前言

水资源系统是一个高度非线性、开放性系统，与周围环境又无时无刻不在进行着物质、能量和信息交流，从而使整个系统表现出耗散性、自组织性、非线性、非平衡性等复杂性特征。另外，水资源系统作为一个庞大的系统，通常同时具有确定性和不确定性的因素存在。传统系统分析理论和系统优化方法在面对水资源系统中的各类高维、非线性、不确定等复杂问题上显得困难重重，已不适宜于伴随着人类经济活动的开展而日趋复杂化的水资源系统的研究，并在一定程度上限制了水资源科学理论发展。因此，在当前水资源系统的研究上，急需有更新颖、有效的分析、建模和优化方法来为大规模、复杂性的水资源系统的规划设计、数值模拟、计算分析、运行调度、管理决策等提供更为科学、有效、完备的理论基础和方法依据。复杂性理论及其应用技术的提出与发展，为水资源系统这一特殊复杂系统的分析与研究提供了一个新视角和一条更新颖、更深入具体的科学途径。

随着我国经济社会的快速发展和人口数量的不断增加，水资源需求在不断增长，加之不合理的水资源开发利用，我国水资源问题越来越突出，对水资源问题的研究已成为水科学领域的研究热点，水资源合理配置更是这一领域的核心研究课题之一。为缓解水资源供需矛盾，适应社会的进一步发展，必须进行水资源合理配置，达到水资源高效利用的目的。水资源合理配置处理的是多水源、多用户且具有多种不同层次子系统的复杂生态经济复合系统，工程措施结构的错综复杂、水文系统与经济系统信息的不确定性、多目标间的矛盾性以及决策者的不同偏好等一系列因素使得合理配置决策过程有赖于预测技术、优化方法以及模拟技术。

作为复杂性理论应用技术层面重要组成部分的现代智能技术，如神经网络、支持向量机、智能算法和混沌理论等，是解决复杂问题的有效手段，在复杂系统描述、控制、优化和管理等综合自动化方面已经展示了魅力，为解决上述复杂问题提供了新的途径和可能。鉴于水资源配置系统的特点，现代智能技术在水资源配置系统中的需要、弱点和难点，以及其在处理一些水资源问题中的优越性，本书以南水北调工程河北省受水区为研究对象，以水资源配置为主线，就现代智能技术的某些领域（混沌理论、前馈神经网络、支持向量机、遗传算法、粒子群算法、多目标粒子群算法及其混合系统）在水资源配置系统中的应用进行了研究。

全书共分为7章。第1章对现代智能技术在水资源配置系统中的研究和应用进行综述，分析和总结出目前研究存在的问题以及发展趋势。第2章系统地讨论了径流系统混沌特性判别的原理与方法，建立水文径流系统混沌特性判别的基本框架。第3章研究了水文径流过程的多元变量时间序列预测方法，建立了基于多变量相空间重构的径流预测神经网络模型。第4章研究了基于少数据量建模的支持向量机算法，建立基于混合智能算法优化支持向量机的需水量预测模型；针对问题的复杂性，探讨了需水量各种预测模型的集成方法，建立了变系数需水量组合优化预测模型。第5章在较为系统的归纳并研究了基于种群技术的多目标粒子群算法理论及关键技术的基础上，设计了基于Pareto最优概念的多目标粒子群算法；然后将多目标粒子群算法引入到水资源系统多目标优化配置中，提出了基于多目标粒子群算法的水资源优化配置方法；采用K-均值聚类方法对初始的非劣解进行聚类，然后对生成的代表性非劣解采用基于SVM的水资源系统多目标非劣解评价方法进行评价。第6章将复杂系统脆性理论引入水资源系统研究中，探讨了水资源复杂系统脆性；结合有关自然系统和人文系统脆弱性的研究成果，提出了广义脆弱性概念，分析了水资源广义脆弱性的内涵和定义；从复杂系统脆性角度，根据复杂系统脆性结构模型，结合驱动力-压力-状态-影响-响应概念模型，构建了水资源系统脆弱性的理论模型；在此基础上，建立了水资源系统脆弱性评价指标体系，并采用基于粒子群投影寻踪插值模型对水资源系统脆弱性进行评价。第7章为全书总结和展望。

本书在撰写过程中，参阅和借鉴了国内外相关文献，在此谨向文献作者表示诚挚的谢意。本书撰写工作的顺利完成还得到了南昌工程学院水利与生态工程学院院领导大力协助，在此表示衷心感谢。另外，本书的出版得到了国家自然科学基金项目（51309130）、江西省水工程安全与资源高效利用工程研究中心建设经费以及南昌工程学院科研成果专项经费的联合资助，在此对国家自然科学基金委员会、南昌工程学院给予的支持一并表示感谢！

现代智能技术的研究内容极为丰富，难以一一涉及，本书只是针对水资源配置系统相关问题进行了一些探索性研究工作，由于作者水平有限，不少问题尚需作进一步的研究和探讨，不足之处在所难免，敬请同行专家和读者予以批评指正。

作者

2015年6月于南昌