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求解地下水逆问题是水文地质学研究的重要内容,传统的基于非线性优化技术的求解地下水逆问题的方法存在收敛速度慢,寻优效率低,易陷入局部最优的缺点。基于模仿生物功能和习性而开发的人工神经网络、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、入侵杂草算法、免疫算法、混合蛙跳算法、人工蜂群算法、萤火虫算法、蝙蝠算法、布谷鸟算法和果蝇优化算法、蚊子算法、螳螂算法、人工鱼群算法、捕鱼策略算法等仿生算法具有很强的优化能力和寻优效率。人工神经网络、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等4种仿生算法在求解地下水逆问题的应用实践表明,这些方法可以按较大的概率找到全局最优解,且收敛速度较快。确定适当的目标函数转换形式和算法参数,其它仿生算法也完全可以用于地下水模型反演。从这些算法的理论和已应用于其它领域的实践来看,仿生算法在求解地下水逆问题中具有广阔前景。 相似文献
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常规DCD(dynamic canonical descent)算法具有全局优化能力且无需考虑目标函数的可微性,只要预先定义优化空间即可,但是该算法的收敛速度有限,为此提出了变参数DCD算法,并建立了其相应的算法迭代格式。在数值试验和工程应用中将该变参数DCD算法与常规的DCD算法进行比较,其结果均表明：变参数DCD算法在全局优化能力和收敛速度上找到了一个均衡点,该算法不仅具有DCD算法的全局优化能力,而且收敛时所需的目标函数评估次数少,在优化过程中该算法展示出了稳定性强且优化结果可靠度高的一面。 相似文献
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在传统遗传算法和模拟谐振子算法的基础上,结合两者的优点,提出了一种新型快速高效的谐振子遗传算法。通过一个理想的水资源管理模型的算例和一个华北平原典型区地下水资源优化的实际算例,从寻优结果和寻优效率两个方面对谐振子遗传算法、传统遗传算法和模拟谐振子算法进行了对比分析。在两个地下水管理模型中,与传统的遗传算法和模拟谐振子算法相比,新型的谐振子遗传算法搜索效率达到模拟谐振子算法搜索效率的2倍以上,得到的最优解比遗传算法所得到的最优解分别增加供水量1.1×103 m3/d和0.47×108 m3/a,说明谐振子遗传算法具有更强的全局搜索能力和更好的寻优效率。 相似文献
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遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点,但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息,避免PSO算法陷入局部最优,以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息,克服GA算法缺乏目标导向的问题,建立了GA-PSO新算法。其具体过程为,通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留,进一步,将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明,GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力,同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中,通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证,结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数,提升了模型的预测效果。 相似文献
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水文地质参数的正确与否是构建地下水数值模型的根本,而参数寻优结果很大程度上取决于优化算法的选择。禁忌搜索算法是一种广泛应用于组合优化问题的启发式全局寻优算法,但在连续函数优化领域应用比较少。基于上述考虑,本文首先引入求解连续函数优化问题的连续禁忌搜索算法并对其进行改进,进而提出一种连续禁忌搜索改进算法(ICTS),最后将其与地下水模型耦合进行水文地质参数识别。算例研究表明,ICTS算法较其他算法(CTS,SGA,Micro-GA,PSO)求解效率提高1.87～4.64倍,求解精度提高1.08～12.86倍。因此ICTS算法在参数反演计算中求解精度高、收敛速度快、寻优性能强,是一种值得推广的水文地质参数识别方法。 相似文献
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针对地震勘探资料依赖线性优化方法进行波阻抗反演不易得到全局极值的问题,提出一种改进的粒子群优化算法-自适应粒子群优化算法进行波阻抗反演。自适应粒子群优化算法是以群智能优化理论为基础,通过3种可能移动方向的带权值组合进行全局寻优。该方法搜索速度较快,且具有较强的全局寻优能力。通过函数测试和波阻抗反演的应用,结果表明,自适应粒子群优化算法是一种适应能力较强的全局优化算法,用该方法进行波阻抗反演是可行有效的。 相似文献
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通常采用基于梯度的数学规划方法求解地下水管理模型,如线性规划和非线性规划。但对于高度非线性、非凸的优化问题,尤其是涉及到经济或环境的地下水管理模型,传统方法难以有效地寻找全局最优解。本文介绍了一种求解非线性地下水资源管理模型的遗传算法,并以山东羊庄盆地分布参数地下水系统非线性管理模型为例,给出了用遗传算法在求解这类问题的一般步骤。结果表明该方法能快速有效地找到全局最优解。 相似文献
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针对动态规划在供水库群优化调度中存在"维数灾",且难以获得真正最优解这一缺点,将改进的加速遗传算法应用到供水库群的水资源优化配置之中。在加速遗传算法中,嵌入局部搜索,以加强算法的全局寻优能力。以库群间的水利联系为线索,设计了相应的算法框架,并提出了供水策略区间的概念。为了体现该算法的优越性,以二个串联供水水库的水资源优化配置为例,选用该方法与基于动态规划的轮库迭代法进行比较研究。结果表明该方法合理可行、收敛速度快,有一定的实用性。 相似文献
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位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法 总被引：2，自引：0，他引：2
针对采用随机全局优化技术进行岩土工程位移反分析存在数值计算量大、效率低的问题,将粒子群优化算法与高斯过程机器学习技术相结合,提出了位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法。该方法利用全局寻优性能优异的粒子群优化算法进行寻优的基础上,采用高斯过程机器学习模型不断地总结历史经验,预测包含全局最优解的最有前景区域,通过提高粒子群搜索效率并降低适应度评价次数,进而有效地降低位移反分析过程中的数值计算工作量。多种测试函数的数学验证和工程算例的研究结果表明该方法是可行的,与传统方法相比较,可显著地降低位移反分析的计算耗时。 相似文献
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Venkatesh Uddameri E. Annette Hernandez Felipe Estrada 《Environmental Earth Sciences》2014,71(6):2559-2572
As groundwater is a slowly replenishing resource that can be depleted relatively easily, there is a growing interest in actively managing aquifer resources. Participatory, multi-stakeholder driven approaches are increasingly being adopted to plan groundwater use such that the resource is available for present as well as future needs. The state of Texas requires neighboring GCDs (local regulatory bodies) within a groundwater management area (GMA) to engage in joint planning activities and define desired future conditions (DFCs) for the aquifers they regulate. The DFCs are then used to estimate modeled available groundwater which defines how much water is available within an aquifer in a given region. The groundwater joint planning process was modeled using a combined simulation–optimization modeling scheme in this study. The response surface methodology was used to establish regional-scale aquifer stress-response relationships. In addition to average county-wide drawdown, other aquifer responses including stream-aquifer exchanges, coastal-aquifer exchanges and GMA-wide drawdown were considered to define the DFCs. A constrained linear regression was used in conjunction with a regional groundwater flow model to obtain the necessary response functions which formed the basis for a crisp optimization model whose objective was maximizing groundwater production while ensuring that the prescribed DFCs are not violated (constraints). This model was transformed into a fuzzy linear programming model to account for the fact that groundwater planners find it difficult to specify DFCs with a high degree of precision. Using linear membership functions, the decision makers’ preferences were captured using two values––a minimum preferred cut-off and the maximum allowable value for the metric. For estimating groundwater availability, the fuzzy optimization model reconciles production and maximizes the goal and the constraints representing the DFCs. The developed framework was illustrated by applying it to joint planning in Groundwater Management Area 15 in South Texas. The optimization models were highly sensitive to acceptable average drawdowns, while the coastal-aquifer interactions had secondary impacts. The fuzzy optimization model yielded lower estimates of groundwater availability in comparison to the crisp optimization scheme. The fuzzy optimization model is therefore consistent with the precautionary principle and recommended for use in the early stages of groundwater planning where incomplete understanding of the aquifer dynamics precludes specification of precise limits for the DFCs. 相似文献
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Groundwater resource estimates require the calculation of recharge using a daily time step. Within climate-change impact studies, this inevitably necessitates temporal downscaling of global or regional climate model outputs. This paper compares future estimates of potential groundwater recharge calculated using a daily soil-water balance model and climate-change weather time series derived using change factor (deterministic) and weather generator (stochastic) methods for Coltishall, UK. The uncertainty in the results for a given climate-change scenario arising from the choice of downscaling method is greater than the uncertainty due to the emissions scenario within a 30-year time slice. Robust estimates of the impact of climate change on groundwater resources require stochastic modelling of potential recharge, but this has implications for groundwater model runtimes. It is recommended that stochastic modelling of potential recharge is used in vulnerable or sensitive groundwater systems, and that the multiple recharge time series are sampled according to the distribution of contextually important time series variables, e.g. recharge drought severity and persistence (for water resource management) or high recharge years (for groundwater flooding). Such an approach will underpin an improved understanding of climate change impacts on sustainable groundwater resource management based on adaptive management and risk-based frameworks. 相似文献
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为实现滨海含水层地下水开采-回灌方案优化、控制海水入侵面积和降低海水入侵损失等多重管理目标,建立了海水入侵条件下地下水多目标模拟优化管理模型SWT-NPTSGA。模拟模型采用基于变密度流的数值模拟程序SEAWAT来模拟海水入侵过程。优化模型采用小生境Pareto禁忌遗传混合算法NPTSGA来求解,该算法在保证多目标权衡解的收敛性和计算效率的前提下,能维护整个进化群体的全局多样性。将SWT-NPTSGA程序应用于一个理想滨海含水层地下水开采方案和人工回灌控制海水入侵的优化设计中,结果表明该管理模型能够同时处理最大化总抽水流量、最小化人工回灌总量和最小化海水入侵范围等3个目标函数之间的权衡关系。通过采用人工回灌海水入侵区的减灾策略,既能增加滨海地区的供水量,又可减少海水入侵的范围,由此进一步验证了模型的有效性和可靠性。 相似文献
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The best planting alternatives for satisfying high water use demands of forage and fodder crops in a region of Inner Mongolia, China, were determined by a multiobjective distributed-parameter groundwater management model. These alternatives took account of different cropping patterns and pumping decisions associated with both temporal and spatial aspects of water allocation. The model was developed for phreatic, homogenous, and isotropic aquifers using the response matrix technique of quadratic programming theory and, in this case, using the alternative direction implicit (ADI) scheme. Model solutions using effective rainfall with a probability of 50%, show that average water table drawdown in the planning period (2006–2017) is 0.22 m and the groundwater fluctuation in each pumping well is very low. In order to evaluate the pumping decisions under an effective rainfall with a probability of 75%, a sensitive analysis was also conducted. Analysis shows that it is useful to apply the results from the proposed model to control the landscape degradation due to overgrazing and overpumping activities. 相似文献
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地下水管理模型求解方法的研究是目前地下水管理领域的热点问题。本文从地下水管理模型传统优化算法和现代智能优化算法等方面进行了评述,着重讨论了目前应用较广泛的求解非线性地下水系统的优化算法,如遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络算法等;阐述了地下水监测网优化设计研究以及多目标地下水管理模型的求解方法。最后指出应加强地下水动态规划管理模型和地下水系统随机管理模型的求解技术的研究。 相似文献
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武威盆地位于祁连山北麓,河西走廊东段,腾格里沙漠西侧,是一个历史悠久的农业灌溉盆地。本文针对该区由于不合理开发水资源所引起的生态环境问题,采用系统工程的思想和方法,应用地下水系统管理模型确定地下水系统的最优开采方案,以使地下水的开采在取得最大经济效益的同时,保持良好的生态环境和社会环境。论文通过地下水系统的目标分析、环境分析、结构分析和模型化,确立了盆地地下水系统管理的目标、自然环境、技术经济环境和社会环境约束条件,校正了地下水系统的数值模型。在此基础上,用响应矩阵法把地下水系统的数值模型与最优化模型藕合起来,建立了盆地地下水系统的管理模型。通过运转管理模型,获得了盆地地下水的最优开采方案,为地下水合理开发利用,提供了科学依据。 相似文献
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阐述了目前国内外地下水系统决策的研究现状及存在问题,分析了地下水系统决策中的时序性、多层次性和模糊性,将地下水系统决策概化为时序多层次多目标模糊决策问题,以单元系统多目标模糊优选理论模型为基础,构造了地下水系统管理的多时段多层次多目标模糊优选模型,并给出了应用实例. 相似文献