阶梯法求解嵌入法地下水资源优化管理模型研究

为寻求嵌入法地下水资源优化管理模型的有效求解方法,本文对阶梯法的优点与不足分别进行了分析研究。并结合实例研究,探讨了阶梯法求解嵌入法地下水资源优化管理模型过程中应注意的问题。     

地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解

采用模拟-优化方法建立了一个用于地下水污染监测网设计的多目标优化模型,该模型包括最小化监测费用、污染物质量评估误差、污染羽一阶矩评估误差和二阶矩评估误差等4个目标函数,以充分揭示减少地下水污染监测费用与提高污染监测精度之间的权衡关系.将改进小生境Pareto遗传算法与地下水流模拟程序和污染物运移模拟程序相耦合用于求解地下水污染监测网多目标设计模型.算例研究表明,采用进化算法求解监测网的多目标模型,能真实地反映各个目标函数间的权衡关系,并且不用考虑传统方法中惩罚因子的影响.与单目标优化模型相比,多目标优化模型可在较短的时间内得到优化问题的一系列Pareto权衡解,以利于相应条件下决策者选择最为经济有效的地下水污染监测方案.     

地下水多目标管理模型及其应用研究

对地下水多目标管理模型的特点、建模和求解方法进行了探讨;以包头市为例,建立了综合考虑社会、经济、环境等因素的地下水多目标管理模型,并运用层次线性目标规划求解。研究表明,所提出的管理方案不仅可用于包头市水资源的科学管理,还可作为该区国民经济宏观决策的依据。     

地下水资源系统多目标管理模型与模糊带权二次规划方法

本文以济南地下水资源系统保泉供水管理课题为例,分析研究地下水资源系统多目标管理问题。首先建立起地下水资源系统多目标管理模型;然后利用模糊数学理论和权重概念,提出一种求解多目标决策问题的模糊带权二次规划方法,此方法可以同时解决互为竞争、互为矛盾的各目标之间的不可公度性和主次性问题。实际计算表明,所建立的模型和提出的方法具有较强的实用性和通用性。     

用遗传算法求解地下水资源管理模型

首先介绍了遗传算法的基本原理,以山东省羊庄盆地为例,在建立地下水模拟模型的基础上,用嵌入法建立分布参数地下水系统管理模型,将遗传算法用于求解该管理模型,通过有限单元法与遗传算法耦合表示水位约束,采用罚函数的方法处理约束条件,对于同一管理问题,与线性规则求解的结果十分接近,说明遗传算法是求解地下水管理模型的一种有效方法。     

控制海水入侵的地下水多目标模拟优化管理模型

为实现滨海含水层地下水开采-回灌方案优化、控制海水入侵面积和降低海水入侵损失等多重管理目标,建立了海水入侵条件下地下水多目标模拟优化管理模型SWT-NPTSGA。模拟模型采用基于变密度流的数值模拟程序SEAWAT来模拟海水入侵过程。优化模型采用小生境Pareto禁忌遗传混合算法NPTSGA来求解,该算法在保证多目标权衡解的收敛性和计算效率的前提下,能维护整个进化群体的全局多样性。将SWT-NPTSGA程序应用于一个理想滨海含水层地下水开采方案和人工回灌控制海水入侵的优化设计中,结果表明该管理模型能够同时处理最大化总抽水流量、最小化人工回灌总量和最小化海水入侵范围等3个目标函数之间的权衡关系。通过采用人工回灌海水入侵区的减灾策略,既能增加滨海地区的供水量,又可减少海水入侵的范围,由此进一步验证了模型的有效性和可靠性。     

地下水管理模型研究进展

本文在分析和总结前人研究成果的基础上,将地下水管理模型的研究过程划分为两大阶段:模型理论探索到推广应用阶段(1970~1990年)和模型实用性研究阶段(1990年至今)。在对各阶段的研究内容以及存在问题等进行概述的基础上,指出建立地下水资源管理的多目标动态规划模型将是未来地下水管理模型的发展方向和趋势,但需要采用更为先进的优化算法对其进行求解,同时对地下水管理模型与GIS技术的集成进行了展望。     

双种群进化粒子群算法求解地下水管理模型

为避免粒子群算法(PSO)早熟的缺点,设计了一种双种群进化粒子群算法(DE-PSO)。DE-PSO是基于PSO,引入选择、交叉及差分变异操作,并结合合理有效的粒子评价方法及越界处理方法之后形成的。将DE-PSO应用于两个地下水管理模型算例,第一个算例DE-PSO解的总抽水量分别比遗传算法(GA)、模拟退火算法(SA)和PSO减少了64、256、207 m3/d,第二个算例DE-PSO解的总治理成本分别比GA、SA和PSO减少了57.74、151.93、76.59万元。两个算例中DE-PSO都表现出稳定的进化趋势,寻优效率好于GA、SA和PSO,可以有效求解地下水管理模型问题。     

数值模型在地下水管理中的应用

为进一步推动模拟工作，并使模拟尽可能标准化和规范化，介绍国际上认可的建立模型的步骤、方法以及常用的模拟软件。引用作者在国外所做的两个实例，对建立模型的步骤、方法以及模型标定方法和标定结果作了具体的介绍。国内应鼓励使用已有的国际标准化模拟软件，进一步提高建模的专门知识和技巧。数值模型是真实世界的一个数学表达，对模型的产出应有一个现实的看法和专业的理解。模型建立前，应对现场数据作详细的专业分析，以确保概念模型的正确。在模型的建设中，应把注意力放在如何使模型在水文地质和物理过程方面去逼近真实世界。模型中采用的计算条件或方法都应有水文地质依据作支持，而不能仅仅为了逼近实测数据而随意地加入无依据的计算条件，这样的模型是不可靠的，其结果将是无实际意义的或是误导的。     

基于贝叶斯网络的地下水环境系统决策管理研究

应用贝叶斯网络解决地下水环境管理中具有不确定性的多目标决策问题,通过对决策变量氮肥施用量以及灌溉模式的调控,减少水中的硝酸盐含量,达到既能有效改善水环境又不至使农民经济利益受到损害的目标。通过分析具体的地下水环境管理系统中变量间的相互关系,构建描述变量间不确定性关系的贝叶斯网络模型,其中包括表示其依赖关系的有向无环图和表示其具体概率依赖程度的条件概率表。并在多个水环境管理目标均达到最优的前提下进行概率推理,得到决策变量氮肥施用量以及灌溉模式取不同值时目标变量的概率分布情况。最终确定出能使所有目标均达到最优的合理的水环境管理决策:(1)使用喷灌,将氮肥施用量控制在0.01~0.03 kg/m2;(2)使用漫灌,将氮肥施用量控制在0.01~0.02 kg/m2。     

参数空间变异性下地下水污染监测网多目标优化机制研究

基于野外实际含水层参数存在空间变异性的客观事实,研发概率Pareto遗传算法(Probabilistic Pareto genetic algorithm,PPGA),用于求解考虑含水层参数空间变异性下地下水污染监测网多目标优化设计问题。PPGA在ε-改进非劣支配遗传算法(epsilon-dominance non-dominated sorted genetic algorithm II,ε-NSGAII)的基础上通过添加概率择优排序和概率拥挤度技术,寻求考虑参数空间变异条件下地下水污染监测网模拟—优化耦合模型的Pareto最优解。将优化结果与蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)模拟分析结果进行对比,验证优化结果的可靠性。算例求解结果表明:在求解考虑参数空间变异性条件下地下水污染监测网多目标优化设计问题时,PPGA优化所得Pareto最优解变异性小,可靠性高,可为决策者提供一系列稳定可靠的监测方案。     

论实行最严格地下水资源管理

2011年元月,中共中央国务院发布了一号文件:"关于加快水利改革发展的决定",强调要实行最严格的水资源管理制度。地下水是公共生活供水和工农业用水的最佳水资源,是防旱抗旱最为可靠的后备水资源,尤其值得注意的是地下水是保证国家安全的战略水资源。根据目前我国地下水遭遇日益严重的过量超采和水质污染,并引发一系列地质灾害。要加强对全国地下水资源的科学管理,提出6点建议:1)开展水文地质补充勘察和调查;2)强化地下水综合监测网的建设;3)把监测和水质保护作为新时期加强地下水管理的重要内容;4)加强地下水的科学研究;5)要建立和完善保障地下水安全和合理开发的法规体系;6)理顺地下水专业人才培养渠道,培养高级专业人才。     

环境模型参数识别方法研究综述

对于选定区域的问题研究,模型结构确定之后,最重要的是如何有效地识别模型的参数。在模型参数物理意义的范围内,使模拟结果与实际观测值之间误差最小的参数估计问题本质上属于函数优化的研究范畴,是一个仿真优化问题。在分析环境模型参数优化特点的基础上,综述了环境模型的参数识别方法,重点介绍了新近发展起来的智能搜索算法的应用,并指出了进一步研究的课题和方向。     

基于MAROS平台的地下水污染监测网优化设计

以东北地区某石油烃污染场地为例,在充分掌握研究区内地质、水文地质条件以及相关污染监测数据的基础上,以最优化监测决策支持系统——MAROS为平台,对研究区内现有地下水污染监测网进行优化设计。在阐述数理统计方法、Delaunay方法以及修正的CES方法原理的基础上。分别对区内单井浓度变化趋势和监测网系统污染物质量的空间矩特征、监测井的冗余性以及单井监测频率的有效性进行了分析:基于MAROS平台优化结果,并结合现有地下水污染监测网中取样点的冗余性、空间分布以及监测频率的有效性的分析,提出了该研究区的地下水污染监测网的优化设计方案并分析了其相关影响因素及不确定性因素的影响。研究结果显示,在现有地下水污染监测网中可以去除5口监测井,并根据每口井中污染物浓度的变化趋势、空间分布及其冗余性调整为一年四次、一年一次、两年一次或不监测,进一步提高区内地下水污染监测网的监测效率、降低监测费用,并对地下水污染防治和修复工作具有重要的指导意义。     

基于GIS的地下水信息管理系统分析

GIS支持下的地下水信息管理系统开发是当前水资源管理研究的热点之一，它能够根据用户的触发指令，借助基础软件和特定的功能模块，将离散的数据整合为符合用户需求的知识信息以辅助决策。通过对地下水信息的内容、组成及其特征的分析，刻画了系统内部的数据流、信息流和知识流。在分析系统用户类型及层次的基础上，抽象出系统用户一功能规约表。基于对开发原则、开发工具和开发模式的分析和讨论，给出一种可行的基于GIS的地下水信息管理系统逻辑模型。