区域环境与产业协调发展多目标优化研究

论文摘要

本文将环境-产业协调发展体系分为环境子系统和产业子系统,环境子系统包括水环境和大气环境;产业子系统主要指产业结构。经济活动会排放各种污染物影响环境质量,同时经济活动必须在有限的水资源下进行,故首先需对水资源进行优化配置,此配置结果是进行产业结构优化的限制性约束条件。对于水环境系统,考虑实际供水量、供水能力等的不确定性,在模型中引入区间变量进行分析。设定目标函数为经济效益、环境效益和社会效益,建立了区间非线性多目标区域水资源优化配置模型。利用区间可能度方法将模型转化为一个两层嵌套优化问题,采用微分进化算法编写两层优化程序对模型进行求解。分析了东营市水资源供应现状并结合实际统计数据,对未知变量进行合理预测,得到了东营市水资源优化配置方案。针对产业子系统,说明了在产业结构优化模型中将污染物排放和能源消耗视为随机变量的实际意义,考虑我国目前有些行业产能过剩,将供需平衡目标引入产业结构中,建立了包括经济增长、充分就业、污染控制和供需平衡的多目标动态随机产业结构优化模型。将水资源优化模型结果作为本模型的限制性约束条件,保证了产业结构优化结果的可行性。通过分析东营市目前产业结构组成,指出其与发达国家间产业结构的差距并分析了东营市目前产业结构与能源消耗及污染物排放间的关系。在实际计算中,修订了直接消耗系数矩阵和投资系数矩阵,优化结果表明东营市目前的经济增长方式是以牺牲资源和环境为代价换来的,在技术、管理等水平不变的条件下,通过产业结构优化会暂时减缓经济发展速度,将资源进行更合理的配置,到2018年GDP增长率又可达到10%以上。根据产业结构优化结果,计算二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放量,绘制东营市环境库兹涅茨曲线。拟合结果表明东营市20102020间人均GDP与空气综合污染指数间呈现出倒“N”的关系,说明经过产业结构优化可实现环境空气质量由恶化到改善的转变。根据水资源和产业结构优化结果,合理选取环境-产业协调发展体系的各个指标,计算东营市环境-产业协调发展度,按照本文优化结果,东营市在2020年环境-产业协调度为0.745,属于比较协调阶段,需要继续优化产业结构并辅以更新设备、提高技术水平等手段减少能源消耗和污染物排放以实现非常协调的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 经济-能源-环境系统的相关研究
• 1.2.2 环境约束下产业结构优化研究
• 1.2.3 环境与经济协调发展研究
• 1.3 论文的主要内容及结构安排
• 第二章 基础知识
• 2.1 区间规划
• 2.1.1 区间数
• 2.1.2 区间可能度
• 2.1.3 区间序关系
• 2.1.4 区间规划模型
• 2.2 随机规划
• 2.2.1 随机数学基础
• 2.2.2 随机规划模型
• 2.3 微分进化算法
• 2.3.1 算法基本描述
• 2.3.2 参数设置
• 2.3.3 算法流程
• 第三章 定量模型算法分析
• 3.1 灰色预测模型
• 3.1.1 灰色预测定义型
• 3.1.2 模型参数辨识
• 3.1.3 东营市用水效益系数预测
• 3.2 logistic 曲线预测模型
• 3.2.1 模型介绍
• 3.2.2 参数辨识
• 3.2.3 东营市各行业产值预测
• 3.3 环境库兹涅茨曲线模型
• 第四章 水资源优化配置模型的建立及求解
• 4.1 水资源优化配置模型的建立
• 4.1.1 区间变量的引入
• 4.1.2 协调发展约束
• 4.1.3 模型描述
• 4.2 模型转化及求解
• 4.2.1 区间目标函数转化
• 4.2.2 区间约束条件转化
• 4.2.3 多目标模型转化为单目标模型
• 4.2.4 模型求解
• 4.3 东营市城市概况及水资源现状
• 4.3.1 东营市城市概况
• 4.3.2 东营市水资源现状
• 4.4 东营市水资源优化配置
• 4.4.1 模型输入参数
• 4.4.2 优化结果
• 第五章 区域产业结构优化模型的建立及求解
• 5.1 区域产业结构优化模型的建立
• 5.1.1 随机变量的引入
• 5.1.2 目标函数
• 5.1.3 约束条件
• 5.1.4 模型处理
• 5.2 东营市产业结构及其环境影响的现状分析
• 5.2.1 东营市产业结构现状分析
• 5.2.2 东营市产业结构与能源消耗
• 5.2.3 东营市产业结构与环境污染
• 5.3 东营市产业结构优化模型输入参数
• 5.3.1 直接消耗系数矩阵修正
• 5.3.2 投资系数矩阵修正
• 5.3.3 模型其它输入参数
• 5.4 东营市产业结构优化模型求解
• 5.4.1 模型求解
• 5.4.2 优化结果
• 第六章 环境库兹涅茨曲线及协调发展分析
• 6.1 东营市环境库兹涅茨曲线模型建立及分析
• 6.1.1 东营市空气综合污染指数
• 6.1.2 东营市人均GDP
• 6.1.3 东营市环境库兹涅茨曲线
• 6.2 协调发展评价模型建立
• 6.3 东营市环境-产业协调发展分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录1
• 附录2
• 附录3