量化水平。并基于不確定性分析,識別影響系統(tǒng)魯棒性的關(guān)鍵因素及敏感區(qū)域,進一步提高了多目標魯棒優(yōu)化模型的解釋能力和應(yīng)用能力。運用所建立的城市水污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇方法及模型工具,本研究對具有代表性的標準城市開展了應(yīng)用分析,提供了適應(yīng)于不同約束條件和不同不確定性擾動的多目標、多層次的最優(yōu)方案集,通過綜合評估為方案選擇提供決策依據(jù)和科學(xué)支撐,并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和魯棒性特征進行識別,分析了結(jié)構(gòu)演變規(guī)律、技術(shù)選擇特征和關(guān)鍵參數(shù)識別。本研究為未來我國城市水污染控制方案制定和技術(shù)路線篩選提供了具有參考價值的量化分析,有助于深入理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)組合的關(guān)聯(lián)關(guān)系,分析系統(tǒng)環(huán)境、經(jīng)濟和魯棒性之間的內(nèi)在關(guān)系,識別參數(shù)不確定性在模型內(nèi)傳遞、積累和響應(yīng)的特點。 【關(guān)鍵詞】：城市水污染控制 魯棒優(yōu)化 不確定性 技術(shù)篩選
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X52
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 研究背景和意義9-17
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 我國城市發(fā)展面臨水環(huán)境和資源的雙重壓力9-10
• 1.1.2 城市水污染控制系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)歷程10-11
• 1.1.3 城市水污染控制系統(tǒng)面臨的問題11-12
• 1.2 研究問題的提出12-13
• 1.3 研究目的、內(nèi)容與意義13-15
• 1.3.1 研究目的13-14
• 1.3.2 研究內(nèi)容14
• 1.3.3 研究意義14-15
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述17-34
• 2.1 城市水污染控制系統(tǒng)17-21
• 2.1.1 城市水污染控制系統(tǒng)的特點17-19
• 2.1.2 城市水污染控制系統(tǒng)的概化19-20
• 2.1.3 與研究需求的差距分析20-21
• 2.2 城市水污染控制技術(shù)評估和篩選21-28
• 2.2.1 環(huán)境技術(shù)模型概述21-23
• 2.2.2 技術(shù)組合原則和方法23-24
• 2.2.3 技術(shù)評估和篩選方法24-28
• 2.3 不確定性優(yōu)化模型的研究和進展28-32
• 2.3.1 不確定性分析概述28-29
• 2.3.2 不確定性優(yōu)化模型29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 城市水污染控制系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建34-58
• 3.1 概化原則34-35
• 3.2 城市水污染控制技術(shù)體系35-44
• 3.2.1 城市水污染控制技術(shù)體系的特點36-37
• 3.2.2 城市水污染控制技術(shù)體系的概化37-44
• 3.3 城市水污染控制技術(shù)信息44-49
• 3.3.1 單元技術(shù)44-46
• 3.3.2 技術(shù)性能參數(shù)46
• 3.3.3 技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系46-49
• 3.4 城市水污染控制系統(tǒng)技術(shù)組合模塊(TTSM)49-56
• 3.4.1 技術(shù)鏈條的組合原則和算法49-51
• 3.4.2 技術(shù)鏈條的性能計算51-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第4章 城市水污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇方法58-93
• 4.1 方法總體框架58-60
• 4.2 多目標魯棒優(yōu)化模型(MOROM)60-86
• 4.2.1 模型的基本框架61-63
• 4.2.2 輸入變量和模型參數(shù)63-66
• 4.2.3 模型數(shù)學(xué)表達66-80
• 4.2.4 模型算法80-85
• 4.2.5 模型輸出85-86
• 4.3 魯棒性分析框架（RAF）86-91
• 4.3.1 多屬性評估86-90
• 4.3.2 系統(tǒng)魯棒性分析90-91
• 4.4 本章小結(jié)91-93
• 第5章 標準城市水污染控制系統(tǒng)的多目標魯棒優(yōu)化93-120
• 5.1 標準城市設(shè)計和模型輸入93-98
• 5.1.1 標準城市設(shè)計93-94
• 5.1.2 模型輸入和相關(guān)參數(shù)94-98
• 5.2 算法參數(shù)設(shè)置98-99
• 5.3 模型輸出99-118
• 5.3.1 模型優(yōu)化方案99-102
• 5.3.2 系統(tǒng)性能分析102-108
• 5.3.3 技術(shù)組合選擇特征108-117
• 5.3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律117-118
• 5.4 本章小結(jié)118-120
• 第6章 城市水污染控制系統(tǒng)優(yōu)化方案的魯棒性分析120-133
• 6.1 模型優(yōu)化方案的多屬性評估120-126
• 6.1.1 屬性指標的量化120-124
• 6.1.2 多屬性評估和決策124-126
• 6.2 模型優(yōu)化方案的不確定性分析126-127
• 6.3 模型優(yōu)化方案的魯棒性特征識別127-131
• 6.3.1 對模型目標函數(shù)的魯棒性特征識別127-130
• 6.3.2 對模型約束的魯棒性特征識別130-131
• 6.4 本章小結(jié)131-133
• 第7章 結(jié)論與建議133-135
• 7.1 結(jié)論133-134
• 7.2 建議134-135
• 參考文獻135-147
• 致謝147-149
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果149

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