基于模拟退火遗传算法的水资源优化配置研究

【目的】通过模拟模型描述水资源系统的复杂关系,解决水资源配置难题,为区域水资源合理开发利用提供决策依据。【方法】建立以经济、社会、生态环境综合效益为最优的水资源优化配置模型,并采用模拟退火遗传算法对模型进行求解,最后以咸阳市为例进行水资源优化配置。【结果】基于所建立的水资源优化配置模型对咸阳市的水资源进行优化配置,在50%保证率情况下,咸阳市2020年地表水、地下水、外调水、中水的供水量分别为69 020万、53 433万、23 435万和7 900万m~3,2030年供水量分别为88 825万、46 533万、46 310万和12 100万m~3,分别较原始供水量节水322.09万和432.46万m~3,除农业用水稍有欠缺外,其他用水户的用水要求均可以得到满足。【结论】基于模拟退火遗传算法的水资源优化配置模型配水结果合理可行,可以作为研究区水资源配置的决策依据。模拟退火遗传算法收敛速度快,寻优能力强,可以应用于水资源优化配置领域。     

基于蚁群算法的水资源优化配置博弈分析

【目的】运用博弈理论分析流域内水资源开发利用过程中各用水地区的行为和收益问题。【方法】提出市场经济与宏观调控相结合的水资源配置模式,建立各用水地区追求自身收益最优的同时,实现全流域水资源合理分配的博弈模型,为实现水资源的协调发展提供支持。将该模型应用于黑河流域,运用蚁群算法实现模型的最优求解,并与线性规划法所得结果进行了比较。【结果】利用建立的水资源优化模型,通过水权和水资源费的调节,有效约束了黑河流域内各县(区、旗)的取水量,有利于解决水资源分配过程中的用水冲突,在保证黑河流域公共水权为1.2亿m3的基础上,流域总收益达到0.936亿元。【结论】运用流域水资源优化配置博弈模型进行水资源优化配置,可以有效保证流域的公共水权,激发各地区节水和开发新水源的动力。     

黄河流域向甘肃省可供水资源优化配置研究

【目的】构建水资源优化配置模型.【方法】以黄河流域向甘肃省可供水资源为研究对象,通过多年供需水量平衡分析,采用水资源管理决策支持系统中的最优化技术,构建水资源优化配置模型.【结果和结论】模型计算结果显示:近期2020年和远期2030年水资源配置分别为52.75和64.52亿m3,其中农业用水较前10年分别减少2.8和0.7亿m3,其他行业用水不同幅度增加.预测该配置方案能满足该地区社会经济与生态环境发展对水资源的要求.     

基于机会约束规划模型的灌溉管网不确定优化研究

【目的】弥补管网优化设计确定性模型虽然简化了计算,但忽略了一些不确定参数对优化结果影响的不足。【方法】将管段设计流量、节点最小工作水头和管道粗糙系数等参数作为随机变量,分别建立了基于随机模拟技术的重力和泵站加压两种输配水系统的机会约束规划模型;在随机模拟技术基础上,用列队竞争算法对该模型进行求解。【结果】工程实例验证表明,不确定参数对优化结果有显著影响,随着不确定参数变化范围的增加,系统的泵站扬程和投资费用也随之增加。【结论】研究建立的优化方法与工程实际情况更接近,弥补了确定性规划模型的不足。     

基于蚁群-粒子群混合算法的水资源优化配置研究

【目的】对区域水资源的合理优化配置进行研究,为区域经济的发展、水资源的合理开发利用和节水型社会的建立提供参考。【方法】建立以经济、社会、生态环境效益为目标函数,各目标加权和为最优解的水资源优化配置模型,采用蚁群-粒子群混合算法对模型进行求解,并对渭北工业区进行水资源优化配置的实例分析,通过原供水量与优化配置水量的比较验证所建立模型的合理性。【结果】经计算,75%保证率下渭北工业区水资源的配置结果为:2015年地表水、地下水、外调水、中水供水量分别为1 747.30,13 244.84,12 905.95和1 060.23万m3;2020年各水源供水量分别为2 019.19,12 214.42,23 530.42和1 798.60万m3;与原始供水量相比,2015年和2020年总供水量分别减少312.73和421.11万m3,表现在农业供水量减少,生活、工业、生态用水均达到供需平衡。【结论】基于蚁群-粒子群混合算法的水资源优化配置结果合理,可作为研究区水资源合理开发利用决策的参考;蚁群-粒子群混合算法收敛速度快,寻优性能优越,可用于水资源优化配置的分析。     

网前水塔树状管网系统优化设计研究

根据用水流量的变化,在考虑加压泵站分级供水的基础上,针对网前水塔树状管网系统各组成部分的压力和流量关系,以管网系统年费用最小为目标函数,建立了这一类型管网系统优化设计的线性规划模型.应用所建立的优化设计模型,在保证管网系统各节点所需流量和压力条件下,可确定输水管段和配水管段尺寸、水塔高度和泵站扬程的最优值,获得网前水塔树状管网系统的优化设计方案.     

基于人工鱼群算法的浐灞河流域水资源优化配置研究

【目的】建立以经济、社会和环境效益相对最优为目标的水资源优化配置模型,为实现水资源的协调发展提供支持。【方法】以浐灞河流域为研究对象,采用人工鱼群算法建立水资源优化配置模型并进行求解。【结果】利用建立的水资源优化配置模型,对浐灞河流域各规划水平年(75%保证率)3种不同效益权重组合下的水资源进行了优化配置,配置后相对最优的结果是:研究区2020年可供水量为25 210.8万m3,较配置前增加了2 603.8万m3,缺水率较配置前降低了9.12%;2030年可供水量为28 168.8万m3,较配置前增加了1 911.8万m3,缺水率较配置前降低了6.07%。【结论】通过不同权重组合下的效益计算,选择经济、社会和环境效益权重分别为0.40,0.25和0.35时的水资源优化配置结果,作为浐灞河流域水资源开发利用与社会经济和生态环境保护协调发展的最佳方案。     

网前水塔树状管网系统优化设计研究

根据用水流量的变化，在考虑加压泵站分级供水的基础上，针对网前水塔树状管网系统各组成部分的压力和流量关系，以管网系统年费用最小为目标函数，建立了这一类型管网系统优化设计的线性规划模型。应用所建立的优化设计模型，在保证管网系统各节点所需流量和压力条件下，可确定输水管段和配水管段尺寸、水塔高度和泵站扬程的最优值，获得网前水塔树状管网系统的优化设计方案。     

多维尺度配水模型研究

针对传统一维配水模型只能考虑1个变量的缺点,用多维尺度(MDS)模型构造了适应复杂流域的包含配水水量、用水区位置和用水区需水概率等变量的多维实时配水模型,并以黄河流域天然径流的配置为例,用MDS配水模型计算了黄河干流节点在一定区域需水概率情况下,天然径流量的配置情况。与传统一维配水模型计算结果相比,MDS配水模型可以分区域计算天然径流量的配置情况,并可以计算区域需水变化情况下各区域水量配置的调配情况。该模型的建立为区域的实时配水决策提供了方法上的参考。     

分枝定界法与内点法耦合的含环路输气管网运行优化

含环路输气管网的运行方案优化问题的求解难度远大于枝状管网。在已知含环路输气管网拓扑结构、基础参数、天然气输入点和输出点的流量、压缩机组的配置及特性曲线等参数的前提下，以环路上的管段流量、压气站开机台数、压气站出站压力等参数为决策变量，以单位时间内管网运行能耗最低为目标函数，综合考虑管段水力热力特性、管网节点流量平衡及节点压力允许变化范围、压缩机运行特性及允许运行范围等约束条件，建立含环路输气管网稳态运行方案优化的非线性混合整数规划模型，采用分枝定界法与原始对偶内点法耦合的算法求解该模型。以XQDS管网为例应用TGNET软件对管网优化运行方案进行了稳态仿真，验证该模型与算法的有效性。该优化模型与算法适用于任意拓扑结构的输气管网，可为大型复杂输气管网的集中调度提供新的思路。（图5，表7，参20）