南水北调中线输水调度预演系统研发及应用

南水北调中线输水调度仿真预演是精准化调度决策的基础。针对中线输水线路长、控制闸门多、运行工况复杂等调度难点,开发了数字孪生南水北调中线输水调度仿真预演平台,构建了水情数据智能清洗模型、自主学习训练模型、总干渠一维恒定流和非恒定流精准模拟模型、典型建筑物局部三维水力仿真简易模型等,实现对任意设定工况下水力调控方案效果的精准仿真,形成有效的调度预案。预演平台具备较强的灵活性和通用性,方便用户自由模拟不同时空尺度下的各类运行工况,可适应入流和出流等边界条件的变化。系统具有自主学习能力,能够随着监测数据的积累,不断自动完善计算模型参数和结构,提高计算精度。南水北调中线输水调度预演系统为安全高效输水调度提供有力的技术支撑。

区域水资源承载力概念及研究方法的探讨

在总结区域水资源承载力研究历史和现状的基础上,阐述了水资源承载力的内涵和特点,对目前各种水资源承载力的定义进行比较,分析其中深层次的联系,提出了以"可支撑的合理规模"来描述水资源承载能力的概念。在此基础上,从"社会经济—水资源—生态、环境"复合系统角度综合分析了节水措施对水资源承载力的影响,提出了基于现代进化算法的思想的水资源承载力计算思路。将该模型应用于辽河流域水资源承载力的研究中,分析计算了该地区在规划水平年水资源可承载的规模。实例证明,该模型能够综合反映出水资源的承载规模,可以为当地的发展提供科学依据。

基于混沌遗传程序设计的参考作物腾发量预测模型

利用混沌算法的全局空间寻优性能和遗传程序设计的结构自动寻优功能,建立了基于混沌遗传程序设计的参考作物腾发量预测模型。设计多组数字实验,研究输入因子间相关性对模型预测准确性的影响。预测结果与Penman-Montieth方法计算结果比较表明,该模型以混沌算法优化模型中的参数,在一定程度上解析其他模型可能因为其中的参数未能达到最优而被淘汰的问题。适应性强,精度高,为参考作物腾发量的预测提供了新的有效方法。

灌区农业水资源承载力模型研究

在前人承载力研究的基础上提出了承载力的新见解,定义了承载力的四要素,并根据农业生产的实际情况提出了灌区农业水资源承载力的概念,建立了农业水资源承载力计算模型,该模型计算时考虑了农业水资源的两个特殊性,即各种作物的被承载能力及作物的需水和供水过程。最后将模型应用于河南省第三濮清南灌区,验证了模型的正确性。

混沌算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

基于目前各种节水灌溉制度优化方法存在的不足,本研究将混沌优化算法运用于作物灌溉制度优化设计中。由于混沌优化算法的叠代具有不重复性和遍历性,因此该算法可以避免陷入局部最优点而获得全局最优。实例计算分析表明,与遗传算法、动态规划逐次逼近法相比,混沌优化算法具有原理简单、计算简便、结果精度高的优点。

基于超平面实码遗传算法的灌溉制度优化设计

针对传统实码遗传算法(RGA)在求解等式约束的优化问题时,存在精度低、易早熟的缺点,该文提出了超平面实码遗传算法(HRGA),在超平面内进行各种遗传操作的运算,并将改进后的遗传算法应用于作物最优灌溉制度问题之中。计算结果表明:应用超平面遗传算法解决等式约束的优化问题,不但方法简单、计算速度快,而且寻优精度明显高于传统实码遗传算法,大大提高了算法的性能,有较高的推广应用价值。

可变模糊集方法在海河流域水资源承载力评价中的应用

针对水资源承载力评价中存在模糊性的特征,应用可变模糊集理论建立区域水资源承载力评价模型.该模型以相对差异函数为基础,充分考虑评价指标的"优"与"劣"两方面,更具合理性.以海河流域为典型研究区,将可变模糊集模型应用于该区域的水资源承载力研究,实例结果表明该模型简单方便、有效可行,能较好地应用于生产实际.

遗传程序在水位流量关系拟合中的应用

针对传统水位流量关系曲线拟合过程中存在精度不高的问题,应用遗传程序拟合水位流量关系。该方法能够通过演化计算自动寻找最优的模型结构,比起传统统计方法具有较大的灵活性和智能性,避免了预先假定具体数学表达式的不足。将基于遗传程序的水位流量关系模型同基于最小二乘法、遗传算法以及蚁群算法的模型进行详细比较,实例表明,基于遗传程序设计的水位流量关系模型适应性强,拟合精度最高,为水位流量关系拟合提供了新的有效方法。

基于遗传程序设计的作物干旱程度评估模型

基于遗传程序拟合非线性函数的思想,建立了量化计算作物干旱程度的遗传程序模型。该方法通过演化计算自动寻找最优的模型结构,不但可以准确地反映出干旱对作物造成的产量损失,而且避免了预先建立具体数学表达式及求解参数的不便。实例表明:遗传程序设计的作物干旱程度量化模型,具有较大的灵活性和智能性,拟合精度高,可为农业干旱风险评估提供科学的依据和坚实的基础。

改进粒子群算法在设计洪水过程线推求中应用

针对基本粒子群算法在处理高维复杂问题时易陷入局部极值点的不足,提出自适应随机惯性权的粒子群优化算法,并基于此算法建立起洪水过程的放大模型。在进化过程中,为粒子群中的各个粒子随机选取惯性权值,并随进化代数自适应地调整随机惯性权值的概率分布,提高了算法全局寻优的性能。实例表明:该模型不但可以有效保持典型洪水的模式,避免手工修均的任意性,而且可以很好地满足洪峰洪量的约束要求,有较高的精度。

基于信息扩散近似推理的农业干旱预测模型

将信息扩散近似推理技术应用于农业干旱预测中,信息扩散近似推理将样本点转换成模糊集,部分弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白,并可以将样本中的矛盾模式转换成兼容模式.借助信息扩散近似推理模型,利用农业干旱历史灾情序列对未来年份农业产量进行预测,估算减产程度.实例表明,该模型能在小样本条件下,充分挖掘数据信息,较好的预测未来的旱情,有较高的实用价值.

基于粒子群的大系统优化模型在灌区水资源优化配置中的应用

针对灌区水资源优化配置模型存在等式约束的特点,在分析粒子群算法寻优策略的基础上,建立了基于粒子群的大系统优化模型。同时,提出有效的控制粒子速度大小的方法,克服了粒子因速度过大易逃出约束空间而造成程序中断的不足,成功地将粒子群优化算法应用于作物灌溉制度的寻优中。利用此模型将有限的水资源分配到灌区中的不同子区、子区中的不同作物以及作物的各生育阶段,取得了较好的效果。

基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型

在分析总结当前农业干旱评估模型的基础上,利用"土壤-作物-大气连续体"理论,建立起水分运动的两层土壤计算模式,对作物蒸散量的变化规律进行描述。在此基础上,从作物受旱程度和产量损失关系出发,借助作物水分生产函数,并综合考虑各作物的权重,建立起农业干旱风险评估的静态、动态模型。实例表明,这些模型与传统模型相比,不仅适用于未来各种时间尺度下的干旱程度风险评估,而且能够提供出产量损失的信息,有较高的推广应用价值。

基于遗传程序设计的作物水分生产函数研究

利用遗传程序自动搜索模型结构能力强的优点,建立了基于遗传程序设计的作物水分生产函数模型。该方法通过演化计算自动寻找最优的模型结构,比传统统计方法具有较大的灵活性和智能性,避免了预先建立具体数学表达式的不便。将基于遗传程序设计作物水分生产函数模型同BP神经网络模型、Jensen模型以及Blank模型进行比较,实例表明,遗传程序设计的作物水分生产函数模型适应性强,拟合精度高,为作物水分生产函数的计算提供了新的有效方法。

农业干旱程度评估指标的量化分析

在指出目前各评估指标不足的基础上,提出了农业干旱评估指标最重要的是应正确反映干旱给农业造成的损失大小的思想,并以此建立了农业干旱评估指标的量化模型,即农业干旱评估指标的静态模型和动态模型,该指标不仅能定量计算而且能较准确的反映干旱给农业造成的损失。

井渠结合灌区水资源多目标优化配置模型与应用

将灌区的经济效益和生态环境效益结合在一起综合考虑,在灌区水资源配置时不仅只追求获得最大经济效益,同时尽量将地下水位控制在适宜范围内,以维持地下水资源的采补平衡,实现水资源的可持续利用。按此原则,建立了井渠结合灌区水资源多目标优化配置模型。实例计算表明:应用此模型指导井渠结合灌区的水资源配置可实现真正意义上的地表水和地下水联合运用,提高水资源利用效率。

数据包络分析在城市供水效率评价中的应用

为了提高城市供水效率,缓解我国城市用水危机,首先应对城市供水效率进行科学地评价,这是一个复杂的多指标综合评价的问题。在详细分析众多城市供水效率评价因素的基础上,建立了基于数据包络分析理论的城市供水效率相对有效性的评价模型,并将该模型应用于实际之中,结果表明该方法不仅对输入、输出数据有很大包容性,而且不需要预先给出指标的权重,比传统方法更加方便、有效。

农业干旱程度概率分布的研究

分析了目前各种农业干旱评估指标的不足,建立了能反映干旱给农业造成损失大小的农业干旱评估指标量化模型。利用该农业干旱程度评估模型,通过模拟和非参数检验对农业干旱程度的概率分布进行了研究,并利用河南省濮阳市实际资料,计算了当地农业干旱程度的概率分布。