水资源复杂系统理论

前言

第1章 绪论

1.1 水资源特性及其系统构成

1.1.1 水资源特性

1.1.2 水资源系统组成

1.1.3 影响水资源系统结构与功能的因素

1.2 水资源系统的复杂性

1. 2.1 水资源系统复杂性特征

1.2.2 水资源系统复杂性研究动态

1.3 水资源复杂系统理论体系

1. 3.1 水资源复杂系统理论基础

1.3.2 水资源复杂系统理论研究内容

1.3.3 水资源复杂系统的整体技术路线

1.4 水资源复杂系统理论研究成果

1.4.1 主要成果

1.4.2 创新点

1.5 小结

第2章 水资源复杂系统理论基础

2.1 复杂系统

2.1.1 复杂系统的内涵

2.1.2 复杂系统特征

2.2 复杂系统研究动态

2.3 复杂系统基本理论

2.3.1 非线性系统理论

2.3.2 随机系统理论

2.3.3 复杂适应系统理论

2.3.4 自组织理论

2.3.5 信息熵理论

2.4 复杂系统建模方法

2.4.1 复杂系统建模思想

2.4.2 复杂系统建模体系

2.5 小结

第3章 灌溉系统分形特征识别方法

3.1 参考作物潜在腾发量时间分形特征

3.1.1 基本原理

3.1.2 韶山灌区参考作物潜在腾发量的时间分布

3.1.3 韶山灌区参考作物潜在腾发量时间分形特征

3.2 参考作物潜在腾发量空间分形特征

3.2.1 基本原理

3.2.2 湖南省参考作物月平均逐日潜在腾发量空间分布

3.2.3 湖南省参考作物月平均逐日潜在腾发量空间分形特征

3.3 灌溉渠道系统分形特征

3. 3.1 灌溉渠系空间分形特征分析

3.3.2 灌溉渠系灌水模数与分形维数的相关性

3.3.3 漳河灌区灌溉渠道系统分形特征研究

3.4 小结

第4章 水资源系统混沌特性识别方法

4.1 系统混沌特性描述

4.2 复杂系统相空间重构技术

4.2.1 系统相空间重构基本思想

4.2.2 时间延迟的确定

4.2.3 嵌入维数的确定

4.2.4 C-C算法

4.3 系统混沌特性识别方法

4.3.1 功率谱分析法

4.3.2 李雅普诺夫指数法

4.3.3 饱和关联维数法

4.4 举水流域水资源系统混沌特性识别

4.4.1 举水流域来水过程混沌特性识别

4.4.2 举水流域用水过程混沌特性识别

4.5 汉江中下游水资源系统混沌特性研究

4.6 小结

第5章 水资源系统混沌预测模型与方法

5.1 混沌预测基本理论

5.1.1 系统预测

5.1.2 混沌预测原理

5.1.3 混沌预测方法

5.2 基于最大李雅普诺夫指数的混沌时间序列预测

5.2.1 基于最大李雅普诺夫指数的混沌预测模型

5.2.2 基于最大李雅普诺夫指数的混沌预测步骤

5.2.3 预测实例

5.3 基于支持向量机的混沌时间序列预测

5. 3.1 统计学习理论

5.3.2 支持向量机预测原理

5.3.3 基于相空间重构的SVM预测方法

5.3.4 预测实例

5.4 基于逻辑斯谛的混沌时间序列预测

5.4.1 逻辑斯谛预测模型原理

5.4.2 逻辑斯谛连续模型与离散模型

5.4.3 预测实例

5.5 举水流域经济社会需水量混沌预测研究

5.6 小结

第6章 水资源系统智能随机模拟预测模型与方法

6.1 引言

6.2 水文过程随机模拟模型

6. 2.1 水文随机模拟的蒙特卡罗方法简述

6.2.2 伪随机数的产生

6.2.3 P-Ⅲ型分布纯随机序列的模拟

6.2.4 丹江口水库径流量随机模拟计算

6.3 小波分析模型

6.3.1 小波函数定义与时频局部化特性

6.3.2 小波变换模型

6.3.3 多分辨分析方法

6.3.4 韶山灌区参考作物潜在腾发量多时间尺度小波分析

6.4 水资源系统智能小波分析模型

6.4.1 改进的BP神经网络模型

6.4.2 基于智能小波分析的丹江口水库径流预测

6.4.3 基于智能小波分析的韶山灌区参考作物潜在腾发量预测

6.5 小结

第7章 水资源系统多目标混沌优化方法研究

7.1 混沌优化方法

7.1.1 系统非线性优化

7.1.2 混沌优化算法思想

7.1.3 混沌优化算法步骤

7.1.4 混沌优化算法的收敛性

7.2 混沌遗传优化算法

7.2.1 基本思想

7.2.2 遗传算法

7.2.3 混沌遗传优化算法的步骤

7.2.4 混沌遗传优化算法算例

7.3 多目标混沌遗传优化算法研究

7.3.1 基本思想

7.3.2 多目标决策技术

7.3.3 多目标混沌遗传优化算法步骤

7.4 举水流域水资源多目标混沌优化配置模型与方法研究

7. 4.1 水资源优化配置数学模型

7.4.2 配置模型参数率定

7.4.3 MCGOA算法求解技术及配置成果

7.5 小结

第8章 水资源系统自优化随机模拟调度技术

8.1 自优化模拟决策的基本原理

8.2 基于自优化模拟技术的水库水资源配置研究

8. 2.1 基本思路

8.2.2 数学模型

8.2.3 模型求解方法

8.2.4 丹江口水库及汉江中下游地区水资源配置研究

8.3 水库自优化随机模拟调度模型与方法

8. 3.1 水库自优化随机模拟调度数学模型

8.3.2 自优化随机模拟调度计算方法与步骤

8.3.3 自优化随机模拟调度成果与分析

8.4 小结

第9章 水资源优化配置多目标演化算法

9.1 可变外部存储多目标演化策略（DAES）

9.1.1 DAES算法

9.1.2 编码方式

9.1.3 演化操作

9.1.4 适应值分配方式

9.1.5 外部存储集添加规则

9.1.6 外部存储集减少规则

9.1.7 约束控制规则

9.2 实例测试

9.2.1 可视化比较

9.2.2 性能指标分析

9.3 水资源优化配置整体模型的DAES求解

9. 3.1 水资源优化配置整体模型

9.3.2 大系统分解协调与DAES

9.4 汉江中下游干流供水区水资源多目标优化配置研究

9.4.1 水源与用水部门

9.4.2 水资源可利用量上限及需水量

9.4.3 模型参数

9.4.4 水资源优化配置结果及其分析

9.5 小结

……

第10章 水资源系统协同学评价方法

第11章 水资源复杂系统综合评价模型与方法

第12章 水资源系统风险分析理论与方法

第13章 水质风险管理理论与方法

主要参考文献

《水资源复杂系统理论》全面分析了水资源系统的复杂性特征及其研究发展趋势，系统阐述了水资源复杂系统的理论基础与建模方法、参考作物潜在腾发量时空变异特性、灌溉系统的分形特征及其识别方法、水资源系统的混沌特性及其预测模型、基于小波分析的水资源系统智能随机模拟预测方法、水资源系统多目标混沌优化算法、水资源系统多目标白优化随机模拟调度技术、水资源优化配置多目标演化算法、水资源系统协同学评价模型、水资源复杂系统评价方法、基于自优化模拟技术的水资源系统风险分析理论、基于MCMC的河流水质风险管理模型等；重点介绍了上述理沦与方法在南水北调中线工程及汉江中下游水资源系统、举水流域水资源系统、漳河水库灌区复杂灌排系统、湖南韶山灌区作物耗水系统等方面的最新应用研究成果，丰富和发展了水资源系统分析理论与方法，对区域、流域及跨流域水资源系统综合管理具有重要参考意义与广泛应用前景。

《水资源复杂系统理论》水资源作为生命之源、生产之要、生态之基，事关国家粮食安全、经济安全与生态安全，是国家战略资源与重要的安全保障。随着社会经济的快速发展，南水北调、三峡等大规模水利水电丁程建设与城市化发展等人类活动加剧了水资源系统的演变，使得水资源可持续高效利用的影响因素及其相互作用关系更加复杂，水资源系统的非线性与不确定性等复杂性日趋明显。水资源系统的复杂性正成为世界水科学研究的前沿热点。
《水资源复杂系统理论》可供水文水资源、农业水利、系统工程、管理科学等领域从事水资源规划与管理及系统分析等相关研究的科研、工程技术人员，以及高等院校相关专业师生参考。