多目标规划实例教材

❖ 最优区位应是自然灾害危及区域外。
❖ 绿洲型城市优化选址所要求的目标具有多重性。
❖ 拟定“城市土地征用费”和“城市用水费用”最低 作为本模型追求的目标：即追求“城市土地征用费 最小”和“城市用水费用最低廉”
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①土地征用费：
一般来说，城市建设征地的费用由土地的农业适宜性决定，即 越适宜于农业利用的土地，其征用费就越高，反之，就越低。
min=800m3/m·d 较为合适)。
❖ 用Q 表示地下水单位涌水量，则其受约为：
Q=Q（γ、θ、z)≥Qmin （3)
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②水质约束
❖ a.酸碱性要求pH 满足：
6.5≤pH（γ，θ，z)≤8.5
（4)
❖ b.五毒元素。选取酚、氰、砷、汞、铬等五项主要有毒污 染物（离子)作为评价因子，采用N.L.内梅罗指数法表示， 其约束形式为：
❖ 位于冲积扇上不同部位的土地宜农性差异是显著的，在扇面 的上部（γ较小和z 较大的部位)。地表物质组成较粗，地下 水位深，土地宜农性较差，征用费也较低；
❖ 在扇面的中部，土地的宜农性仍然较差，征用费较低；
❖ 在扇面的中下部（γ较大，z 较小的部位)，土质良好，地下 水位亦较浅，土地的宜农性好，土地征用费亦高；
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（3)工程地质条件：
现代化城市，以高层建筑和高层建筑群为其外观特征。因此， 城市选址必须考虑工程地质条件，对于冲积扇上的绿洲型城 市而言，由于扇体的各个部位的物质组成不尽相同，因而其 地基承载力也不尽相同，扇体各个部位的稳定性也有差异。
❖ 绿洲型城市的选址。应充分考虑现代高层建筑对地基承载力 的要求，其次地下水位不应过高（埋藏小于3m)否则会对建 筑基础不。
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（1)土地条件
在干旱绿洲地区，宜农性土地是很有限的，是很宝贵 的土地资源，一般情况是不允许作为其它用地的。
通常，土质差的非宜农性土地的城市建设征用费低， 土质好的宜农性土地征用费高。
因此，绿洲城市的区位应选在土质能满足城市建设要 求，而土地征用费又较低廉的部位。显然，土地条 件是限制绿洲城市选址的重要因子。
❖ 通过前面关于绿洲型城市形成的环境地质基础的分析，在数 学的几何形态上，可以将这个优化选址模型的求解区域近似 地看成是一个规则的扇形体Ω。对扇面上的任意一点M，可 用柱面坐标表示，即用点M 在平面上的投影的极坐标（γ、 θ)以及点M 到平面的距离z（立标)描述。位于扇面上的不 同点M（γ、θ、z)，其环境地质条件是有差异的，任何一 个环境地质要素均可看成是坐标点即γ、θ、z 的函数。
❖ 由于城市是区域经济发展和地方行政管理中心。因此，优 越的地理位置、便利的交通、充足的水源、潜在的经济环 境及优良的自然环境等条件应是良好城市区位的基本特征。 对于冲积扇上的绿洲型城市而言，其区位选择与环境地质 因素有着极为密切的关系。因此，环境地质因素是影响绿 洲型城市选址的主要因素，主要有如下几方面。
❖ 对绿洲型城市优化选址问题在理论上作了探讨，并 以新疆奎屯绿洲为例，对模型进行了验证评价。
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❖ 奎屯市地处天山山前洪积冲积扇缘地带，海拔在450-530 米，属北温带大陆性干旱气候，夏热冬寒，昼夜温差较大， 四季较为分明。年降水量为182毫米，年平均气温7℃、日照 时数2691小时，全年无霜期约为180天。是天山以北地区灾 害性天气发生较少的地区。地下水资源丰富，动储量约1.4— 1.7亿立方米/年，地下水位随地势由南至北逐渐升高，东北 部水位离地面2-4米，并在此自然形成了4000多亩的泉沟和 大苇湖。 奎屯市与毗邻的国家级石化基地独山子和自治区农牧业 生产基地乌苏市形成的“三角”区域，被区内外经济学家誉 为新疆经济发展的“金三角”地带，该区域现有人口55万， 国内生产总值60亿元。
minW=W（γ，θ，z) （2)
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（3)约束条件
①水量约束：前已分析了水资源是影响城市区位的主要因素。 绿洲型城市应选在地下水丰富的区域，采用“地下水单位涌 水量”来表征地下水的富水性，地下水单位涌水量大的区域， 一般来说，含水层较厚，富水性好。设
Qmin 为满足城市用水最小的地下水单位涌水量（在奎屯绿 洲，经讨论
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PI w
n i 1
Ci Si
式中，PIw 表示地下水水质指数；Ci 表示某种污染物的检出含
量（mg/l)；Si 表示某种污染物的评价标准（mg/l)。
地下水水质指数的约束条件为：
❖ 在扇缘部位（γ最大，z 接近0)，土壤质量高，地下水埋藏 适宜。只要采取有效的排水措施，能够避免土地沼泽化和盐 碱化，因此农业适应性也较高（奎屯垦区几十年的农业开发 证明了这一点)。土地征用费也相对较高，但由于排水较困 难，且工程地质条件差，不宜建设城市。
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❖ 近4０多年来，这一带「创造」绿洲的是一支几十万人众的「新疆生产 建设兵团」，由军方统领，颇有古代「屯垦戌边」的意味。石河子和奎 屯就是垦区中心，分别为「农八师」和「农七师］的师部驻地。不过现 在看来，全无「军队」的痕迹，只见「布衣百姓」。
❖ 因为是新型的城市，所以规划井然，街道横平竖直。其实，原来组成生 产建设兵团的军人早已就地「解甲归田」，成为农场职工，他们的后代 多数也成了这里的「土著」居民。不过，那些团、连及它们的番号却已 成了地名－须知原来的荒原哪有地名呢？实际上，新疆的许多老地名， 例如此去精河以西的二台、三台、四台、五台，也正是古代驻军烽火台 和驿站留下来的地名哩！
ρ=ρ（γ，θ，z)≤0.5 （5)
Hale Waihona Puke 式中，ρ为内梅罗指数，选用生活饮用水卫生标准，若 ρ≤0.5，则认为各毒物均未超标。
❖ c.其它影响水质的因子。除了五毒元素外，还有其它影响 水质的因子（或指标)，主要有矿化度、硬度、SO 、Cl 、 NO 、NO 、Cu、Pb、胺基、化学耗氧量和胺氧量和胺等 十一种，其评价方法采用如下水质指数公式I
多目标规划实例
作为多目标规划方法在地理学研究中的应 用实例，
本节拟主要介绍绿洲型城市优化选址模型 和工业结构优化模型。
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一、绿洲型城市优化选址模型
从研究新疆冲积扇型绿洲城市形成的环境地质基础入 手，
❖ 分析了影响绿洲型城市选址的环境地质要素，
❖ 运用多目标线性规划方法建立了绿洲型城市优化选 址模型
❖ 绿洲型城市的选址还应考虑环境地质灾害因素。城 市选址应尽量避开环境地质灾害的多发地段，特别 应避开受泥石流、洪水可能影响的地段。
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（二)绿洲型城市优化选址模型
❖ 冲积扇型城市是新疆绿洲型城市的典型代表，本节旨在回答 在冲积扇的什么部位建立城市最为合理或已建城镇合理发展 规划问题。因此，冲积扇扇形地就是城市选址所允许的空间 范围。也是我们优化选址模型的求解区域。
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❖奎 屯
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❖ 奎屯「人造绿洲」的中心 从乌鲁木齐踏上西去的公路，左面可遥见天 山的雪峰，两边是山前平原，绿色原野上一排排整齐的防护林带，把农 作物地划成井田状，浓浓的绿意。东西向的公路穿过石河子、奎屯两市， 这两个地名简直成了「人造绿洲」的代名词。几十年前，这一带还是芦 苇丛生的沼泽和只有红柳、梭梭林可以生长的荒漠沙地。
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如果记p 为单位土地面积的征用费，则
❖ p 应是点M（γ，θ，z)的函数。那么，对于追求 “征用费最少”这一目标，其目标函数可表示为：
min p=p（γ，θ，z) （1)
❖ ②城市用水费用：这里城市用水费用主要指的是打 井费用和配套设备费用及抽水费用。在冲积扇的下 部，地下水位浅，用水费用低。在冲积扇的中上部， 地下水位深，用水费用高。记W 为单位城市土地面 积上的用水费用，则所追求的“用水费用最低”这 一目标的函数可表示为：
因此，地下水资源是影响绿洲型城市优化选址重要的
环境地质要素。
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②地下水水质：
❖ 地下水对绿洲型城市优化选址的影响，除了地下水 量外，还有地下水水质问题。水质的好坏，直接影 响到城市居民的身体健康和工业用水及其生产成品 的质量、成本等。
❖ 城市最优区位的地下水水质的有关毒理学指标如氟 化物、氰化物、砷、汞、酚、铬等及其它表征水质 状况的指标，如硬度、SO 、Cl 、NO 、Cu、Pb、 pv胺基、化学耗氧量、氨等经过简单的净化处理后， 均应符合国家生活饮用水卫生标准和工业用水水质 标准。
❖ 地下水位也不应过低（埋深大于100m)。否则，用水费用 （主要包括打井费用、配套设备费用和电费等)过高，这样 也将提高城市建设费用。
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（4)环境地质灾害：
❖ 地震、滑坡、泥石流、洪水等环境地质灾害在地处 干旱内陆的新疆时有发生，特别是在春夏季节，泥 石流、洪水灾害较为多见。
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❖ （一)绿洲型城市环境地质基础及影响城市选址的环境地 质要素