自适应人工蚁群算法在水资源优化配置中的应用

为实现水资源合理调度,建立了水资源优化配置模型,针对该非线性模型求解较困难及其他方法求解精度不高的问题,提出了自适应人工蚁群算法(AACS)。以闻喜涑水灌区和陈村灌区水资源优化配置为实例,对涑水河陈村峪水库、紫家峪水库和杨家园水库给灌区供水调度进行优化,采用AACS法求解灌区水资源优化配置模型。结果表明:该模型可真实地反映灌区供需水平衡变化的总体趋势,所建模型是合理的,为判断时间序列数据的非线性提供了一种新方法。     

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。     

基于改进灰狼算法的庆阳市水资源优化配置

【目的】对传统灰狼算法进行改进,并在甘肃省庆阳市的水资源配置中进行应用。【方法】针对传统灰狼算法易陷入局部最优、收敛速度慢、精度不高等不足,通过Tent混沌序列对群狼位置进行初始化,对灰狼算法中的距离控制参数a和位置更新方程进行优化和改进,并采用8个测试函数对改进灰狼算法进行测试。在此基础上以甘肃省庆阳市为例,分别以2020,2025,2030年为近期、中期和远期规划年,采用改进灰狼算法、传统灰狼算法、传统多目标配置方法,对庆阳市水资源的优化配置进行计算,并对3种方法进行主成分比选。【结果】改进灰狼算法的8个测试函数中有7个函数的最优值明显比传统灰狼算法更接近函数理论极小值;改进灰狼算法的2020,2025,2030 3个规划年的资源优化配置综合得分分别为0.18,0.69和1.00,其计算结果明显优于相同年份传统灰狼算法和传统多目标配置方法。经过水资源优化配置计算,2020,2025和2030年水资源所对应的经济生产总值分别为1 074.46亿、1 601.18亿和2 196.12亿元,其中2020年的经济生产总值计算值大于《庆阳市十三五经济规划》的目标值1 000亿元。【结论】改进灰狼算法在水资源优化配置中具有较好的可行性,可为水资源优化配置模型提供新的优化计算途径。     

基于蚁群优化算法的图像边缘检测

图像边缘携带了图像的大部分主要信息。通过对图像进行边缘检测不仅能有效地提取图像信息降低计算的复杂度而且是图像测量、图像分割、图像压缩、模式识别等图像处理的基础。本文尝试将蚁群优化算法（Ant Colony Optimization, ACO）用于图像边缘检测,通过选取经典house图像和SAR机场图像设置阈值进行自适应边缘提取,实现了边缘的精确检测。实验结果显示,该算法能够有效地提取图像目标的轮廓信息,很好保持图像纹理,具有理想的抗干扰性能,保证了检测结果的准确性。     

水权、水市场理论在黄河下游水资源配置中的应用探讨

开发利用黄河水资源,发展引黄灌溉和引黄供水,是变下游黄河千年害河为利河的一大创举。就山东省来说,全省沿黄11个市中有68个县(市)、705个乡镇、2943个行政村用上了黄河水,引黄灌区的粮棉产量占全省粮棉产量的37％和72.5％,引黄工程为当地的工农业生产做出巨大贡献。但随着流域内外工农业用水的不断增长,有限的黄河水资源越来越难以满足生产生活的需要,供需矛盾日益尖锐。因此,如何将有限的黄河水资源加以合理分配,合理配置,是通过“市场”这支看不见的手,还是通过行政手段这支看得见的手,需要从理论上去探讨,并通过实践逐步去验证完善。 黄河下游水资源利用和管理现状 黄河是我国西北和华北地区的重要水源。流域内大部分处于干旱半干旱地区,径流主要来源于降雨,含沙量高。多年平均径流量580亿立方米,黄河下游地区百姓自古就自发地开发利用黄河水,但开始大规模地开发利用还是在建国后的20世纪80年代初到90年代,党和政府在黄河下游地区大兴引黄工程,把黄河下游建成我国最大的自流连片灌区。这从不同时代黄河沿岸修建的引黄涵闸数量中就可以看出,黄河下游90多座引黄涵闸中,有50多座是在此阶段修建的。并且随着沿黄经济发展步伐的加快,利用黄河水的区域、数量都有较大幅度增长,经济效益和社会效益显     

基于水资源优化配置的农业节水潜能分析

文章主要论述国内水资源优化配置研究现状及现阶段存在的问题,并据此提出一些关于农业节水的思考,旨在为农业节水现代化进程提供一定的理论依据。     

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。     

基于改进蚁群算法的供水管网优化计算

【目的】以供水特点为基础建立相应的数学模型,优化选择供水中的管网路径。【方法】利用改进的蚁群算法,对供水管网进行优化选择,在选择策略上,以初始节点引入的虚拟路径距离为基础,对启发信息进行归一化处理,并利用全局策略进行优选节点的概率选择;在更新策略上,利用信息素的局部和全局更新,并结合蚂蚁数量自适应调整及增加随机干扰进行改进;最后以巴家咀水库为对象,利用基本蚁群算法和改进蚁群算法进行优化计算并比较。【结果】利用改进的蚁群算法进行计算时,所得的平均路径、最短路径、最差路径、平均迭代次数和总成本分别为139.635 5km、138.214 7km、142.301 9km、314次和11.32亿元,而基本蚁群算法分别为145.042 1km、140.582 7km、149.215 5km、638次和11.51亿元,改进蚁群算法各项计算指标均优于基本蚁群算法。【结论】改进的蚁群算法可以提高全局搜索能力和收敛速度,能快速有效地获得供水路径的最优解或近似最优解,可以为管道供水路径的优化选择提供参考。     

蚁群优化算法研究

由传统的蚁群优化算法入手,介绍了蚁群优化算法的基本原理以及在TSP问题中的应用,分析并总结了蚁群算法在信息素更新、路径构造等方面的改进方法。     

辽宁省水资源优化配置措施探讨

本文在分析辽宁省水资源特点的基础上，对辽宁省水资源的优化配置措施进行了研究，提出了要建立水资源开发利用，节约与保护工作的投入机制．水资源管理体制改革措施，水源工程建设措施和水资源管理措施。     

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。     

面向水土资源优化配置的科尔沁左翼后旗宜耕沙地情景规划分析

为探索干旱区农业水土资源优化配置方法,以及为区域水土资源的开发利用提供科学参考,以科尔沁左翼后旗为例,以Arcgis为技术手段,采用限制因子法和综合评价法,建立评价指标体系,对其耕地和耕地后备资源进行评价;其次,基于评价结果,结合土地利用总体规划、整治规划,建立空间布局规则并设置不同利用条件下的水资源利用参数,最终构建了水资源约束条件下的耕地布局和水资源利用情景规划。对现状和情景规划对比分析,结果表明,水资源总量约束条件下,通过调整耕地布局和优化利用结构,情景规划可提高粮食产量和农业水土资源产出效率。本研究提出的情景规划方法可应用于县域种植业布局优化、土地整治规划。     

基于改进人工鱼群算法的灌区优化配水研究

【目的】建立以灌溉净效益最大为目标的优化配水模型,为灌区优化配水提供新思路。【方法】以西安市周户灌区为研究对象,立足于寻求作物种植面积-水量-产量-经济效益之间的最优关系,建立以灌溉净效益最大为目标的优化配水模型,并利用混沌人工鱼群算法进行求解。【结果】利用所建立的以灌溉净效益最大为目标的优化配水模型进行优化后,灌区总供水量为12 711.44万m3,较常规配水量增加了1 402.67万m3,其中地表供水较常规配水量增加了1 510.67万m3,地下水供水量有所减少;通过作物不同时段分配水量及种植面积的协调,灌区净效益增加了16.37%,粮经比为1∶1.21。【结论】以灌溉净效益最大为目标对灌区配水进行优化后,灌区配水过程更加均匀,同时灌区作物种植结构也得以优化和调整。     

区域水资源优化配置模型及应用研究

按可持续发展的要求,分析了已有水资源优化配置研究的不足,根据区域水资源优化配置的含义, 以有限水资源综合效益最大为目标,考虑水源可供水量、用户需水量和水环境与经济系统协调发展等约束,并在体 现可持续发展原则的基础上,建立了区域水资源优化配置模型。最后用该模型进行了河南省三门峡市区1999年 75％保证率下的水资源优化配置研究,并对求解结果进行了合理性分析。     

考虑土壤水平衡的灌区水资源优化配置研究

针对内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水埋深较浅且矿化度高及黄河水量逐年减少等因素导致的农业用水严重短缺问题,本研究以解放闸灌域玉米为研究对象,耦合Jensen模型与土壤水平衡模型构建灌区尺度灌溉水资源优化配置模型,对不同的地下水埋深及土壤含水量情景下水资源优化配置方案进行研究,并利用Lingo软件编程求解模型。结果表明:当地下水埋深为2.5m时,引黄水量为3.85×10~8 m~3,可以达到5.55×10~8元的净经济效益;而土壤水含量为0.12～0.16时,净经济效益为[5.41,5.67]×108元。优化结果验证了模型在当地可行,并针对河套灌区解放闸灌域的不同土壤含水量与地下水埋深情景分别提供14种配水方案。     

基于博弈论的水资源保护补偿机制研究

【目的】建立基于博弈论的水资源保护补偿机制,为制定科学的补偿政策提供支持。【方法】运用博弈理论,建立基于政府参与协商调节的流域水资源保护补偿博弈模型,利用遗传算法对模型进行求解,并以泉州市晋江流域为例,对模型进行验证。【结果】该模型的建立及应用,晋江上游地区可获得5.418亿元的经济补偿,用于保护水资源;下游地区可解决2.8亿m3的缺水,创造52.674亿元的经济效益。【结论】所建立的流域水资源保护补偿博弈模型有效解决了流域上下游补偿中的利益冲突,调动了上游地区保护水资源的积极性,实现了整个流域利益的最大化,可为合理制定补偿政策提供一定的指导。     

太原市水资源合理配置研究

【目的】探讨太原市水资源的合理配置方案,使有限的水资源得到合理利用,促进经济与社会的可持续发展。【方法】以区域经济发展与水环境保护相协调为目标,建立水资源多目标优化配置模型,并利用大系统分解协调方法,针对不同水平年(2010,2020,2030年),进行太原市水资源优化配置研究。【结果】在现有供水工程、常规节水方案条件下,太原市水资源供需矛盾日益加剧,在50%和75%水文年份,太原市缺水率分别由2010年的不足1%和7.7%均上升为2030年的35%以上;采用高节水方案时,在50%和75%水文年份,到2030年太原市缺水率为26%~31%。【结论】要深度解决太原市缺水问题,应实行开源节流与污染治理并举的措施,在进一步加大节水力度的基础上,增大污水处理回用和引黄力度。     

黑河中游农业水资源多目标优化配置

针对黑河流域中游地区为追求经济发展而向黑河干流取水量过大导致的黑河下游地区地表水流量减少、生态环境恶化等问题,对该地区社会、经济等与水资源优化配置相关的资料数据进行收集、整理与分析,考虑地表径流随机性特征,构建考虑经济、社会、资源的灌溉水资源多目标优化配置模型,并使用层次分析法与线性加权法进行多目标问题求解。结果表明:将优化后的配水方案应用于黑河中游地区,其灌溉用水比实际节约3.358×10~8 m~3,水分生产力提升0.380 kg/m~3,用水费用节省3.89×10~7元,可以达到节水增产的目的,为该地区水资源管理部门提供一个满足可持续发展的农业水资源配置方案,同时,为类似地区的农业水资源优化配置提供方法依据。     

基于渠系输水模拟与土壤水量平衡模拟的两级渠系优化配水模型

为制定满足渠系运行实际情况和作物生长发育所需土壤含水量条件的渠系优化配水方案,将考虑输水渗漏损失的渠系优化配水模型与土壤水量平衡模拟模型耦合,构建基于渠系输水模拟与土壤水量平衡模拟的两级渠系优化配水模型,使用改进的遗传算法求解多目标模型的Pareto解集。选择黑河流域中游西干灌区下的两级渠系作为研究区域,得到50组非劣的渠系优化配水方案。在Pareto前沿面上选取3组代表方案进行对比分析,再将3组中最优的方案与灌区实际灌水方案进行对比,结果表明:Pareto解集可以体现目标之间的博弈关系,当权重值向配水量最少目标偏移时会对土壤水含量等指标产生影响,进而产量下降;当权重值向产量最大目标偏移时会产生水资源浪费现象;而当目标函数的权重值处于中间水平时,产量和配水量目标都可以得到较好地满足,并且与实际灌水方案相比配水量减少113.54万m~3、总产量增加660t,能够达到节水增产的效果。该模型在兼顾渠系运行条件和土壤含水量的前提下权衡了2个目标之间的博弈关系,Pareto解集得出的结果能够满足决策者对于目标的不同需求,为灌区管理者的决策提供理论依据和指导。