Гидрологическая оптимизация - Википедия - Hydrological optimization

Гидрологическая оптимизация применяется математическая оптимизация техники (такие как динамическое программирование, линейное программирование, целочисленное программирование, или же квадратичное программирование ) к проблемам, связанным с водой. Эти проблемы могут быть для Поверхность воды, грунтовые воды, или их комбинацию. Работа носит междисциплинарный характер и может выполняться гидрологи, инженеры-строители, инженеры-экологи, и исследователи операций.

Моделирование против оптимизации

Потоки подземных и поверхностных вод можно изучать с помощью гидрологических симуляция. Типичная программа, используемая для этой работы: MODFLOW. Однако имитационные модели не могут легко помочь в принятии управленческих решений, поскольку имитация носит описательный характер. Моделирование показывает, что могло бы произойти при определенных условиях. Оптимизация, напротив, находит лучшее решение для набора условий. Модели оптимизации состоят из трех частей:

  1. Цель, например «Минимизация затрат»
  2. Переменные решения, которые соответствуют вариантам, доступным руководству
  3. Ограничения, которые описывают технические или физические требования, предъявляемые к опциям.

Для использования гидрологической оптимизации выполняется моделирование, чтобы найти коэффициенты ограничений для оптимизации. Затем инженер или менеджер может добавить затраты или выгоды, связанные с набором возможных решений, и решить модель оптимизации, чтобы найти лучшее решение.

Примеры задач, решаемых с помощью гидрологической оптимизации

  • Удаление загрязняющих веществ в водоносных горизонтах.[1] Проблема решения заключается в том, где разместить скважины и выбрать скорость откачки, чтобы минимизировать затраты и предотвратить распространение загрязнителя. Ограничения связаны с гидрогеологическими потоками.
  • Распределение воды для улучшения водно-болотных угодий. Эта оптимизационная модель рекомендует распределение воды и контроль инвазивной растительности для улучшения среды обитания водно-болотных угодий приоритетных видов птиц. Эти рекомендации зависят от ограничений, таких как доступность воды, пространственная связанность, мощность гидравлической инфраструктуры, реакция растительности и доступные финансовые ресурсы.[2]
  • Максимальное увеличение отвода скважины с учетом ограничений по потоку окружающей среды.[3] Цель состоит в том, чтобы как можно точнее измерить влияние использования воды каждым пользователем на других пользователей и на окружающую среду, а затем оптимизировать имеющиеся возможные решения.
  • Улучшение качества воды. Простая модель оптимизации определяет минимизирующее затраты сочетание лучшие практики управления для уменьшения избытка питательных веществ в водоразделе.[4]

Оптимизация с ограничением PDE

Уравнения с частными производными (PDE) широко используются для описания гидрологических процессов, предполагая, что высокая степень точности при гидрологической оптимизации должна стремиться включать Ограничения PDE в данной оптимизации. Общие примеры PDE, используемых в гидрологии, включают:

Другие экологические процессы, которые следует рассматривать в качестве входных данных, включают:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Альфельд, Дэвид П .; Mulvey, John M .; Пиндер, Джордж Ф .; Вуд, Эрик Ф. (1988). «Проект реабилитации загрязненных грунтовых вод с использованием моделирования, оптимизации и теории чувствительности: 1. Разработка модели». Исследование водных ресурсов. 24 (3): 431–441. Bibcode:1988WRR .... 24..431A. Дои:10.1029 / WR024i003p00431. ISSN  1944-7973.
  2. ^ Альминагорта, Омар (2016). «Системное моделирование для улучшения гидроэкологических показателей водно-болотных угодий». Исследование водных ресурсов. 52 (9): 7070–7085. Bibcode:2016WRR .... 52.7070A. Дои:10.1002 / 2015WR018105.
  3. ^ Фейен, Люк; Горелик, Стивен М. (2005). «Структура для оценки ценности данных о гидравлической проводимости для оптимального управления ресурсами подземных вод в экологически уязвимых районах». Исследование водных ресурсов. 41 (3): 03019. Bibcode:2005WRR .... 41.3019F. Дои:10.1029 / 2003WR002901.
  4. ^ Альминагорта, Омар; Тесфацион, Берекет; Розенберг, Дэвид Э .; Нейлсон, Бетани (2013). «Простой метод оптимизации для определения наилучших методов управления для снижения содержания фосфора в резервуаре Echo, штат Юта». Журнал планирования и управления водными ресурсами. 139: 122–125. Дои:10.1061 / (ASCE) WR.1943-5452.0000224.
  5. ^ Сантош, Апурва; Фарид, Амро М .; Юсеф-Туми, Камаль (2014). «Экономическая диспетчеризация в режиме реального времени для стороны предложения в связке энергия-вода» (PDF). Прикладная энергия. 122: 42–52. Дои:10.1016 / j.apenergy.2014.01.062.
  6. ^ Денди, Грэм С .; Simpson, Angus R .; Мерфи, Лоуренс Дж. (1996). «Улучшенный генетический алгоритм оптимизации трубопроводной сети» (PDF). Исследование водных ресурсов. 32 (2): 449–458. Bibcode:1996WRR .... 32..449D. Дои:10.1029 / 95WR02917. HDL:2440/1073.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка