亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于NSGA-Ⅲ算法的區(qū)域水資源優(yōu)化配置研究

        2022-11-09 08:35:54李治軍黃佳俊王華凡
        河南科學 2022年9期
        關(guān)鍵詞:經(jīng)濟效益優(yōu)化

        侯 岳, 李治軍, 黃佳俊, 王華凡

        (黑龍江大學水利電力學院,哈爾濱 150000)

        水是人類生存發(fā)展的重要資源,隨著城市化進程加快,城市用水需求、農(nóng)田灌溉用水量不斷增加,目前水資源短缺、各用水部門分配水量不協(xié)調(diào)、水資源供需矛盾等問題已嚴重影響到社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1-2],特別是水資源相對匱乏、農(nóng)業(yè)用水較大的地區(qū)水資源系統(tǒng)面臨著極大的挑戰(zhàn),因此為水資源合理配置和持續(xù)利用提供指導尤為重要.

        近年來,水資源優(yōu)化配置研究已得到越來越多的國內(nèi)外學者重視,并在多個方面取得進展. Noori 等[3]采用遺傳算法、合作博弈論和ABM三種主要方法對塔江流域進行水資源優(yōu)化配置,為水資源需求管理和最佳水量分配創(chuàng)造一個水文-環(huán)境-人類關(guān)系;Kutty和Hanumanthappa[4]以孟加拉國魯市為例利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對國內(nèi)用水部門進行水資源優(yōu)化配置構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)模型;吳云等[5]以汾河下游谷地供水區(qū)為例,采用改進飛蛾撲火算法尋優(yōu)結(jié)果對所構(gòu)建的研究區(qū)進行水資源優(yōu)化配置;杜佰林和楊丹[6]以縣作為研究區(qū),以社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益為目標建立模擬退火粒子群優(yōu)化配置模型,對不同規(guī)劃年進行水資源優(yōu)化配置;田林鋼和楊丹[7]基于鯨魚優(yōu)化算法對縣級研究區(qū)規(guī)劃年的水資源進行優(yōu)化配置. 綜合國內(nèi)外研究成果,NSGA-Ⅲ算法大多應(yīng)用于車間或水庫調(diào)度問題的研究[8-9],水資源優(yōu)化配置應(yīng)用較少,目前水資源優(yōu)化配置的研究較多,其中以縣為單位針對農(nóng)業(yè)用水量較大的市級作為研究區(qū)的水資源優(yōu)化配置研究較少. 鑒于此,本文選取三江平原的佳木斯市為例,基于社會-經(jīng)濟-生態(tài)環(huán)境效益目標構(gòu)建水資源多目標優(yōu)化配置模型,以2020年為現(xiàn)狀年,2030年為規(guī)劃年,利用NSGA-Ⅲ算法求解pareto最優(yōu)解集,利用目標函數(shù)的側(cè)重點不同,得到規(guī)劃年佳木斯市各子區(qū)域各用水部門的四種水資源配置方案,對四種方案進行對比,得出最優(yōu)方案為水資源優(yōu)化配置提供科學依據(jù),保障水資源系統(tǒng)與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展相協(xié)調(diào).

        1 NSGA-Ⅲ算法

        NSGA-Ⅲ算法是Deb和Jain[10]在NSGA-Ⅱ算法的基礎(chǔ)上改進而來的,該算法基于參考點機制對種群個體進行選擇,取代了NSGA-Ⅱ算法中擁擠度和擁擠度比較算子的計算,采用參考點引導種群搜索方向,提高種群的多樣性,并且pareto解在非支配層上分布較為均勻,有效提升了算法的收斂性,具體算法流程描述如下.

        1)生成新種群. 首先在隨機化過程中產(chǎn)生一組規(guī)模為N的父代種群Pt,用遺傳算子(選擇、重組、變異)對父代種群進行操作,生成一組規(guī)模為N的子代種群Qt,再將父代種群Pt與子代種群Qt組合(Pt∪Qt),得到一組規(guī)模為2N的種群Rt. 再將種群Rt通過非支配排序分為多個非支配層,把每個支配層的個體依次加入下一代子代集合D,當集合D的規(guī)模大于N時,在該非支配層級下挑選種群規(guī)模為N的一組個體,生成新的種群St.

        2)參考點設(shè)置. 在標準化超平面上,按照公式(1)均勻產(chǎn)生參考點,其參考點在(M-1)維的超平面上,M為目標函數(shù)個數(shù),如果將每個目標分為S份,即其參考點R的數(shù)量為:

        計算每個目標函數(shù)的極值點,具體公式如式(3)所示:

        式中:δ為坐標軸的單位方向向量,當δi=0時,則取10-6.

        根據(jù)各個坐標軸的極值點與其理想點組成的直線構(gòu)造M維的線性超平面,該面與坐標軸的焦點即為截距αi,通過線性超平面通用方程,代入具體函數(shù)值求出截距,利用截距按照公式(4)進行歸一化處理.

        4)輸出配置方案. 原點與參考點的連線作為參考線,計算種群St中個體到各參考線的距離,個體與參考線距離最近建立關(guān)聯(lián)關(guān)系,利用參考點最優(yōu)策略機制選擇靠近參考點規(guī)模為N的一組個體加入下一代種群中,算法迭代往復進行,直至達到收斂條件.

        NSGA-Ⅲ算法流程見圖1.

        圖1 NSGA-Ⅲ算法流程Fig.1 NSGA-Ⅲalgorithm flow

        2 實例分析

        2.1 研究區(qū)概況

        佳木斯市位于黑龍江省東北部,地處三江平原腹地,屬中溫帶大陸性季風氣候,多年平均降雨量553 mm,降雨量時空分布較為不均. 由于該市為我國重要商品糧基地和三江平原重點開發(fā)區(qū),農(nóng)業(yè)部門用水較大,水資源開發(fā)程度較高,截至2020年,已嚴重超過當?shù)氐乃Y源開發(fā)利用控制指標,這也將導致水資源供需不平衡、各部門用水不協(xié)調(diào)等系列問題日益突出. 因此,對佳木斯市進行水資源優(yōu)化配置,以有效緩解水資源供需矛盾、提高供水效率,實現(xiàn)各用水部門科學合理化配置.

        2.2 水資源優(yōu)化配置模型構(gòu)建

        2.2.1 目標函數(shù)1)社會效益目標. 在滿足各用水部門的用水需求的基礎(chǔ)上,以研究區(qū)水資源缺水量最小為社會效益目標.

        2)經(jīng)濟效益目標. 在以經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展為前提下,區(qū)域各用水部門需水所帶來的經(jīng)濟效益最大為經(jīng)濟效益目標.

        2.2.2 約束條件

        1)供水能力約束:

        4)變量非負約束:

        2.2.3 模型參數(shù)的確定

        1)供水次序與需水公平系數(shù). 供水次序系數(shù)表示各水源供水的優(yōu)先程度;用戶公平系數(shù)表示各用水部門得到供水的優(yōu)先程度,與供水次序系數(shù)相似,與用戶優(yōu)先得到供水的次序有關(guān),參考公式如下:

        式中:ni表示k子區(qū)的i水源的供水次序序號;nmax表示k子區(qū)水源供水次序最大值.

        根據(jù)公式計算求得地表水、地下水及非常規(guī)水源的供水次序系數(shù)分別為:0.5、0.33、0.17;各用水部門的用水公平系數(shù)分別為:生活用水0.33、生態(tài)環(huán)境用水0.27、第三產(chǎn)業(yè)用水0.2、工業(yè)用水0.13、農(nóng)業(yè)用水0.07.

        2)用水效益系數(shù)與用水費用系數(shù). 工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)用水效益系數(shù)通常由部門工業(yè)增加值用水量與第三產(chǎn)業(yè)增加值用水量的倒數(shù)確定,農(nóng)業(yè)用水量由單位面積農(nóng)業(yè)灌溉效益與農(nóng)業(yè)灌溉定額的比值確定,根據(jù)該區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展狀況,確定生活用水、生態(tài)環(huán)境用水效益系數(shù)取300元/m3,工業(yè)用水取45元/m3,第三產(chǎn)業(yè)用水取8元/m3,農(nóng)業(yè)用水取14元/m3;以2020現(xiàn)狀年供水價格為標準確定用水費用系數(shù),居民生活用水為2.8元/m3,農(nóng)業(yè)用水為0.16元/m3,工業(yè)用水為2.7元/m3,第三產(chǎn)業(yè)用水為2.5元/m3,生態(tài)環(huán)境用水為1.5元/m3.

        3)污水中COD 排放濃度與污水排放系數(shù). 根據(jù)研究區(qū)相關(guān)資料,確定該區(qū)域的污水排放中化學需氧量(COD)為60 mg/L,故以此作為規(guī)劃年的污水中COD 排放濃度. 本文只考慮生活和工業(yè)污水的排放,其規(guī)劃年生活污水排放系數(shù)為0.75,工業(yè)污水排放系數(shù)為0.55.

        2.3 供需水量預(yù)測

        研究區(qū)需水量預(yù)測是水資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ),主要包括居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)及生態(tài)環(huán)境用水量,常用的方法有定額法、時間序列法、多元線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等,本文采用定額法選取2020年為現(xiàn)狀水平年,以2030年為規(guī)劃年對各部門需水進行預(yù)測. 規(guī)劃年供水量根據(jù)研究區(qū)用水總量控制方案、水資源規(guī)劃確定,規(guī)劃年佳木斯市各水源地可供水量與各用水部門需水量預(yù)測結(jié)果見表1.

        表1 2030年佳木斯市供需水量預(yù)測結(jié)果Tab.1 Forecast results of water supply and demand of Jiamusi in 2030單位:萬m3

        3 模型運行結(jié)果分析

        在佳木斯市規(guī)劃年水資源優(yōu)化配置與調(diào)度中,主要包括三個目標函數(shù),分別是社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境效益目標. 因此,本文以每個目標分別為側(cè)重點,利用Delphi法[11]設(shè)定每個目標函數(shù)的權(quán)重,使每個目標函數(shù)達到最優(yōu)化配置,主要提出以下四種不同優(yōu)化配置方案:方案一約束條件不變,優(yōu)先考慮社會效益目標,經(jīng)濟效益目標與生態(tài)環(huán)境效益目標權(quán)重分別為0.55和0.45;方案二約束條件不變,優(yōu)先考慮經(jīng)濟效益目標,社會效益目標與生態(tài)環(huán)境效益目標權(quán)重分別為0.55 和0.45;方案三約束條件不變,優(yōu)先考慮生態(tài)環(huán)境效益目標,社會效益目標與經(jīng)濟效益目標權(quán)重分別為0.55和0.45;方案四約束條件不變,綜合考慮3個目標函數(shù),使社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展.

        采用NSGA-Ⅲ中pareto最優(yōu)解求解上述四種不同配置方案,設(shè)置種群數(shù)N=300,進化迭代500次,分別求得研究區(qū)規(guī)劃水平年2030年佳木斯市水資源優(yōu)化配置方案,具體見表(2)~(5).

        表2 各用水部門水資源優(yōu)化配置方案一Tab.2 Optimal allocation option 1 of water resources in each water-using sector單位:萬m3

        表3 各用水部門水資源優(yōu)化配置方案二Tab.3 Optimal allocation option 2 of water resources in each water-using sector單位:萬m3

        表4 各用水部門水資源優(yōu)化配置方案三Tab.4 Optimal allocation option 3 of water resources in each water-using sector單位:萬m3

        表5 各用水部門水資源優(yōu)化配置方案四Tab.5 Optimal allocation option 4 of water resources in each water-using sector單位:萬m3

        根據(jù)不同側(cè)重點,制定四種水資源優(yōu)化配置方案:方案一,社會效益目標可供水量盈余819萬m3,經(jīng)濟效益目標為642 737萬元,生態(tài)環(huán)境效益目標COD排放量22 101 t,配水總量為581 229.4萬m3;方案二,社會效益目標缺水量為26 281.4萬m3,經(jīng)濟效益目標為69731萬元,生態(tài)環(huán)境效益目標COD排放量28 220 t,配水總量為608 330.4萬m3;方案三,社會效益目標缺水量為1720.5萬m3,經(jīng)濟效益目標為580039萬元,生態(tài)環(huán)境效益目標COD排放量7 911.1 t,配水總量為583 769.5萬m3;方案四,社會效益目標缺水量為109.7萬m3,經(jīng)濟效益目標為672 065萬元,生態(tài)環(huán)境效益目標COD排放量22 090 t,配水總量為581 939.3萬m3.

        綜上四種水資源優(yōu)化配置方案可知,方案一為了降低全市的缺水程度,從而減小了各用水部門的需水量,但未充分考慮區(qū)域的經(jīng)濟效益,使其經(jīng)濟效益目標值是四種方案中最低;方案二側(cè)重于經(jīng)濟效益,生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)的用水量大幅度提升,導致缺水率嚴重、污染物排放量較大的情況;方案三側(cè)重于生態(tài)環(huán)境的保護,增大第三產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境的用水量,降低了污染物的排放量,但經(jīng)濟效益同樣較低,未能滿足區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展;方案四側(cè)重于社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境三方面協(xié)調(diào)發(fā)展,保證在滿足生活用水的前提下,調(diào)整用水結(jié)構(gòu),加大第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)環(huán)境用水量,既注重社會經(jīng)濟發(fā)展,又考慮到生態(tài)環(huán)境的保護與管理,整體水量配置符合社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展. 因此方案四可推薦作為研究區(qū)水資源優(yōu)化配置的最優(yōu)方案,為決策者提供參考依據(jù). 方案四社會-經(jīng)濟-生態(tài)環(huán)境效益目標pareto最優(yōu)解見圖2.

        圖2 社會-經(jīng)濟-生態(tài)環(huán)境效益pareto最優(yōu)解集(方案四)Fig.2 Pareto optimal solution set for the social-economic-ecological and environmental benefits(option 4)

        4 結(jié)論

        1)NSGA-Ⅲ算法利用參考機制提高了種群的多樣性,在求解水資源多目標優(yōu)化配置中,模型運行速度較快,pareto最優(yōu)解收斂性較好,且優(yōu)化結(jié)果精度較高,應(yīng)用于水資源優(yōu)化配置具有良好的表現(xiàn),為日后解決類似研究提供新的方法.

        2)根據(jù)目標函數(shù)的側(cè)重點不同,共求得四種水資源優(yōu)化配置方案,其中方案一水資源缺水量最小,方案二經(jīng)濟效益最大,方案三化學需氧量排放量最小,方案四社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境效益較其他3個配置方案較為適中,基本滿足規(guī)劃年用水需求,可作為最優(yōu)方案,為研究區(qū)水資源科學合理配置提供參考依據(jù).

        猜你喜歡
        經(jīng)濟效益優(yōu)化
        超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化思考
        民用建筑防煙排煙設(shè)計優(yōu)化探討
        關(guān)于優(yōu)化消防安全告知承諾的一些思考
        造價人員在提高企業(yè)經(jīng)濟效益中如何發(fā)揮積極作用
        一道優(yōu)化題的幾何解法
        由“形”啟“數(shù)”優(yōu)化運算——以2021年解析幾何高考題為例
        合理控制工程造價提高經(jīng)濟效益的探討
        如何提高農(nóng)村合作社的經(jīng)濟效益
        新形勢下經(jīng)濟效益審計的新措施
        休閑產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益分析
        消費導刊(2018年8期)2018-05-25 13:19:54
        完整版免费av片| 在线免费观看亚洲天堂av| 午夜视频在线观看国产| 国产在线无码一区二区三区视频| 黄瓜视频在线观看| 国产女人精品视频国产灰线| 极品少妇一区二区三区四区| av免费播放网站在线| 亚洲av福利无码无一区二区| 日韩成人精品在线| 国产一级一片内射视频在线| 熟妇高潮一区二区三区在线观看| 国产精品夜间视频香蕉| av无码av在线a∨天堂app| 日本熟女视频一区二区三区| 久久精品国产99久久久| 欧美亚洲日本国产综合在线| 久久久午夜毛片免费| 蜜桃国产精品视频网站| 久久精品亚洲精品国产色婷| 国产自偷亚洲精品页65页| 亚洲国产精品综合久久20| 熟女免费视频一区二区| 亚洲av美国av产亚洲av图片| 国产nv精品你懂得| 一本久久伊人热热精品中文| 老女老肥熟女一区二区| 成人黄色网址| 日韩精人妻无码一区二区三区 | 亚洲女同同性一区二区| 91九色精品日韩内射无| 精品无码一区二区三区的天堂| 国产精久久一区二区三区| 九九久久精品国产| 精品丝袜一区二区三区性色| 少妇被粗大进猛进出处故事| 午夜内射中出视频| 精品久久综合一区二区| 国产精品女同av在线观看 | 无码人妻av一二区二区三区| 久久人人做人人妻人人玩精|