基于FloPy和NSGA-Ⅲ的地下水模拟优化模型

地下水模拟优化模型是实现地下水资源可持续利用的重要工具,当前采用紧密耦合的方式构建地下水.模拟优化模型的研究较少。为此,采用Python语言开发的Modflow工具FloPy构建了一个地下水多目标管理的数值模拟模型,即基于Python语言的多目标优化框架Pymoo建立一个紧密耦合的多目标地下水模拟优化模型,并采用多目标遗传算法NSGA-Ⅲ进行求解。结果表明,使用FloPy可通过编写代码的方式快速构建、运行和修改地下水数值模拟模型,且便于与优化算法耦合;Pymoo框架下的NSGA-Ⅲ算法可快速求解多目标地下水模拟优化模型。算例表明,采用基于Python语言的FloPy和Pymoo构建的多目标地下水模拟优化模型在数据处理、模型构建、结果分析及绘图方面有突出的优势。

基于模拟优化模型的干旱风沙草原区水-粮食-能源关系

定量分析干旱风沙草原区水-粮食-能源(WFE)关系,可为制定草原区生产、经济和生态环境等政策提供科学的支持.采用基于Python语言的MODFLOW模型——FloPy,在考虑研究区牧草产量和灌溉能源消耗的基础上,构建了一个紧密耦合干旱风沙草原区WFE系统理想案例的多目标模拟优化模型,并使用多目标优化工具Pymoo框架下的NSGA-Ⅱ算法进行了求解.结果表明:所构建的模拟优化模型可以定量计算干旱风沙草原区的WFE关系,Pymoo提供的NSGA-Ⅱ算法在WFE关系多目标优化中具有较好的搜索效率与稳定性;使用权重wx对设定的6种方案进行对比分析,一般年(方案1—3)与干旱年(方案4—6)的地下水水位差最大值分别为1.15,1.43,1.34,0.96,1.26,1.15 m;一般年和干旱年灌溉水量最大可减少136.90%和134.37%,作物产量增加18.60%和18.31%,节省能源26.94%和27.89%.

基于水量水质耦合模拟优化的渠井结合灌区多目标水资源优化配置模型与方法

为探究灌区考虑水质水量耦合模拟优化的水资源优化配置模型与方法,基于FloPy和Pymoo构建了水量水质耦合的多目标模拟优化模型。采用地下水数值模拟模型MODFLOW和溶质输移模型MT3D模拟了灌溉引起的地下水位变化和污染物的扩散过程,考虑灌溉收益、作物水分生产率、地下水位变幅和污染扩散4个目标,分别采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ对该问题进行求解,并对比分析了两种方法的实际应用效果。采用多准则分析评价方法TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution),推荐了灌溉方案。推荐灌溉方案在平水年和枯水年分别可以最大减少地下水位变幅56%和43%,最大减少污染扩散面积54%和40%。