西部地区水利科技论文提纲

论文题目：喀斯特地区水资源安全利用动态评价及仿真模拟研究

摘要：开展喀斯特地区水资源安全研究对区域经济与环境可持续发展有着重要意义。本研究依托国家科技支撑计划《喀斯特地区水资源安全利用与保障关键技术研究与示范》,以典型喀斯特地区贵州省为研究区域,综合运用地理学、环境学、生态学和人工智能等学科理论和方法,对喀斯特地区水资源安全进行动态评价、仿真模拟及系统调控研究。主要研究结果如下:（1）廓清了水资源安全的概念和内涵,以独特的视角展开喀斯特地区水资源安全的度量。水资源安全指在一定区域内以人类为主体影响下,水资源系统不受或者少受外界的威胁与破坏,实现人类、社会、经济和自然系统通过协同作用而形成的人与水相互依存、共生的良性互动局面。喀斯特地区水资源安全的研究需要考虑人类行为的主导作用,特别是水利工程对水资源的调节、补充和增强作用,还应该考虑喀斯特地区环境脆弱性带来的影响。基于理论的分析,以独特的视角展开喀斯特地区水资源安全的度量,突出了包括水资源保护目标（水资源质与量的度量）、区域特征（工程性缺水的度量）、影响因素（脆弱性的度量）以及提供服务的能力（承载力的度量）四个方面的度量。把水量水质联合评价、气候的变化和环境脆弱性贯穿于喀斯特地区水资源安全研究。（2）基于MIV-BP模型实现评价指标客观筛选,构建了一套相对完整、独立的喀斯特地区水资源安全评价指标体系。从喀斯特地区水资源安全的内涵和度量出发,建立了包含水质、水量、工程性缺水、水资源脆弱性与水资源承载力五个子系统的42个指标的初级评价指标体系;基于MIV-BP模型实现对评价指标的客观筛选,构建了一套相对完整的、独立的喀斯特地区水资源安全评价指标体系,并通对MIV值大小的讨论,进一步分析了喀斯特地区水资源安全的主要影响因素、驱动因素和阻碍因素以及各因素的影响趋势。结果表明:1)从主要影响指标来看,工程性缺水子系统对喀斯特地区水资源安全的影响最大,水资源承载力子系统和水资源脆弱性子系统的影响次之,水质子系统和水量子系统的影响最弱;2)在各阻碍指标中,地表水开发利用程度和大中水库蓄水率对水资源安全影响程度越来越显著,岩溶灾害发生次数的影响程度呈现波动中逐年增强的趋势;3)在各驱动指标中,农田灌溉设施满足率、万元工业产值用水、地下水开发利用程度、农业灌溉单位面积用水量、水旱灾害损失占GDP比重、水土流失面积比率和大中水库密度这七个指标对水资源安全影响程度逐年增强。（3）构建了GA-BP神经网络模型对喀斯特地区水资源安全进行时间和空间的动态评价,探明其时间演变规律和空间分异特征。结果表明:从时间演变来看,2001—2015年喀斯特地区水资源安全总体呈上升趋势。截至2015年,水资源承载力子系统安全性最高,而水量子系统安全性最低;从空间分布来看,同一时期不同州市的水资源安全利用有明显的差异,黔南一直是全省最为薄弱的地区。贵阳地区改善最为明显,变化幅度最小的是安顺;对降雨量变化最为敏感的地区是遵义、毕节、六盘水和黔西南,表明贵州省西部区域的气象干旱比东部区域偏重;从水资源安全的胁迫机理来看,破解喀斯特地区工程性缺水困局是确保喀斯特水资源安全的关键。水资源承载力和脆弱性子系统的改善能使研究区水资源安全得到较好的缓解。影响喀斯特地区水资源安全的关键在于水资源的开发和利用效率,而单一的水量子系统在各子系统的耦合作用下对水资源总体安全的影响较为有限。（4）构建了深度学习神经网络模型,对喀斯特地区水资源安全的未来发展趋势进行了模拟预测。结果表明,深度学习神经网络模型具有较好的模拟效果,可以比较准确地预测喀斯特地区水资源安全的变化趋势,为有着随机性和不确定性的水资源系统的预测提供了一种新的思路和方法。从总体演变趋势来看,若延续现有政策和思路,贵州省的水资源安全总体将呈上升趋势,但变化幅度不大。其中,2016—2020年将为临界安全等级,但水资源安全状态将会略有下降。在2021—2025年,贵州省水资源安全将有一个小幅的上升时期,能达到较安全状态。在总体上,若不发生大的变故,贵州省不会出现极严重的水资源安全问题。（5）在研究区经济平稳快速发展形势下,设置了水资源消费控制、脆弱性保护、水利工程驱动和气候变化影响4个情景进行仿真模拟。结果表明:对喀斯特地区的水资源脆弱性进行保护将是实现喀斯特地区水资源安全利用最好的方式之一;在水利工程驱动和水资源消费控制下,喀斯特地区水资源安全向良性方向发展;干旱模拟情景显示水资源安全将显著下降。喀斯特地区水资源安全调控应该以发展和生态为两条底线,从产业、水源、保障、时空和管理5个方面建立水资源安全综合调控的框架体系,并提出结构性调控、资源性调控、区域协调发展、资源保护和脆弱性保护五种调控模式以及具体的调控措施和策略。

关键词：喀斯特地区;水资源安全;动态评价;仿真模拟;人工神经网络

学科专业：水利工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展及发展动态

1.2.1 水资源安全评价国内外研究进展

1.2.2 水资源安全预测国内外研究进展

1.2.3 喀斯特地区水资源安全研究进展

1.2.4 水资源安全研究发展动态趋势

1.3 研究目标与内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 拟解决的关键问题

1.4 研究方法与技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

第2章 水资源安全理论研究

2.1 水资源安全定义及内涵分析

2.1.1 水资源安全概念演进

2.1.2 水资源安全的内涵分析

2.1.3 喀斯特地区水资源安全的内涵分析

2.2 水资源安全的度量分析

2.3 本章小结

第3章 喀斯特地区水资源系统诊断分析

3.1 喀斯特地区研究概况

3.1.1 自然环境

3.1.2 社会环境概况

3.1.3 环境功能区划

3.2 数据来源

3.3 喀斯特地区水资源系统诊断方法

3.3.1 喀斯特地区水资源系统影响因素

3.3.2 喀斯特地区水资源系统诊断方法

3.4 喀斯特地区水资源系统诊断分析

3.4.1 喀斯特地区水资源系统影响因子的选取

3.4.2 喀斯特地区水资源系统变化的诊断及分析

3.5 本章小结

第4章 喀斯特地区水资源安全评价指标体系构建及影响因素分析

4.1 喀斯特地区水资源安全初级评价指标体系构建

4.1.1 初级评价指标选择

4.1.2 MIV-BP模型构建

4.1.3 喀斯特地区水资源安全指标MIV-BP模型计算结果

4.2 基于MIV-BP模型的喀斯特地区水资源安全影响因素分析

4.2.1 喀斯特地区水资源安全的主要影响因素

4.2.2 喀斯特地区水资源安全的阻碍影响因素

4.2.3 喀斯特地区水资源安全的驱动影响因素

4.2.4 喀斯特地区水资源安全影响因素动态变化分析

4.3 喀斯特地区水资源安全评价指标体系构建

4.4 喀斯特地区水资源安全等级划分及指标阈值确定

4.5 本章小结

第5章 喀斯特地区水资源安全动态评价研究

5.1 喀斯特地区水资源安全时间序列评价

5.1.1 GA-BP模型构建

5.1.2 时间序列评价结果

5.1.3 时间演变规律分析

5.2 喀斯特地区水资源安全空间分异评价

5.2.1 模型构建

5.2.2 空间分异评价结果

5.2.3 空间分异特征分析

5.3 水资源安全对气候变化的敏感性分析

5.4 水资源安全胁迫机理分析

5.5 本章小结

第6章 喀斯特地区水资源安全仿真模拟研究

6.1 预测方法

6.2 基于深度学习的预测模型构建

6.3 深度学习的水资源安全时间预测

6.3.1 深度学习的指标预测结果及分析

6.3.2 深度学习的水资源安全总体预测结果及分析

6.3.3 深度学习的子系统预测结果及分析

6.4 情景模拟

6.4.1 情景假设

6.4.2 参数设置

6.4.3 基于情景分析的喀斯特地区水资源安全演变趋势分析

6.5 本章小结

第7章 喀斯特地区水资源安全调控研究

7.1 调控目标

7.2 调控模式

7.2.1 总体调控模式

7.2.2 喀斯特地区水资源安全调控方案灰色综合评判模型

7.2.3 典型区域调控

7.3 调控措施和策略

7.3.1 提高水利保障能力,破解工程性缺水困局

7.3.2 开发供水新途径,加强非常规水源利用

7.3.3 稳定水资源数量和质量

7.3.4 改变传统的用水方式,提高节水水平

7.3.5 调整产业结构,确保经济与生态协调发展

7.3.6 用水需求与水资源时空分布的协调调控

7.3.7 根据喀斯特地貌特点,优化土地利用结构

7.4 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 研究结论和创新

8.1.1 研究结论

8.1.2 主要创新点

8.2 研究展望

致谢

参考文献