地下水流模型的建立与优化

考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型及其算法研究

节能减排、促进能源结构调整、大力发展可再生能源与清洁能源、贯彻落实“绿水青山就是金山银山”的发展理念,是我国能源发展的战略部署之一,水电作为目前开发技术成熟的清洁能源,在我国能源供给中发挥着十分重要的作用,水电规模的不断扩大以及大型水电站群的建成为我国社会主义现代化建设提供了能源保障,我国水电开发仍处于一个高速发展的黄金时期。因此,对己建水电站群水库的优化调度,不断提高水能资源利用效率,实现精细化生产,是水库科学管理运行的重要环节。梯级水库短期优化调度直接指导水电站水库的实际生产运行,本文分别从水库调度理论、模型与求解算法等方面入手,对梯级水库短期优化调度中的几个热点难点问题进行了深入研究,并在梯级水库上下游水库流量关系、有后效性问题的求解、维数灾等几个理论性问题取得了一定的创新性研究成果,并结合雅砻江流域梯级水电站实例进行了深入探讨,主要工作包括:(1)考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型研究。

由于短期优化调度的调度期往往为1日,调度周期较短,梯级水库上下游水库之间的流量关系对水库短期优化调度结果产生较大影响;水流在天然河道中的演进既有平移作用,又有坦化作用,而在目前的梯级水库短期优化调度中,坦化作用往往被忽略,这导致所编制发电计划在实际执行中产生偏差,而造成水能资源的浪费。本文将水流演进约束加入梯级水库短期优化调度模型,采用马斯京根法,通过上游水库出库流量过程演算下游水库入库流量过程,对水流在天然河道中的实际传播过程进行模拟,编制更符合实际运行的发电计划,以减小水库实际运行中的运行误差提高水资源利用效率。(2)马斯京根法与逐次逼近算法(DPSA)耦合算法及其应用研究。 马斯京根法进行需根据上库出库流量过程进行水流演进,基于此,利用DPSA算法逐水库进行优化计算时,其他水库水位变化过程已知的特点,将马斯京根法与DPSA算法耦合,求解考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型,制定梯级水库短期优化调度策略,以锦东、官地梯级水电站为例,分别采用只考虑水流滞时的DPSA算法与考虑了水流演进的耦合算法分别进行了求解,并对结果进行了对比分析。(3)考虑水流演进的梯级水库多维动态规划模型应用研究。对考虑水流演进的梯级水库短期优化调度,上游水库的某一时段的出库流量对下游水库后几个时段入库流量过程都将产生影响,即阶段决策具有后效性影响,针对该问题,构建了考虑水流演进的梯级水库多维动态规划模型,该模型针对短期优化调度中的水流演进问题,在单个时段的计算求解中,将上游N个时段的库容变化过程组合同时参与计算,结合马斯京根法对下游水库单个时段的入库流量进行仿真模拟,多维动态规划模型能够遍历所有库容变化组合而能获得全局最优解,通过实例计算对模型的有效性进行了验证。

地下水-土壤-植物系统模拟与优化

地下水-土壤-植物系统模拟与优化

摘要

地下水-土壤-植物系统是一个复杂的生态系统，其中地下水作为土壤水分的来源，对植物的生长和发育起着重要的影响。本文通过系统模拟和优化方法，对地下水-土壤-植物系统进行分析和研究，探讨了不同因素对系统的影响，并提出了相应的优化策略。

1. 引言

地下水-土壤-植物系统在农业、生态学和环境保护中具有重要的作用。如何合理利用地下水资源，保护土壤和促进植物生长成为了当前研究的热点。系统模拟和优化方法为我们提供了一种研究和优化地下水-土壤-植物系统的有效途径。

2. 地下水-土壤-植物系统的模拟

2.1 地下水模拟

地下水是地下水-土壤-植物系统的重要组成部分。地下水模拟是研究地下水运动和分布规律的关键。现代地下水模拟方法主要采用二维或三维数值模型进行，通过建立地下水流方程和地下水质量方程，模拟地下水的流动和污染传输过程。在地下水模拟中，需要考虑土壤渗透性、植物根系对地下水的吸收等因素。

2.2 土壤模拟

土壤是植物生长的重要环境条件之一。土壤模拟可以帮助我们了解土壤水分和养分的分布情况，研究土壤养分的吸附、解析、迁移和利用过程。土壤模拟可以通过建立土壤水分平衡方程和养分平衡方程，模拟土壤水分和养分的运动和转化过程。通过土壤模拟，我们可以优化土壤管理措施，提高土壤的保水能力和养分供应能力。

2.3 植物模拟

植物生长对土壤水分和养分有着很高的要求。植物模拟主要研究植物对水分和养分的吸收、转运和利用过程。通过建立植物吸收方程和转运方程，可以模拟植物根系对土壤水分和养分的吸收和输送过程。植物模拟可以帮助我们了解植物的生长规律，优化植物栽培技术，提高植物的产量和品质。

3. 地下水-土壤-植物系统的优化

3.1 水资源优化利用

地下水是重要的水资源之一，如何合理利用地下水资源是地下水-土壤-植物系统优化的重要内容之一。通过采用合理的灌溉方式和调控土壤水分状况，可以实现水的节约利用和高效利用。此外，科学合理地制定水资源管理政策也对地下水的合理利用起到重要的指导作用。

第１６卷第１期　２０１３年１月　高等数学研究　ＳＴＵＤＩＥＳ　ＩＮ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＳ　Ｖ０１．１６，Ｎｏ．１　Ｊａｎ．，２０１３　

地面搜索优化方案的模型建立　

张政　

（西安航空学院基础课部，陕西西安７１００７７）　

摘要　对一块长为１１　２００　ｍ，宽为７　２００　ＩＴｔ的平地矩形区域，运用最优化数学理论，寻求最佳搜索路径。若　２Ｏ人一组搜索，运用整数规划方法建立模型并求解出最短搜索时间为４９．０３　ｈ；若要在４８　ｈ内完成搜索，运用线性　规划方法改进模型并求得最少需２２人。　关键词　整数规划；线性规划；地面搜索　中图分类号　Ｏ２２１　文献标识码　Ａ　文章编号　１００８—１３９９（２０１３）０１—００６９—０３　

１　问题的提出　

现有一长为ｌ１１　２００　ｍ，宽为７　２００　ＩＴＩ的平地矩　

形目标区域，急需进行全面搜索。假设出发点在区域　

中心，搜索完成后需要在左侧短边中点进行集结，每　个人搜索时的可探测半径为２０　ＩＴＩ，搜索时平均行进　

速度为０．６　ｍ／ｓ；不需搜索而只是行进时，平均速度　

为１．２　ｍ／ｓ。每个搜索人员带有可以知道自己的方　位的ＧＰＳ定位仪、可以相互进行通讯的步话机，其　

通讯半径为１　０００　Ｉｎ。每个队员搜索到目标时，需用　步话机及时向组长报告。现有一组２Ｏ人的搜索队　

伍，拥有１台卫星电话。先设计一种耗时最短的搜索　

方式，并求出搜索时间；然后求出需要增加多少人才　

可以在４８　ｈ内完成搜索任务。　

２　地面搜索的数学模型　

２．１　地面搜索问题的分析　

每个队员从出发点到集结点的时间可分为两部　

分，一部分是用于搜索的时间，另一部分是不搜索而　

只是行进的时间。为了保证搜索时间最短，应尽量使　任意两名队员的搜索区域不产生重叠；为使不搜索　

而只是行进的时间较短，应尽可能的缩短行进路程。　将区域面积按队员人数等分，沿水平方向划分为　

若干个矩形区域，让队员按Ｓ形路线搜索，即所有队　

７４　水利建设与管理－２００６年第ｌ１期　

菏泽市地下水资源多目标优化调度模型建立及其简　

刘青山　吕胜国　÷　囊　

（山东省菏泽市水利局２７４０００）　（山东省菏泽市水文水资源勘测局２７４０００）　

张建峰　

（山东省菏泽市水利局　２７４０００）　

【摘要】　本文提出了综合利用地下水资源的多目标优化调度的理论，并将该理论应用在综合利用地下水资源优　化调度过程中。综合利用地下水资源受降雨、蒸发、灌溉、河流补给、开采量和横向补排等多种因素的影响，尤以受降　雨、开采、灌溉的影响较大。以可供水量为决策变量，在考虑有地下水最佳埋深（开采量）的基础上建立了动态规划数　

学模型　【关键词】　多目标优化调度　动态规划　

地下水多目标优化调度模型就是运用系统分析　

原理，采用运筹学的方法，为达到某既定管理目标所　

建立的求解地下水最优管理决策的数学模型。通常，　

它是由地下水系统的状态模拟模型和优化模型耦合　

而成的，这样组成的地下水优化调度模型，可以在寻　

求最优决策的运转过程中严格服从地下水的运动规　

律。实现水文地质概念模型的仿真要求。　

１多目标优化供水模型问题提出　

菏泽市地处黄泛平原，缺乏修建较大蓄水工程　

的条件，地下水是菏泽市主要的供水水源，占菏泽市　

总供水量的５０％以上，由于菏泽市水资源总量严重　短缺、地下水资源开采不合理等原因，造成地下水超　

采区面积不断增大，引起了地面沉降、塌陷等一系列　

生态、地质和环境问题。为了有效实现地下水资源的　

科学管理。保护好地下水资源，保证菏泽市水资源可　

持续利用，实现经济社会可持续发展，通过地下水资　

源优化模型的建立、求解和结果分析，可以得到地下　

水供水的优化决策方案，使其纳入菏泽市整体水资　源管理规划范畴，更好地为地区国民经济建设服务。　

２模型建设的思路与计算方法　

２．１地下水概念模型　菏泽市地下水主要受降雨、蒸发、灌溉、河流补　

给、开采量和横向补排的影响，模型的分析都要围绕　

上述因素来进行。各因素之间的关系见下图。　降雨或灌溉　蒸发