灌区地表水地下水联合调度模型探究
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灌区地表水地下水联合调度模型研究
李彦彬1，2，徐建新2，黄强1，陈南祥2
（1.西安理工大学，陕西西安710048；2.华北水利水电学院，河南郑
州450008）
摘要：为了对灌区水资源进行优化调配，实现灌区水资
源的可持续利用，本文利用大系统分解协调、线性规划、动态
规划等方法建立灌区地表水地下水联合调度模型，并对模型进
行求解。模型在彭楼灌区水资源优化配置中得到应用，计算结
果合理。
关键词：灌区水资源优化配置调度模型可持续利用Discussion on association models of the earth’s s urface and underground water’s union utilization in irrigation district LI Yan-bin1, 2, XU Jian-xin2, HUANG Qiang1, CHEN Nan-xiang2 (1．Xi’an University of Technology, Xi'an 710048, China；２．North China University of Water Conservancy and Electric
基金项目：河南杰出人才创新基金项目（0421000300）资助；“彭楼灌区水资源优化配置与可持续利用研究”课题基金资助。
Power, Zhengzhou 450008, China) Abstract: The purposes of the present study are to optimize irrigation water resource and realize sustainable utilization of irrigation water resource. This paper establishes the association models of the earth’s surface and underground water’s union utilization in irrigation district accord with line plane, dynamic plane and big system decomposition and coordination approaches. At the same time, the models are solved. The models are applied in Pen Lou irrigation district’s water resource optimum association. The results indicate that the models are rational.
Key words: irrigation district; water resource; rational association; controlling model; sustainable
utilization
0．引言
灌区地表水地下水联合调度关于提高农业水资源的利用效率和灌区的经济效益，实现灌区水资源的优化配置具有重要的意义。当前具有普遍意义同时有有用价值的调度模型并不多见。基于此，作者结合
研究项目“彭楼灌区水资源合理配置与可持续利用研究”对此问题进行了专门研究。本次研究拟结合大系统分解协调理论，基于可持续进展的观点，对地表水和地下水进行联合调度，制定合理的区域配水方案，力求实现灌区水资源的可持续利用。
地表水和地下水联合灌溉系统是由互有水力联系的多种地表水资源和地下水资源共同供水，组成一个灌区。为便于研究可将灌区分为若干子区，在灌区内各种作物种植面积一定的条件下，通过地表水地下水联合调度，确定各子区内以及子区间地表水和地下水在各时段的优化供水量及作物的优化产量，以使灌区综合效益最大。
1．灌区地表水地下水联合调度模型建立
1．1子区内地表水地下水联合调度模型建立
本文采纳线性规划[1]建立子区地表水地下水联合调度模型，不同子区之间的配水属于灌区的总系统优化，多作物间的分配属于每个子区子系统的优化，作物各生育时期之间的配水属于每种作物子系统的优化。将作物子系统作为第一层，子区子系统作为第二层，灌区总系统作为第三层，通过供水量将一、二、三层联系起来，构成一个具有三层谱系结构的多级多目标的大系统，并用大系统分解协调模型求解[2] [3]。本文建立的灌溉水量最优分配的分解协调模型见图1。
数学模型如下：
（1）目标函数：
以灌溉净效益年值最大为择优准则
max= （1）
式中：Y K为第K类作物灌溉后的单产（kg/hm2）；Y K0为第K类作物
灌溉前的单产（kg/hm2）；P K为第K类作物单价（元/kg）；A K为第K类作物的灌溉面积（hm2）；ε为灌溉效益分摊系数；C q为渠灌运行年费用（元）；C j为井灌运行年费用（元）。
C q=C q0 C q0为渠道单位水量年运行费用（元/方）（2）
C j= C j0 C j0为水井单位抽水量年运行费用（元/方）（3）
（2）决策变量：X1KJ表示K种作物J时段内渠道引水量（m3）；X2KJ 表示K种作物J时段内地下水抽水量（m3）（J=1.2….T）。
（3）约束条件：
①渠道引水量约束：各时段渠道引水量不超过上级渠道可供水量
≤W J，W J为Ｊ时段上级渠道可供水量（m3）（4）
②地下水供水量约束：地下水开采量不超过同意开采量
（5）
式中：E为含水层年蒸发量（m3）；AT为子区总耕地面积（hm2）； A k 为第k类作物的灌溉面积（hm2）；β1，β2，β3分不表示引水渠段，灌溉土地上，非灌溉土地上的深层渗漏损失（以百分数计）；Δ１=1
－β1－γ1（β1，γ1分不表示引水渠段的深层渗漏，蒸发损失，以百分数计。）；R为年降雨量（m3／hm2）； M为地下水同意年开采量（m3）。
③各时段地下水开采能力约束
≤W2J W2J为J时段井灌抽水能力（m3）（6）
④需水量约束：各时段各作物的需水量由有效降雨、地表水和地下水来满足
ET KJ A K=(S KJ+P KJ-S KJ+1)A K+η1X1KJ+η2X2KJ （7）
式中：ET KJ为K类作物J时段需水量；η1为渠灌的有效利用系数，（以百分数计）；η2为井灌的有效利用系数，（以百分数计）；S KJ，S KJ+1分不表示K类作物J时段初和时段末的土壤含水量；P KJ表示K类作物J时段内有效降雨量。
⑤非负约束：X1KJ≥0；X2KJ≥0 （8）
1．2子区间水量优化模型
1．2．1 子区间水量优化分配模型
子区间可调配水量的分配要紧为可引地表水量的分配。按模型第
二层关系求出各子区中每种作物k灌溉所用地表水量m k和总地表水量m，再用前述地表水对各作物的灌溉净效益公式计算各区地表水量对每种作物的灌溉净效益之和F(m)，而后用多项式拟合出各区总地表水灌水量m i与其产生的灌溉净效益F i(m i)，作为引地表水量产生的灌溉净效益[4]。
（9）
（10）
（11）
关于协调层用动态规划模型求解，引入“时刻”因素。每个子区作为一个用水单位，看作一个时期，把同时N个子区进行水量最优化分配问题，变化为分时期依次对各时期进行水量分配的问题。
数学模型：
（1）时期变量：以每个子区作为一个时期，i=1，2，…，N。
（2）状态变量：各时期（每个子区）初可用于分配的总水量Qi。
（3）决策变量：分配给每个子区的净水量mi。
（4）系统方程：Qi+1=Qi－mi
（5）目标函数：以各子区获得的净水量产生的净效益之和最大为目标。即
城市供水系统优化调度 数学模型的建立
城市供水系统优化调度 数学模型的建立 摘要：介绍了城市供水系统优化调度的主要内容以及原则。同时介绍城市供水系统优化调度的研究状况。用水量预测研究是优化调度的基础和前提。用水量预测模型是在分析城市用水量序列数据模式的基础上, 综合利用多种方法建立的数学表达式。给水管网数学模型是建立水厂出厂压力和流量与管网测压点之间的经验数学表达式, 它反映了给水系统的运行工况。优化调度模型的建立和求解是优化调度的核心。 关键词：城市供水系统；优化调度模型；用水量预测 Optimal Operation of Urban Water Distribution System Wei Sheng （Beijing University of Civil Engineering and Architecture，School of Environment and Energy Engineering，Beijing，100044） Abstract：Primary coverage of urban water distribution system and its principles are introduced. At the same time introduce the situation of the urban water distribution system. Water consumption forecasting is the bases of optimal dispatching. Water consumption forecasting model is a mathematical representation which is based on the data pattern of urban water consumption series. Water distribution network model reflecting the operating mode of water distribution system, is an empirical equation based on the relation of pressure, water flow and pressure tap's data. Derivation of optimal dispatching model is primary. Key words：urban water supply system; optimal dispatching model; water consumption forecast 1．优化调度原因及概念
2017年水库联合调度演练计划
二0一七年钟前、白石水库联合调度演练 计划 为提高钟前、白石两水库管理站对突发性事件的防范与应急处理能力，进一步建立统一、快速、协调、高效的预警和应急处置机制。强调“以人为本、预防为主、协调一致、可操作性”的原则，结合水库管理人员岗位技能学习组织本次水库防汛应急演练。 一、背景 1、钟前水库自2016年开始创建水库工程标准化管理，同年6月份由钟前水电站组织水库管理人员自行编写了水库管理手册，经市水利电力总站审核批准后于7月1日开始试用。手册将水库的所有的管理事项进行了梳理，并针对每个管理事项设定岗位人员，对每个事项制定了操作流程。经过一年的使用大部分管理流程与实际管理工作能相对应，具有较强的可操作性。但在这一年的时间里钟前水电站管辖的几座水库均没有出现洪水过程，洪水调度工作没有进行实际操作演练。白石水库今年也被列入标准化管理创建单位，在今年的3月份编写了标准化管理手册并于4月份经市水利电力总站审核批准后开始试用。洪水调度流程没经过演练。 2、按照规定每年的汛前需要对机电设备进行一次试运行，检验设备的可靠性。 3、各岗位人员的执行能力需要考核和提高，对整个防汛应
急流程是否合理需要用演练来检验流程的合理性，特别是放水预警、备用柴油发电机组运行操作、闸门启闭操作、洪水调度计算等流程和台账是否合理、下游行洪通道人员撤离工作、通讯设备是否可靠以及管理平台操作是否熟练等。 二、目的 通过演练牢固树立参演人员安全责任意识；有效提高职工岗位操作技能和对突发性事件的应急处理能力，提高相关人员应急反应能力和组织协调能力，明确岗位职责和调度权限。整体提高对突发性事件的防范与应急处理能力，做到有计划、有步骤、有准备地防御洪水，迅速、及时和有效控制险情，保证水利工程及下游人民群众生命财产安全。 三、参演人员：全体水库管理人员、钟前水电站班子成员、 水电总站领导。 四、内容及步骤： 事件与险情：时间7月 X日，受XXX台风影响，水电总站启动X级防台应急响应，相关人员进岗到位。从7月 X日 X 时开始连续降雨，黄坦坑水库已经溢流；钟前水库水库水位升至120米，接近汛控水位。根据气象部门的雨情预测未来5小时内有特大暴雨，此时接防汛办放水泄洪调度令。受台风影响电力线路因故障而停电。 步骤： 1、操作指令签发；
遗传算法在交叉口配时优化中的应用
遗传算法在交叉口配时优化中的应用 摘要：介绍r模糊控制、人匸神经网络、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、女智能体等智能控制方法，详细分析了遗传算法的在交通控制领域的实际应用案例，更深入了解和学握了交通智能算法的应用。 关键词：优化：相位；配时参数：遗传算法 1引言 随着社会经济的发展，交通量急剧增长，交通拥堵加剧，交通事故频发，特别是在一些大城市，交通问题已成为制约城市经济发展的瓶颈⑴。为此，人们提岀建立智能交通系统(ITS)。作为ITS的重要组成部分，交通管理系统(ATMS〉在改善交通流秩序、提高交通安全性等方面发挥积极的作用。英中，交通信号优化控制是保证城市交通安全、有序、畅通、快速、高效运行的重要途径。当前，随着交通控制智能化的不断提高，智能控制方法在交通信号控制的重要性日益凸显。按照控制原理的不同，传统的交通信号控制分为宦时控制和感应控制。左时控制按事先设左的配时方案运行，英配时的依据是交通量历史数据°感应控制是某相位绿时根据车流量的变化而改变的一种控制方式，其中车流量可由安装在平面交叉口进口道上的车辆检测器测量。这两种控制方法存在共同的局限性：以数学模型为基础。由于城市交通系统中被控对象过程的非线性、较大的随机「?扰、过程机理错综复杂以及现场车辆检测的误差，建立精确的数学模型非常困难，这就适成了算法本身就有一定的缺陷。即使经过多次简化己建立的数学模型，它的求解还须简化计算才能完成。所以传统的交通控制方法并不能有效地解决目前复杂的交通问题。针对传统交通控制的固有缺陷和局限性，许多学者将模糊控制、神经网络、遗传算法、蚁群算法、多智能体技术等人工智能基础研究方法同常规交通控制方法结合应用。 2交通优化智能算法 2.1模糊逻辑 模糊逻辑是一种处理不确左性、非线性等问题的有力工具，与人类思维的某些特征相一致，故嵌入到推理技术中具有良好效果。模糊逻借不需要获取模型中的复杂关系，不需要建立精确的数学模型，是一种基于规则的智能控制方式，特别适用于具有较大随机性的城市交通控制系统。 2.2人工神经网络 人工神经网络是模拟生物的神经结构以及其处理信息的方式来进行计算的一种算法。它具有自适应、自组织和自学习能力，在认知处理、模式识别方而有很强的优势，最显著特点是具有学习功能。人工神经网络适用于非线性时变性系统的模拟与在线控制，交通控制系统正是一个非线性、时变系统。 2.3遗传算法 遗传算法是运用仿生原理实现在解空间的快速搜索，广泛应用于解决大规模组合优化问题。它是一种比较先进的参数寻优算法，对于不易建立数学模型的场合实实用价值较为突出，是以同样适用于交通工程。1997年，Kiseok和Michael等应用遗传算法对交通网络内的交叉口信号相位进行设计⑴，在交叉口形成的冲突点，结果显示该方法给出的相位方案要优于TRANSYT给岀的方案。同年，Memon等人给出了利用遗传算法进行信号配时方案设汁的研究结果。陈小锋，史忠科针对典型的多车道双向交叉路口的交通流分布, 建立四相位控制的动态交通控制模型，采用遗传算法同时对信号周期时长和相位绿灯持续时间进行优化⑶。承向军等对到达车辆数目进行模糊分类，将不同数量车辆的信号控制决策方案以规则集形式存储在知识库中，利用改进的遗传算法对交叉口信号模糊控制器的模糊规则进行优化，建立了新的优化算法【旬。顾榕等
地下水与地表水
地下水是如何分类的？ 地下水有广义和狭义的两种概念。广义的地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，包气带及饱水带所有含于空隙中的水均属此列。狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩石空隙中的水。 长期以来，水文地质学着重于研究饱水带岩石空隙中的重力水。但是，愈来愈多的水文地质学家认识到，饱水带水与包气带水具有不可分割的联系，不研究包气带水，许多重大的水文地质问题是无法解决的。可以说，现代水文地质学正处于由研究狭义地下水转向以广义地下水为研究对象。 地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布等有决定意义，其中最重要的是埋藏条件与含水介质类型。 所谓地下水的埋藏条件，是指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况。据此可将地下水分为包气带水、潜水及承压水。按合水介质类型，可将地下水区分为孔除水、裂隙水及岩溶水。将两者组合可分为9类地下水. 地下水分类表
饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。潜水自由水面称作潜水面。从潜水面到隔水底板的距离为潜水层含水厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。 潜水含水层直接与包气带相接，所以潜水可以通过包气带接受大气降水、地表水或凝结水的补给。潜水面不承压，通常在重力作用下由高水位向低水位径流。潜水的排泄，一种是径流排泄；另一种是通过包气带或植物蒸发排泄。 由于潜水埋深浅，上面无连续隔水层，因此与大气圈及地表水圈联系密切，积极参与水循环。其水位、水量和水质等受气象、水文因素影响大，人类活动容易造成潜水的污染，潜水资源一般都缺乏多年调节性。 充满于两个隔水层之间的含水层中的水，叫做承压水（见图2）。承压水含水层上部的隔水层称作隔水顶板，或叫限制层。下部的隔水层叫做隔水底板。顶底板之间的距离为含水层厚度。 承压性是承压水的一个重要特征。图2表示一个基岩向斜盆地，含水层中心部分埋没于隔水层之下，两端出露于地表。含水层从出露位置较高的补给区获得补给，向另一侧排泄区排泄，中间是承压区。补给区位置较高，水由补给区进入承压区，受到隔水顶、底板的限制，含水层充满水，水自身承受压力，并以一定压力作用于隔水顶板。用钻孔揭露含水层，水位将上升到含水层顶板以上一定高度才静止下来，静止水位高出含水层顶板的距离便是承压水头。井中静止水位的高程就是含水层在该点的测压水位。测压水位高于地表时，钻孔能够自喷出水。 承压水受到隔水层的限制，与大气圈、他表水圈的联系较弱。因此，气候、水文因素的变化对承压水的影响较小，承压水动态比较稳定。承压水资源不像潜水资源那样容易补充、恢复，但由于其含水层厚度一般较大，往往具有良好的多年调节性能。 承压水一般不易受到污染，但一经污染，很难使其净化，因此在开发利用承压水时应注意水源的保护。 当包气带存在局部隔水层时，在局部隔水层上积聚具有自由水面的重力水，便是上层滞水。上层滞水最接近地表，接受大气降水的补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐耗失。由于其水量不大，动态变化显著，只有在缺水地区才能作为小型暂时性供水水源。利用上层滞水作为饮用水源时，应特别注意防止其污染。
交通红绿灯配时优化模型研究
交通红绿灯配时优化模型研究 在人民物质生活日益提高的今天，解决交通的拥堵状况成为一大难题。文章通过对三角湖路口的交通状况进行探究，利用采集到的数据，如车辆的到达率和离开率，车辆的延误时间等，建立良好的模型，对红绿灯的时长进行相应的优化，达到优化等待时间的目的，最后将一些影响甚微的因素考虑进来，使得优化更精确。 标签：车辆到达率；离开率；延误时间；红绿灯时长 1 概述 近年来，随着国內经济的迅猛发展，人们的交通出行方式开始多样化，但机动车通行依然占据着主导地位，随着我国机动车数量的不断增多，交通事故和交通拥堵的现象也开始频发，而交叉路口在其中起着至关重要的作用，合理的优化红绿灯配时不仅能缓解交通压力，还能达到节能减排的目的，促进可持续发展。本文利用目前流行的红绿灯模型优化实际通行道路。 2 模型假设 （1）车辆在通行过程中，无交通事故造成拥堵。（2）忽略人为造成的交通现象。（3）忽略天气影响。（4）交通信号灯正常工作。 3 模型的建立 因为在不同的交叉路口，交通量呈现很大的随机性，所以在统计不同方向和车道的车辆时要尤为注意（在本次试验的路口有2个方向是无法左转的）。通过对车流量信息的统计，为模型建立提供数据。因为路口交通情况复杂，有很多因素影响着交通，如：过马路的行人数量，车辆的车速等等，那么如何来评定一个路口的交通状况好坏呢，可以利用车辆的延误时间的作为参考因素，因为车辆作为交叉路口通行情况的主要制造者，车辆因为各种因素造成的延误时间越长，交通状况就越差，延误时间越短，交通状况就越好，因为每个方向的车辆数，车道数存在差异，因此将4个方向的车辆延误时间之和，即总延误时间，作为评定标准。 通过实地研究发现，车辆的延误时间和每个路口车辆的到达率，离开率以及信号周期有关。记d为交叉路口的车辆到达率（辆/s），c为交叉路口的车辆离开率（辆/s），T为交叉路口信号周期（s），t绿为绿灯持续时间，发现：t1时刻红灯亮时，车辆陆续停留在路口等候，那么到达的车辆数就是车辆达到率乘车辆等候时间n1=d×t等，等到t2时刻绿灯亮时，车辆安全通过路口，当然不一定所有的等候车辆都能一次通过，有的车辆可能要等待2次红灯，那么在绿灯亮到t3时刻，即等候车辆都能安全通过（本文为优化交通状况，故视为一次均通过），通过车辆数为n2=c×（t3-t2）。当然离开率要大于到达率（不造成拥堵）。可以知
地表地下水联合调度
地表地下水联合调度--以豫北灌溉区为例 黄河下游引黄灌区概况 1自然地理 黄河下游自桃花峪至入海口,地跨河南、山东两省,河道长785.6km,横贯华北大平原。黄河下游地区属黄河冲积洪积平原区,地势平坦。由于黄河泥沙的淤积,河床高出地面,形成“二级悬河”,使下游地区具有理想的引输水条件,同时也容易发生决口和洪涝灾害。高出两岸的河床和沙壤土的高透水性,使得河水侧渗比较强烈,历史上涝、碱灾害比较严重,盐碱地、沙荒地和涝洼地分布较广。 黄河下游引黄灌区位于东经113°24’~118°59’，北纬34°12’一38°02’之间,在黄河两岸沿河道走向呈条带状分布。灌区总的地势由西南向东北呈缓缓倾斜之势,地面坡降在1/4000一1/10000之间,到下游河口地区,地面坡降更缓,多在1/10000以下。 由于黄河的历次决口、改道和泛滥,区内遍布古河床、古漫滩和沙丘岗地等,加之现代河流的作用和人类活动的影响,灌区内岗洼交错分布,微地貌复杂。 2气象水文 该区域属于暖温带半湿润半干旱季风气候,春旱多风、夏季多雨、秋旱冬寒、缺雨少雪是这一地区的主要气候特点。区内多年平均降水量600~700mm左右,降水量由东南向西北方向递减;区内蒸发量在1200mm左右,是降水量的2倍。降水的年际变化大,年内分配不均,降水量的70%集中在6~9月份,并多以暴雨形式出现,能为作物有效利用的降雨仅为作物需水量的三分之一左右,因此该地区几乎年年春旱, 夏涝秋又旱,冬寒干燥,旱涝灾害交替出现,而且常常出现连续干旱年或涝灾年。 3水资源及利用现状 3.1水资源概况 (1)降水量 降水是黄河下游地区当地地表水和地下水的主要补给来源,又是对灌区农作物生长有着直接影响的水资源。降水量的大小及时空分配对区域水资源量的多少与时空变化以及灌溉用水量的多少都起着决定性的作用。 (2)地下水 灌区的地下水资源补给来源主要有降水入渗、河道渗漏、灌溉入渗(包括渠系入渗和田间渗漏)、湖泊及闸坝渗漏等,通过地下水开采、潜水蒸发和地下径流等形式排泄。 3.2水资源开发利用现状 黄河下游地区水资源开发利用工程主要包括引河工程(含引黄工程、引用其它河水灌溉工程)、蓄水工程(含水库、坑塘、湖泊等)、机电提灌工程、机电井工程等。 4.以豫北灌溉平原为例 4.1联合调度的必要性 豫北平原第四系浅层地下水天然资源量为35.28×108m3/a,可采资源量为32. 2×108m3/a。据1991～2000年均衡计算,每年采补均衡差为-1. 54×108m3,即开采量大于天然补给量,已超采。同时地下水资源量分布与开采量分布的不吻合性,给地下资源的科学应用带来了诸如濮阳地面沉降等环境问题。有资料表明,到2010年豫北平原年需水量为45. 42×108m3, 2030年为76. 82×108m3,届时水资源问题会更加突出。 由于黄河断流现象逐年加剧,地表水资源保障力减弱,浅层地下水资源的不足在很大程度上意味着将来豫北平原水资源不能满足人类生产生活的需要,因此我们必须想办法增加补给量满足人们的需要。
地表水和地下水转化关系
3地表水和地下水转化关系分析 由于近年来挠力河流域水田面积不断增加，人工开采地下水资源量大于地下水可开采量，导致地下水位下降明显，湿地面积不断萎缩、结构破坏及功能退化，生态环境状况发生不可逆转的破坏，水循环模式发生着相应的改变，径流的产汇过程和时空分布规律发生着相应的变化、地表水和地下水资源之间转化关系同样会有所改变，因此研究本流域地表水和地下水之间的转化关系及转化量，对于研究本区域水资源循环机理以及对水资源合理配置和可持续利用具有很重要的实 际意义。 挠力河为左岸的较大支流之一，发源于脉北坡，境内七里嘎山。干流由西南流向东北，经、，于从左岸注入乌苏里江，主要支流有七星河、、等。挠力河上游为山丘区，坡度较陡，中下游为平原区和平洼区，流经的是三江平原腹地。 从1956 年开始，10万转业官兵开发北大荒。先后在宝清县境内外建起国营农场群。在县境内有 4 个国营农场，其中八五二农场场部设在南横林子，在境内开荒约10万hm2，八五三农场场部设在小清河，在境内开荒7万hm2，五九 七农场场部设在双柳河，境内开荒6万hm2，龙头农场场部设在龙头乡，在县境内开荒1万hm2。合计县内国营农场开荒共约24万hm2。另外，县外的国营农 场也进入县境抢开了大量荒地。 到1980年代初期，挠力河流域中宝清站和保安站以上的沼泽率分别降到20% 和17%，宝清站至莱咀子站间的沼泽率为43%。到1990 年代末，挠力河上游 的沼泽率已不足10%，中下游已降至17.1%。四个年代挠力河流域湿地面积的状况：1965年为97.46万hm2，1981 年68.2万hm2，1989 年59.60万hm2，1996 年52.26万hm2，可以看出，1960到1980年代，湿地面积变化非常明显，1980年代以后，变化比较缓慢。 天然状态下区内地下水主要通过蒸发、排向沼泽和江河等方式排泄。在人类活动影响下，主要城市和以地下水为主要灌溉水源的灌区，地下水位下降明显，改变了河水与地下水的天然补排关系，增大了江河水向地下水的转化量。 3.1主要江河代表性测站地表径流变化特征分析 根据挠力河流域菜咀子水文站1956-2014年系列资料，1956-1964年期间以丰水年为主，年平均径流量28.97亿m3；1965-2000年径流量减少，多年平均仅
水污染控制课程论文
课程论文 学号： XX13020300XX 姓名： XXX 专业：水利水电工程指导老师：朱亮老师 任课老师：朱亮老师
水质水量联合调度研究现状和发展趋势 XXX （河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098） 摘要：水资源短缺和水质恶化等问题是当前制约我国社会经济发展的重要因素之一，可通过水质水量联合调度 方式解决我国当前水资源问题。介绍了水质水量联合调度的概念和重要性，简析了国内外水质水量联合调度的 研究现状。针对现有的调度模型进行了分析，提出了水质水量联合调度中存在的水质水量相互影响考虑不足缺 少统一有效的模型空间分配模型欠缺等问题，并对我国水质水量联合调度研究工作进行了展望。 关键词：水质水量；联合配置；研究进展；调度模型 1 引言 水资源短缺是制约经济社会可持续发展的主要因素之一，缺水很大程度上是由于资源得不到科学分配和合理利用所造成，因此加强水资源的管理调度是提高水资源利用效率的重要方向。水量调度管理是一个逐渐发展的过程，从最初的用水量控制为主到总量与用水效率并重。随着社会生活水平和工业化程度的提高，水质恶化逐渐成为缺水的重要原因，频繁发生的水污染事件使得环境质量降低，生态系统退化。从水务一体化管理的发展趋势来看，水量和水质的联合调度是未来水量调配和水污染控制的主要决策技术。 从配置的角度分析，水量和水质是水资源的二重属性，二者相互影响不可分割，不同用水对水量水质的要求不同，需要结合水质要求对水量进行分配。从污染控制的角度考虑，水资源开发利用影响水循环，进而影响到水污染的治理，因此污染控制应和水资源开发利用统一考虑才能实现流域水环境质量的根本改善，通过水质水量联合模拟的模型和方法，实现对区域水量和水质的联合调度，达到水资源利用与区域环境保护的双重目标。实现水质水量统一合理的配置，必将有利于水环境与生态的改善和保护，最终实现水资源开发利用的良性循环。 本文联系最新发展动态归纳总结了水质水量联合调度的具体概念，通过对国内外水质水量联合调度的研究现状发现现有的问题。并针对现有的调度模型进行分析，从而提出我国水量水质联合调度过程中存在的问题和急需改进之处。 2 水质水量联合调度研究概况 水质水量联合调度的基本思路是：根据水资源管理的需求，水量水质联合调控的目标包括污染控制、水量配置和水生态保护。根据不同目标给出相应的控制方案，最后进行水量水质联合配置，形成总量控制方案，并进行方案后评估分析。 2.1 国外研究概况 水质水量联合调度是指按照流域水资源综合管理的理念，以防洪安全保证为前提，以流域水生态功能目标需求为导向，依托各种水利工程或非水利工程调度措施，优化调整径流的时空分配特征，从而实现水资源的经济、社会和生态环境综合效益最大化的一种水资源开发利用模式。按照调度目标指向可以分为以提高水环境容量改善水质状况为目标的水质调度和以保障环境流量为目标的生态调度，按照调度所依托的水工程类型可以分为水库（群）调度、闸坝（群）调度及流域综合调度，按照时段划分可以分为常规调度和应急调度。 国外对于水质水量联合调度的研究较早。从20世纪80年代后期，随着水资源研究中量与质统一管理理论研究的不断深入，国际上从单纯的水配置研究发展到水量、水质统一配置模型研究，从追求流域经济最优到追求流域总体效益最优为目标的合理配置研究，更加重视生态环境与社会经济的协调发展。 Afzal Javaid等人于1992年提出了针对某个地区的灌溉系统建立了线性规划模型，对不同水质的水量使用问题进行优化该模型能得到一定时期内最优的作物耕种面积和地下水开采量等成果，在一定程度上体现了水质水量联合调度的思想[1]。Lind.Owen.T等人，在2002年对查帕拉湖进行水质分析时，发现水质问题明显取决于水量，这就决定了水质水量问题必须统一协调考虑[2]。Gines.Munoz.J，2006提出将水质水量协调统一的方法用于解决水质有问题的大坝，建立系统评价模型决定大坝下泄水量等数据，该实例详细描
02第二章 地下水资源调查
第二章地下水资源调查 第一节地下水资源调查的目的、任务及工作步骤 一、地下水资源调查的目的与任务 地下水资源调查又称水文地质调查，其目的是查明天然及人为条件下地下水的形成、赋存和运移特征，地下水水量、水质的变化规律，为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供所需的资料。 虽然地下水资源调查的任务，视不同的用途和不同的精度要求而定，但都应查明地下水系统的结构、边界、水动力系统及水化学系统的特征，具体需查明下面3个基本问题： 1）地下水的赋存条件。查明含水介质的特征及埋藏分布情况。 2）地下水的补给、径流、排泄条件。查明地下水的运动特征及水质、水量变化规律。 3）地下水的水文地球化学特征。不仅要查明地下水的化学成分，还要查明地下水化学成分的形成条件。 地下水资源调查是一项复杂而重要的工作，其复杂性是由地下水自身特征所确定的。地下水赋存、运动在地下岩石的空隙中，既受地质环境制约又受水循环系统控制，影响因素复杂多变，因此地下水资源调查需要采用种类繁多的调查方法，除采用地质调查方法之外，还
要应用各种调查水资源的方法，调查工作十分复杂。地下水资源调查又是一项基础性工作，其成果为国民经济发展规划及工程项目设计提供科学依据，为社会经济可持续发展及生态和环境保护服务，是一项极为重要的工作。这就要求地下水资源调查人员既要掌握地下水的基本理论并具有较高水平的专业知识，又要熟练掌握地下水资源调查的基本方法，还要熟悉一些非专业的技术在地下水资源调查中的应用方法。 二、地下水资源调查工作的步骤 地下水资源调查工作一般分三步进行，即准备工作、野外工作和室内资料整理工作。 （一）准备工作 准备工作包括组织准备、技术准备及物资后勤管理工作准备，而其核心是技术准备工作中调查设计书的编写。 1．地下水资源调查设计书的定义 设计书是调查工作的依据和总体调度方案，是完成地下水资源调查工作的关键环节，在编写设计书之前应充分收集、整理、研究前人资料，如水文、气象、地理、地貌、地质及水文地质等资料，根据现有资料，确定调查区的研究程度，对调查区水文地质条件和存在问题有初步认识。 当缺乏资料或资料不足时，应组织有关人员进行现场踏勘，获得编制设计书所需的资料。
西安城市供水多水源水量水质联合优化调度_王晓峰
1999年10月 第29卷第5期 西北大学学报(自然科学版) J o urnal of N o rthw est U niv ersity(N a tur al Science Editio n) Oct.1999V o l.29No.5 收稿日期:1998-12-13 基金项目:陕西省第二农业区开发资助项目:(陕农发(1989)25号) 作者简介:王晓峰(1972-),男,陕西合阳人,西安理工大学硕士研究生,陕西师范大学教师,主要从事遥感与地理信 息系统研究。 西安城市供水多水源水量水质联合优化调度 王晓峰1 ,党志良 2 (1.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710062;2.西安理工大学环境工程学系,陕西西安 710048) 摘要:根据西安市严重缺水的供水形势及实际情况,对西安市两个主要水源建立了动态确定型多目标非线性数学模型,并从水量水质两方面对其进行约束;应用了先进的、专门用来求解大型数学模型的计算机软件—GAM S,使得模型计算速度快、精度高、通用性强;采用了垂向水温分布公式,在水质约束中很好地描述了水库的垂向水温分布形态,精度高、规律性强,并且公式中的参数可用多种途径估算;最后,得出27年各月的水量水质参数,供管理者和决策者参考使用。关 键 词:多水源;水量;水质;优化调度;GAM S 中图分类号:TV 213 文献标识码:A 文章编号:1000-274Ⅹ(1999)05-0437-04 多年来,西安城市供水严重不足,建设资金又很缺乏,本文不考虑供水系统中两个无调蓄能力的天然径流和事故水库,对两个具有调蓄能力的主要水源进行联合优化调度研究,以满足水量及水质(主指水温)不断变化的要求,同时兼顾周至、户县、岐眉和宝鸡峡塬下4个灌区的农业用水,在西安市引水工程中为决策者提供参考和借鉴。 1 数学模型的建立 1.1 模型概化 [1～2] 西安市城市供水多水源水量水质联合优化调度 可概化为图1。 黑河、石头河水库为多功能分层型水库,其综合优化调度问题是求动态确定型多目标非线性数学模型的问题,将权重法和约束法结合起来(即混合法),数学模型概化为: 目标函数,max {f a (X )};约束条件,G U ≥0;非负条件,X ≥0。1.2 模型的建立 1.2.1 优化计算原则 ①从系统供需平衡角度出 发,按约束法将反映供水、需水的综合问题作为基本 目标,按权重法中的层次分析法对其进行权重分配, 图1 西安市多水源联合供水概化图 Fig .1 Sketch o f multi -so urce of w ater union supply of Xi ′an city
考虑人均延误和人均排放的信号配时优化模型
第50卷 第9期2018年9月 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报JOＵRNAL OF HARBIN INSTITＵTE OF TECHNOLOGＹ Vol.50No.9Sep.2018 DOI：10.11918／ｊ.issn.0367-6234.201706174考虑人均延误和人均排放的信号配时优化模型 刘 畅，魏丽英 （北京交通大学交通运输学院，北京100044） 摘 要：为将绿色交通二公交优先等理念融入交叉口信号配时优化的建模策略当中，建立以交叉口人均延误二人均CO 排放为优化指标，以各相位有效绿灯时间为自变量的多目标信号配时优化模型.在人均延误公式中引入公交折减系数，用以避免公交绝对优先对社会车辆通行效率的负面影响.模型求解过程中运用模糊折中规划方法使量纲不同的两个目标函数实现无量纲化，令其取值在（0，l ）；采用模糊偏好方法计算两个目标的隶属度函数的权重值，进而将多目标函数转化为单目标函数；然后利用自适应惯性权重和异步学习因子相结合的优化粒子群算法，基于MATLAB 软件平台实现单目标函数的求解；最后将模型应用于实际案例，对各目标值进行比较分析.结果表明：优化后人均延误下降了0.94s ，下降幅度为3.87%.人均CO 排放量下降了1.25g ，下降幅度为12.74%.说明优化后的信号配时方案对于延误和排放具有优化作用，验证了模型的有效性.关键词：城市交通；信号配时；模糊折中规划；信号交叉口；粒子群算法 中图分类号：Ｕ121文献标志码：A 文章编号：0367－6234（2018）09－0083－06 Ｓｉｇｎａｌｔｉｍｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｐｅｒｃａｐｉｔａｄｅｌａｙａｎｄｐｅｒｃａｐｉｔａｅｍｉｓｓｉｏｎｓ LIＵChang，WEI Liying （Sｃhool of Traffiｃand Transportation，Beiｊing Jiaotong Ｕniversity，Beiｊing 100044，China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：To introduｃe the green traffiｃidea and the bus priority idea into the modeling strategy of signal timing optimization for interseｃtions，a multi-obｊeｃtive signal timing optimization model varying with the phase effeｃtive green light time was proposed by ｃonsidering the per ｃapita delay and per ｃapita CO emissions as the indexes.The bus deduｃtion ｃoeffiｃient was introduｃed into the delay per ｃapita to overｃome the negative effeｃt of absolute priority on private ｃar.The fuzzy ｃompromise method was used to transform the two obｊeｃtive funｃtions of different dimensions into a single obｊeｃtive funｃtion，and to determine the values of two dimensions lie in （0，l）.Fuzzy preferenｃe method was used to determine the membership funｃtion weights in the single obｊeｃtive funｃtion.The improved PSO （partiｃle swarm optimization ）whiｃh ｃombines the SAPSO （self-adaptive partiｃle swarm optimization）and the AsyLnCPSO （asynｃhronous learning-faｃtor ｃhanging partiｃle swarm optimization）were used to solve the single obｊeｃtive funｃtion based on the MATLAB software platform.Finally，the model was applied to an aｃtual ｃase and the target values were ｃompared and analyzed.Results showed that the per ｃapita delay reduｃed by 0.94s and deｃreased by 3.87%after optimization.The per ｃapita CO emission reduｃed by 1.25g and deｃreased by 12.74%.The optimized signal timing sｃheme has an optimal effeｃt on delay and emission，and the validity of the model was observed.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：urban traffiｃ；signal timing；fuzzy ｃompromise programming；signalized interseｃtion；partiｃle swarm optimization 收稿日期：2017－08－16 作者简介：刘 畅（1994 ），女，硕士研究生； 魏丽英（1974 ），女，副教授，硕士生导师通信作者：魏丽英，lywei＠bｊ.ｃn 交通拥堵和环境污染已成为许多国家和地区所面临的严峻挑战，发展公共交通和控制尾气排放被 认为是缓解这些问题的有效手段.国内外已有很多 学者展开这方面的研究，如文献［1］在公交专用道 不连续的情况下，建立了信号配时优化模型；文献 ［2］提出了一种分析公交信号优先策略（绿灯早启和绿灯延长）对于车辆延误影响的分析方法；文献 ［3］以总延误最小为目标优化信号周期，依据相位乘客流量比和相位饱和度确定绿信比.文献［4］根据公交车运行特性，在单点配时模型基础上，建立了定时式相邻交叉口的公交优先信号协调控制模型.但在已有研究中，评价指标多为车均延误二排队长度二通行能力等.同时以人均延误替代车均延误指标，以人均排放替代排放总量指标，可以体现以人为本和公交优先的思想，赋予公交一定的优先权，故本文建立了既考虑人均延误，又考虑人均排放的多目标信号配时优化模型，在保证公交运行效益的同时，万方数据
灌区地表水地下水联合调度模型探究
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灌区地表水地下水联合调度模型研究 李彦彬1，2，徐建新2，黄强1，陈南祥2 （1.西安理工大学，陕西西安710048；2.华北水利水电学院，河南郑 州450008） 摘要：为了对灌区水资源进行优化调配，实现灌区水资 源的可持续利用，本文利用大系统分解协调、线性规划、动态 规划等方法建立灌区地表水地下水联合调度模型，并对模型进 行求解。模型在彭楼灌区水资源优化配置中得到应用，计算结 果合理。 关键词：灌区水资源优化配置调度模型可持续利用Discussion on association models of the earth’s s urface and underground water’s union utilization in irrigation district LI Yan-bin1, 2, XU Jian-xin2, HUANG Qiang1, CHEN Nan-xiang2 (1．Xi’an University of Technology, Xi'an 710048, China；２．North China University of Water Conservancy and Electric 基金项目：河南杰出人才创新基金项目（0421000300）资助；“彭楼灌区水资源优化配置与可持续利用研究”课题基金资助。
Power, Zhengzhou 450008, China) Abstract: The purposes of the present study are to optimize irrigation water resource and realize sustainable utilization of irrigation water resource. This paper establishes the association models of the earth’s surface and underground water’s union utilization in irrigation district accord with line plane, dynamic plane and big system decomposition and coordination approaches. At the same time, the models are solved. The models are applied in Pen Lou irrigation district’s water resource optimum association. The results indicate that the models are rational. Key words: irrigation district; water resource; rational association; controlling model; sustainable utilization 0．引言 灌区地表水地下水联合调度关于提高农业水资源的利用效率和灌区的经济效益，实现灌区水资源的优化配置具有重要的意义。当前具有普遍意义同时有有用价值的调度模型并不多见。基于此，作者结合
流域水量调度技术与黄河水量调度
流域水量调度技术与黄河水量调度 [摘要]本文从技术上比较了国内外建立流域水量调度管理模型的优化和模拟两种主要方法的优缺点和适应范围，介绍了目前美国、荷兰和国内典型模型的类型和特点。对黄河水量调度现状进行了分析，提出了建立黄河水量调度模型的指导思想和应该追寻的目标，并对建立黄河水量调度模型需要考虑的因素和适宜的模型方法提出了建议。 [关键词] 水量调度模型黄河 1 流域水量调度分配技术 水资源科学配置与水量统一调度是合理开发利用全流域水资源的关键措施之一。在世界上水资源短缺的流域，水量分配制度已经历了几百年，甚至上千年的发展与完善，相应的调度分配技术也一直在不断发展与进步。 目前，在发达国家，水量调度分配注重的是生态、经济、环境和社会的可持续发展。但历史上形成的水量分配模式多数是以水权为基础的，这种分配模式并不是最理想的模式，但从可操作的角度看，却比基于生态和经济分析的方式容易接受和实施。 随着科学技术的进步和水资源一体化管理的认识的普及，流域水量调度分配技术得到了迅速提高，尤其是现代软件技术的发展，使得许多先进调度分配算法得到了实现，形成了许多流域水量调度分配的计算方法和数学模型。 1.1 优化方法 优化方法是在一些约束条件下推导出单个优化解的线性或动态非线性优化方法。这种方法在实际应用中有许多限制。首先，描述实际问题的方程通常是奇异方程，因此问题的解多数是奇异解，有时甚至没有解，因此优化算法通常比其他算法复杂而且十分脆弱。 优化模型的优点是问题的数学概化比其他模型简单。 这种方法只适用于目标明确且容易量化的问题。所以对流域规划考虑最大经济目标问题是非常有效的。而对涉及一些不易量化成线性或半线性方程为目标的水量分配问题是困难的。 1.2 模拟方法
地表水与地下水相互作用研究进展
地表水与地下水相互作用研究进展 发表时间：2018-11-16T20:31:18.390Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：曾丽[导读] 摘要：指出地表水与地下水密切相关，地表水与地下水的相互作用模式和转化规律是水文学和水文地质学的关键问题之一。 浙江省第十一地质大队浙江温州 325006摘要：指出地表水与地下水密切相关，地表水与地下水的相互作用模式和转化规律是水文学和水文地质学的关键问题之一。本文收集整理了最新数据，总结了地表水与地下水相互作用的研究方法，提出了地表水与地下水耦合模型修正的重点，即获取非模型本身的信息。测定地表水和地下水之间的接口和改善地表水的准确性，通过地下水耦合模型，分别研究未来的两个方面，并提出一种可行的解决方案： 提高效率的实时数据观察和反馈，同步调度实体模型建立，实时可视化界面的优化仿真模型；结合不同研究尺度的实际情况，结合多个模型，提高了耦合模型的耦合程度和精度。 关键词：地表水；地下水；相互作用；耦合模型；交互界面 1前言 地表水和地下水是相互关联的水文连续体，存在于山地岩层、河流系统、沿海地区和岩溶地区。这是计算水文循环和收入的一个重要因素。由于地表水和地下水的交换，热量和物质的数量维持着河流生态系统的基本功能，对流域水资源的管理和保护、流域的水污染防治和生态健康具有重要意义。在水质方面，这一过程影响水化学成分的分布和演化。在水量方面，地下水是部分流域特别是部分干旱地区水文循环和水资源转化的主导因素和主导因素。在降雨少的地区，河床渗流占供水的很大比例，地下水含水层在旱季以底流的形式排入河流，保证了河流的流动，维持了生态系统。随着人类社会和经济活动的发展，许多河流水利工程的建设和运营的地下水开发和改进灌溉运河系统管网系统、空间和时间分布的流域水资源、水资源供给和需求之间的矛盾，合理分配水资源发挥巨大作用，干扰地表水和地下水系统在同一时间，灌溉用水和地下水的开采改变了地下水循环的表面，导致河流径流量的下降和生态退化等问题。 2地表水-地下水循环转化规律及其影响因素 2.1 地表水与地下水循环形式 地表水与地下水相互作用的核心是地表水和地下水循环。准确认识地表水和地下水循环的机理和过程，是支持流域水资源综合利用和保护的基本条件。地表地下水循环与水资源管理及其定量研究密切相关。20世纪90年代，水文地质学家开始更加重视河流附近地表地下水的交换研究。一般来说，高地形区是地下水补给区，低地形区是地下水排泄区。地表水和地下水补给机制过程涉及多个因素，多维空间可变性和水力特性，结合不同情况，有许多复杂的水文过程，本质上是通过地表水和地下水的渗透流量，与降水、表面水河基流、泄漏（如湖泊、河流、渠道等）水循环。其中地表水和地下水的转化包括湖泊、河流和地下水、地下水和湿地/滨海含水层系统的演化、泉水流量等形式，以及人类活动引起的地表水和地下水的转化系统演化。 2.2自然影响因子 在河流含水层系统的研究中，对流域地质、河流特征、水文条件等自然水循环影响因素的综合分析，一直是地表水和地下水循环系统驱动的一个热点，改变了地表水和地下水的变化。 2.2.1流域地质地貌：对于地下水含水层而言 从宏观的角度来看，河流和地下水盆地地质因素控制之间的关系的相互关系和演化的基本模式，如深谷许多天然河流的上游河中间的不完整的切割含水层和低的谷平原，它显示了明显的河流演化的差异，如含水层系统的演化过程。 2.2.2河床特征 在河-含水层系统中，河床特征主要是指与河床岩性有关的物理参数。在河流范围内，地表水和地下水流经下游河床的“底流区”是复杂的，维持着底栖动物、微生物、物理化学、水文等复杂的过程。一些学者对地下水渗流和污染物运移的影响进行了定量研究。地下水的排放强度影响着河床物质、水交换和区域的过渡带，也影响地表水水文径流。 2.2.3水文机制 河流径流和地下水位的变化将直接改变含水层河流与排水的关系。例如，河流与地下水位之间的季节变化关系不仅会影响水力梯度的大小，有时甚至会影响水交换的方向，导致地下水循环与置换的复杂演化。 2.3人类活动的影响 然而在干旱和半干旱盆地，水资源短缺，人类活动对水资源系统的影响更为明显，导致一些盆地地表水和地下水的交换能力下降，改变了水文循环。在社会经济发展中，人类通过开发利用水资源来干扰地表地下水循环的自然状态，从而改变了河流与含水层之间的关系和流域之间的关系。例如，河流改道将减少径流和补充地下水。根据地下水灌溉面积的不同，地下水开采、河道渗流和渗流过程间接地改变了地表水和地下水的运动，一些渠道的渗流场已成为地下水主要的补给形式。特别是在一些干旱地区，人类活动引起的土地利用和渠道渗漏的变化对地下水地表的时空分布有很大的影响。 3主要研究方法为了改善河流径流，保持地下水位，对地表水和地下水循环的水文过程演化进行合理的模拟分析和管理是十分重要的。 3.1直接水测量 利用含水含水层渗流仪和河床界面比例尺可确定地下水的渗漏和排泄情况。然而，平均的河床渗漏需要大量的观测点数据，测量数据也需要一个点尺度。大规模数据的收集比较困难，实际应用研究相对较少。 3.2间接实验方法 地表水和地下水的汇率是用热力学或同位素化学方法计算的。由于地下水的水温相对恒定，河流的水温一般具有季节变化规律，因此可以通过相关的温度观测和热力学方法对水的交换过程进行建模和计算。 3.3水平衡方法 将水平衡法分为多断面水流观测法、河流径流分割法和物质跟踪法，确定地表水与地下水之间的水交换关系。河流的净流入或流出是通过观察不同区域的多条河流而决定的。 4主要模拟技术