地下水管理模型求解方法综述

地下水管理模型求解方法的研究是目前地下水管理领域的热点问题。本文从地下水管理模型传统优化算法和现代智能优化算法等方面进行了评述,着重讨论了目前应用较广泛的求解非线性地下水系统的优化算法,如遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络算法等;阐述了地下水监测网优化设计研究以及多目标地下水管理模型的求解方法。最后指出应加强地下水动态规划管理模型和地下水系统随机管理模型的求解技术的研究。     

多目标规划在保定市水资源优化配置的应用研究

水资源短缺已成为严重制约保定市经济发展的重要因素。因此,对水资源进行优化配置研究,对水资源规划与管理有重要意义。运用多目标规划理论建立了一个考虑当地地表水、地下水及其水源多水源联合供水条件下的保定市水资源优化配置模型。模型以经济和社会的综合效益最大为目标,分析确定了模型各参数,并调用matlab优化工具箱中的函数进行编程求解,得到保定市规划水平年(2015年,2030年)的水资源优化配置方案,为该市水资源规划与管理提供依据。     

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。     

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。     

大连周水子海水入侵区地下水多目标优化管理模型

将改进后的遗传算法GA（添加了小生境、Pareto解集过滤器等模块）与变密度地下水流及溶质运移模拟程序SEAWAT-2000相耦合,新开发了变密度地下水多目标模拟优化程序MOSWTGA。将MOSWTGA应用于求解大连周水子地区以控制抽水井所在含水层不发生海水入侵为约束的地下水开采多目标优化管理模型,得到地下水最大开采量与海水入侵面积之间一系列Pareto近似最优解。研究成果不仅为实行合理的地下水资源配置提供了科学的实用模型,同时也为解决多个优化目标下的变密度地下水优化管理问题提供高效可靠的模拟优化工具,具有重要的潜在环境经济效益。     

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。     

地下水资源优化管理系统软件（REMAX）优越性研究

主要研究了地下水资源优化管理系统软件（REMAX的优越性：（1）可应用于多层越流含水层系统,解决了多种复杂地下水资源优化管理问题;（2）采用地下水三维流模拟和优化管理模型;（3）克服了国内地下水管理模型响应矩阵法应用中的局限性,与国内广义地下水管理模型特殊同归,该软件是目前国际上地下水资源优化管理系统软件中功能最为,强大的优秀专业软件之一,在我国开展其应用和理论研究意义重大。     

济南泉域裂隙岩溶水管理策略探讨

本文应用多目标决策理论对济南市区裂隙岩溶地下水的开采方案进行优化,获得了多目标下的非劣解。对拟开发的供水水源工程,在满足各种约束条件下,本着最佳经济效益的原则,同时考虑资金的时间价值因素,建立了动态规划模型,制定了最优开发策略。     

多目标规划在哈尔滨市地下水资源管理中的应用

建立了哈尔滨市地下水资源优化管理模型 ,将求解多目标最优化问题的约束法和线性加权法相结合 ,给出了一种综合解法 ,并将此法应用于所建立的水资源优化管理模型的求解。其结果可为该地区地下水资源的管理提供有参考价值的科学依据。     

疏勒河中游水资源利用方案优化

疏勒河中游玉门盆地的地下水基本处于未开发状态，地下水水位一直维持在较高水平，75％以上的耕地存在程度不同的盐碱化。旨在开发流域水土资源的“疏勒河工程”正在实施，本文在继承其水利规划用水需要的基础上，采用多目标优化管理模型对昌马、双塔两灌区用水方案进行了优化配置，使地下水利用方案更加合理，为促进区域生态环境的良性循环提供了科学依据。     

NPGA-GW在地下水系统多目标优化管理中的应用

在地下水系统管理问题中,涉及到多个相互冲突的目标函数常常被简化为不同形式的单一目标函数来求解,这种通过单一目标函数的优化方法只能给出一个解,由此确定的方案有时会违背决策者的意愿。而通过多目标优化方法可以得到一系列供决策者权衡选择的解集。将地下水流模拟程序MODFLOW 和溶质运移模拟程序MT3DMS 相耦合,采用基于小生境技术的Pareto 遗传算法进行求解,开发了一个用于地下水系统多目标管理的应用程序NPGA-GW。并将该程序应用于一个二维地下水污染修复问题的多目标优化求解,结果表明,该程序能够在较短的时间内得到一系列Pareto 最优解,解的跨度足够决策者进行适当的选择,具有很好的应用前景。     

地下水系统决策的时序多层次多目标模糊优选模型与应用

阐述了目前国内外地下水系统决策的研究现状及存在问题,分析了地下水系统决策中的时序性、多层次性和模糊性,将地下水系统决策概化为时序多层次多目标模糊决策问题,以单元系统多目标模糊优选理论模型为基础,构造了地下水系统管理的多时段多层次多目标模糊优选模型,并给出了应用实例.     

一种交互式多目标决策方法及其应用

针对水资源系统优化规划的特点,提出了一种交互式多目标决策方法,给出了该方法的理论依据。实例表明,该方法能求解广义的多目标决策模型,提供给决策者的交互信息较丰富,求解简便,能高效地寻求非劣的满意解。     

Pumping decisions for sustainable development of groundwater resources in areas of grassland degradation: a case study in Lanqi Banner, Inner Mongolia, China

The best planting alternatives for satisfying high water use demands of forage and fodder crops in a region of Inner Mongolia, China, were determined by a multiobjective distributed-parameter groundwater management model. These alternatives took account of different cropping patterns and pumping decisions associated with both temporal and spatial aspects of water allocation. The model was developed for phreatic, homogenous, and isotropic aquifers using the response matrix technique of quadratic programming theory and, in this case, using the alternative direction implicit (ADI) scheme. Model solutions using effective rainfall with a probability of 50%, show that average water table drawdown in the planning period (2006–2017) is 0.22 m and the groundwater fluctuation in each pumping well is very low. In order to evaluate the pumping decisions under an effective rainfall with a probability of 75%, a sensitive analysis was also conducted. Analysis shows that it is useful to apply the results from the proposed model to control the landscape degradation due to overgrazing and overpumping activities.     

A multiobjective steepest descent method with applications to optimal well control

Multiobjective optimization deals with mathematical optimization problems where two or more objective functions (cost functions) are to be optimized (maximized or minimized) simultaneously. In most cases of interest, the objective functions are in conflict, i.e., there does not exist a decision (design) vector (vector of optimization variables) at which every objective function takes on its optimal value. The solution of a multiobjective problem is commonly defined as a Pareto front, and any decision vector which maps to a point on the Pareto front is said to be Pareto optimal. We present an original derivation of an analytical expression for the steepest descent direction for multiobjective optimization for the case of two objectives. This leads to an algorithm which can be applied to obtain Pareto optimal points or, equivalently, points on the Pareto front when the problem is the minimization of two conflicting objectives. The method is in effect a generalization of the steepest descent algorithm for minimizing a single objective function. The steepest-descent multiobjective optimization algorithm is applied to obtain optimal well controls for two example problems where the two conflicting objectives are the maximization of the life-cycle (long-term) net-present-value (NPV) and the maximization of the short-term NPV. The results strongly suggest the multiobjective steepest-descent (MOSD) algorithm is more efficient than competing multiobjective optimization algorithms.     

石羊河流域武威盆地地下水系统的管理模型

武威盆地位于祁连山北麓,河西走廊东段,腾格里沙漠西侧,是一个历史悠久的农业灌溉盆地。本文针对该区由于不合理开发水资源所引起的生态环境问题,采用系统工程的思想和方法,应用地下水系统管理模型确定地下水系统的最优开采方案,以使地下水的开采在取得最大经济效益的同时,保持良好的生态环境和社会环境。论文通过地下水系统的目标分析、环境分析、结构分析和模型化,确立了盆地地下水系统管理的目标、自然环境、技术经济环境和社会环境约束条件,校正了地下水系统的数值模型。在此基础上,用响应矩阵法把地下水系统的数值模型与最优化模型藕合起来,建立了盆地地下水系统的管理模型。通过运转管理模型,获得了盆地地下水的最优开采方案,为地下水合理开发利用,提供了科学依据。     

A fuzzy simulation–optimization approach for optimal estimation of groundwater availability under decision maker uncertainty

As groundwater is a slowly replenishing resource that can be depleted relatively easily, there is a growing interest in actively managing aquifer resources. Participatory, multi-stakeholder driven approaches are increasingly being adopted to plan groundwater use such that the resource is available for present as well as future needs. The state of Texas requires neighboring GCDs (local regulatory bodies) within a groundwater management area (GMA) to engage in joint planning activities and define desired future conditions (DFCs) for the aquifers they regulate. The DFCs are then used to estimate modeled available groundwater which defines how much water is available within an aquifer in a given region. The groundwater joint planning process was modeled using a combined simulation–optimization modeling scheme in this study. The response surface methodology was used to establish regional-scale aquifer stress-response relationships. In addition to average county-wide drawdown, other aquifer responses including stream-aquifer exchanges, coastal-aquifer exchanges and GMA-wide drawdown were considered to define the DFCs. A constrained linear regression was used in conjunction with a regional groundwater flow model to obtain the necessary response functions which formed the basis for a crisp optimization model whose objective was maximizing groundwater production while ensuring that the prescribed DFCs are not violated (constraints). This model was transformed into a fuzzy linear programming model to account for the fact that groundwater planners find it difficult to specify DFCs with a high degree of precision. Using linear membership functions, the decision makers’ preferences were captured using two values––a minimum preferred cut-off and the maximum allowable value for the metric. For estimating groundwater availability, the fuzzy optimization model reconciles production and maximizes the goal and the constraints representing the DFCs. The developed framework was illustrated by applying it to joint planning in Groundwater Management Area 15 in South Texas. The optimization models were highly sensitive to acceptable average drawdowns, while the coastal-aquifer interactions had secondary impacts. The fuzzy optimization model yielded lower estimates of groundwater availability in comparison to the crisp optimization scheme. The fuzzy optimization model is therefore consistent with the precautionary principle and recommended for use in the early stages of groundwater planning where incomplete understanding of the aquifer dynamics precludes specification of precise limits for the DFCs.     

石家庄市地下水资源管理模型

本文把迭加原理应用于地下水流中,建立了地下水位响应函数,形成含水系统的响应矩阵,从而把有限元水流模拟模型和最优化模型藕合起来,并在微机上实现了两者的有机结合。用两种方法对单位脉冲值进行模拟,提高了水位响应系数的计算精度。最后根据石家庄市地下水管理现状,制定了地下水资源的现状管理方案和人工补给方案,并作出了综合决策方案,为石家庄市地下水资源科学管理提供了依据。