Hydrologická optimalizace - Hydrological optimization - Wikipedia
Hydrologická optimalizace platí matematická optimalizace techniky (např dynamické programování, lineární programování, celočíselné programování nebo kvadratické programování ) na problémy spojené s vodou. Tyto problémy mohou být pro povrchová voda, podzemní voda nebo kombinace. Práce je interdisciplinární a může ji provést hydrologové, stavební inženýři, inženýři v oblasti životního prostředí, a provozní výzkumní pracovníci.
Simulace versus optimalizace
Toky podzemní a povrchové vody lze studovat hydrologicky simulace. Typickým programem používaným pro tuto práci je MODFLOW. Simulační modely však nemohou snadno pomoci při rozhodování o správě, protože simulace je popisná. Simulace ukazuje, co by se stalo za určitých podmínek. Optimalizace naopak najde nejlepší řešení pro soubor podmínek. Optimalizační modely mají tři části:
- Cíl, například „Minimalizovat náklady“
- Proměnné rozhodování, které odpovídají možnostem dostupným pro správu
- Omezení, která popisují technické nebo fyzické požadavky kladené na možnosti
Chcete-li použít hydrologickou optimalizaci, je spuštěna simulace k nalezení koeficientů omezení pro optimalizaci. Inženýr nebo manažer pak může přidat náklady nebo výhody spojené se sadou možných rozhodnutí a vyřešit optimalizační model tak, aby našel nejlepší řešení.
Příklady řešení problémů s hydrologickou optimalizací
- Sanace kontaminantů v kolektorech.[1] Rozhodovacím problémem je, kam umístit vrty a zvolit rychlost čerpání, aby se minimalizovaly náklady, aby se zabránilo šíření kontaminující látky. Omezení jsou spojena s hydrogeologickými toky.
- Přidělení vody ke zlepšení mokřadů. Tento optimalizační model doporučuje přidělení vody a invazivní kontrolu vegetace ke zlepšení mokřadního stanoviště prioritních druhů ptáků. Tato doporučení podléhají omezením, jako je dostupnost vody, prostorová konektivita, kapacity hydraulické infrastruktury, reakce vegetace a dostupné finanční zdroje.[2]
- Maximalizace abstrakce studny s výhradou omezení toku prostředí.[3] Cílem je co nejpřesněji měřit účinky využití vody každého uživatele na ostatní uživatele a na životní prostředí a poté optimalizovat dostupná dostupná řešení.
- Zlepšení kvality vody. Jednoduchý optimalizační model identifikuje kombinaci minimalizující náklady osvědčené postupy řízení snížit přebytek živin v povodí.[4]
- Nyní se navrhuje hydrologická optimalizace pro použití s inteligentní trhy pro vodní zdroje.[5]
- Optimalizace potrubní sítě pomocí genetické algoritmy.[6]
Optimalizace omezená na PDE
Parciální diferenciální rovnice (PDE) jsou široce používány k popisu hydrologických procesů, což naznačuje, že vysoká míra přesnosti hydrologické optimalizace by se měla snažit začlenit Omezení PDE do dané optimalizace. Mezi běžné příklady PDE používaných v hydrologii patří:
Mezi další environmentální procesy, které lze považovat za vstupy, patří:
Viz také
- Výzkum odvodnění
- Geografický informační systém
- Integrované řízení vodních zdrojů
- Optimální ovládání
- Analýza potrubní sítě
- Voda v Kalifornii
Reference
- ^ Ahlfeld, David P .; Mulvey, John M .; Pinder, George F .; Wood, Eric F. (1988). „Návrh sanace kontaminované podzemní vody pomocí simulace, optimalizace a teorie citlivosti: 1. Vývoj modelu“. Výzkum vodních zdrojů. 24 (3): 431–441. Bibcode:1988WRR .... 24..431A. doi:10.1029 / WR024i003p00431. ISSN 1944-7973.
- ^ Alminagorta, Omar (2016). „Systémové modelování ke zlepšení hydroekologického výkonu mokřadů s hrázemi“. Výzkum vodních zdrojů. 52 (9): 7070–7085. Bibcode:2016WRR .... 52.7070A. doi:10.1002 / 2015WR018105.
- ^ Feyen, Luc; Gorelick, Steven M. (2005). „Rámec pro vyhodnocení hodnoty údajů o hydraulické vodivosti pro optimální řízení zdrojů podzemních vod v ekologicky citlivých oblastech“. Výzkum vodních zdrojů. 41 (3): 03019. Bibcode:2005WRR .... 41.3019F. doi:10.1029 / 2003WR002901.
- ^ Alminagorta, Omar; Tesfatsion, Bereket; Rosenberg, David E .; Neilson, Bethany (2013). „Jednoduchá optimalizační metoda k určení osvědčených postupů správy ke snížení zatížení fosforem v nádrži Echo v Utahu“. Journal of Water Resources Planning and Management. 139: 122–125. doi:10.1061 / (ASCE) WR.1943-5452.0000224.
- ^ Santhosh, Apoorva; Farid, Amro M .; Youcef-Toumi, Kamal (2014). „Ekonomická expedice v reálném čase pro stranu nabídky spojení energie a vody“ (PDF). Aplikovaná energie. 122: 42–52. doi:10.1016 / j.apenergy.2014.01.062.
- ^ Dandy, Graeme C .; Simpson, Angus R .; Murphy, Laurence J. (1996). „Vylepšený genetický algoritmus pro optimalizaci potrubní sítě“ (PDF). Výzkum vodních zdrojů. 32 (2): 449–458. Bibcode:1996 WRR ... 32..449D. doi:10.1029 / 95WR02917. hdl:2440/1073.
Další čtení
- Boyd, Stephen P.; Vandenberghe, Lieven (2004). Konvexní optimalizace (PDF). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-83378-3.
- Loucks, Daniel P .; van Beek, Eelco (2017). Plánování a správa systémů vodních zdrojů: Úvod do metod, modelů a aplikací. Springer. ISBN 9783319442327.
- Nocedal, Jorge; Wright, Stephen (2006). Numerická optimalizace. Springer Series v oblasti operačního výzkumu a finančního inženýrství, Springer. ISBN 9780387303031.
- Qin, Youwei; Kavetski, Dmitri; Kuczera, George (2018). „Robustní Gauss-Newtonův algoritmus pro optimalizaci hydrologických modelů: srovnávací test proti průmyslovým standardním algoritmům“. Výzkum vodních zdrojů. 54 (11): 9637-9654.
- Tayfur, Gokmen (2017). „Moderní metody optimalizace při plánování, inženýrství a řízení vodních zdrojů“. Řízení vodních zdrojů. 31: 3205-3233.