§5 多目标规划实例

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多目标规划应用实例 绿洲型城市区位选址的多目标规划模型 小流域综合治理的目标规划模型①

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绿洲型城市区位选址的多目标规划模型(1)绿洲型城市的环境地质基础及影响城

市选址的环境地质要素新疆绿洲型城市，按地理位置可分为：冲 积扇型、洪积扇型、冲洪积平原型、河谷型、 冲积平原型、湖岸平原型等。其中，冲积扇型 城市分布最为普遍，约占39%,是新疆绿洲型城 市的典型代表。本模型主要是针对冲积扇型城 市的区位选址问题。

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冲积扇型城市在新疆绿洲型城市中最为多见， 在天山南、北麓和昆仑山北麓，冲积扇发育较广， 并且许多扇型地都具有相当大的规模。新疆冲积 扇的发育与晚第三纪以来的中国西部环境的演变 有着密切的关系。晚第三纪以来，昆仑山、天山、 阿尔泰山剧烈上升，使来自海洋的湿润气流受到 阻隔，逐渐形成了新疆的干旱气候。在干旱气候 环境下，植被逐渐变的稀疏，内陆湖泊变小乃至 消亡，自然景观以荒漠为主。

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由于山体抬升，在干旱环境下，风化产生大 量的碎屑物质，为冲积扇的形成提供了丰富的物 质来源。

冲积扇的物质组成，扇顶部位主要为粗粒相 堆积带，堆积厚度较大，主要由卵砾石组成，空 隙大、透水性强；冲积扇的中部为粗细粒过渡带； 下部和边缘为细粒相堆积带，主要由砂土、亚粘 土、粘土组成。冲积扇的扇面坡度自扇顶向扇缘 具有明显的倾斜，在扇顶部，坡角较大，而到了 扇缘带倾角很小，只有1—2°。

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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该是良好城市区 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。环境地质因素对于绿洲 型城市区位选址的影响主要表现在如下几 方面。

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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，也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，绿洲型城市的区 位应该选在土质能够满足城市建设要求，而 土地征用费又较低廉的部位。显然，土地条 件是限制绿洲型城市区位选址的重要因子。

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②水文地质条件 a) 地下水资源量。水资源是影响城市区 位的重要因素，是城市区位选址必须考虑 的首要因素。对于绿洲型城市，地下水是 城市主要的供水源，地下水位及其富水性 直接关系到一个地段是否可以作为城市的 选址位置，因为地下水的开发利用潜力 (如地下

水天然补给量、允许开采量等) 直接关系到城市的发展规模和方向。

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b) 地下水的水质。地下水对绿洲型城市优化选 址的影响，除了水资源量外，还有水质问题。水 质的好坏，直接影响到城市居民的身体健康和工 业用水的成本及其产成品的质量。在能够作为城 市区位选址的地段，地下水的水质，特别是有关 毒理学指标，如氟化物、氰化物、砷、汞、酚、 2 铬等及其表征水质状况的指标，如硬度、 Cl SO 4 NO NO Cu Pb 胺基、化学耗氧量、氨等，经 3 2

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。

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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 群为特征。因此，城市区位选址必须考虑 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。因此， 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。

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对于地下水位而言，从城市建筑的 角度来考虑，地下水位不应过高。如果 埋深小于 3m ,则会对建筑基础不利。但 是，地下水位也不应过低，如果埋深大 于 100m ,则会导致城市用水费用(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的代价。

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④环境地质灾害

地震、滑坡、泥石流、洪水等环境地 质灾害在地处于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。因此，绿洲型城市的区位选址还 应该考虑环境地质灾害因素。城市选址应 该尽量避开地质灾害的多发地段，特别应 该避开受泥石流、洪水可能影响的地段。

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(2)绿洲型城市区位选址的多目标规划模型

冲积扇型城市是新疆绿洲型城市的典 型代表，本模型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，冲积扇的扇形地区域 就是城市选址所允许的空间范围。也是规 划模型的求解区域。为了便于进行理论分 析和建立模型的需要，在数学形态上，可 以将这个求解区域近似地看成是一个规则

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规则的扇形体 。对扇面上的任意一点， 可以用柱面坐标表示，即用点 M 在平面上 的投影的极坐标 (r , ) 以及点 M 到平面的距 离 Z (立标)描述。位于扇面上的不同点， 其环境地质条件是由差异的，任何一个环 境地质要素均可以看成是坐标点M, 即 r, , z 的函数。

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★决策变量及其含义 对于建立在冲积扇上的绿洲型城市， 其最佳区位点可以用柱面坐标中的点表示。 因此，本模型的决策变量是：

r:极径，表示扇面上的点M到

出山口的平 面距离；

:极角，表示线OM在平面的投影与OM0的 夹角 (OM0为极径始边);

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Z:立标，表示点M到基准平面的距离深度， 此平面可以认为是扇缘部位等高线所在的平 面。 上述各变量所表示的柱面坐标如图 5.3.1所示。

图5.3.1

冲积扇柱面坐标

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★目标函数从前面讨论的来看，绿洲型城市的最佳区位， 应该是在尽量少占耕地或不占耕地(即土地征 用费低)的前提下，选择地下水资源丰富且取 水便利、水质优良、工程地质条件良好的区位。 另外，这个区位还应该在自然灾害危及区域以 外。经研究分析，我们拟定“城市土地征用费” 和“城市用水费用”作为本模型的两个目标， 即追求“城市土地征用费”和“城市用水费用” 最低廉。