SWMM–NSGA-II алкагы ташкын-суу кайтуу таасири бар дарыя тармагында жаан-чачын–агым пайда болушун, убакытка көз каранды дарыя гидродинамикасын жана шлюз-насос иштетүү чечимдерин көп максаттуу оптималдаштыруу астында бириктирген симуляция-оптималдаштыруу ыкмасы болуп саналат. Изилдөөдө бул түзүм Кытайдын Yuyao шаарындагы түндүк дренаждык дарыя тармагына колдонулуп, Typhoon In-Fa окуясы өкүлчүлүктүү гидрологиялык шарт катары пайдаланылган. SWMM Dynamic Wave кыймылдаткычы дарыя тармагындагы убакытка көз каранды суунун деңгээлдерин жана агымдарды эсептеп жатканда, NSGA-II алты башкарылуучу дамба/шлюз станциясы менен Taojialu, Leanhu жана Simenдеги жалпысынан 13 насос агрегатынын 72 сааттык иштетүү программасын оптималдаштырган. Акыркы Pareto топтомунда гидравликалык чектөө бузулбаган 36 чечим алынган; суунун деңгээлинин айып индекси 39,29–51,59 m², насос энергиясы 914,15–1364,00 GJ жана абал өзгөрүүлөрүнүн саны 184–256 аралыгында болгон. Тең салмактуу компромистик чечимде бул маанилер тиешелүүлүгүнө жараша 42,65 m², 967,82 GJ жана 215 болгон. Тарыхый иштетүү менен салыштырганда үч көзөмөл станциясындагы 72 сааттык максаттуу деңгээлден ашуунун топтолушу 25,43 m·hден 8,11 m·hге түшүп, башкача айтканда %68,1 азайган. Ошол эле учурда бул көрсөткүчтү оптималдаштыруу алгоритминин гана таасири катары түшүндүрүүгө болбойт; тарыхый базалык абалда жок болгон Taojialu жана Leanhu насос станцияларынын сценарийге кошулушу да натыйжанын бир бөлүгү болуп саналат.

Изилдөөнүн негизги гидравликалык жыйынтыгы жээктеги курулмалар менен дарыя тармагынын ичиндеги курулмалардын функциялары айырмаланганында. Taojialu жана деңизге жакын башка чыгаруу курулмалары ташкын-суу кайтуу терезелерин жана жогорку ташкын маалындагы мажбурланган дренаж кубаттуулугун аныктайт, ал эми Simen, Xihenghe, Doumen жана Leanhu сыяктуу ички курулмалар суунун тармак ичинде кайра бөлүштүрүлүшүн жана жээк чыгарууларынан пайда болгон суунун деңгээлинин төмөндөшүнүн ички аймактарга өткөрүлүшүн жөнгө салат.

Изилдөө маселеси

Төмөн жаткан жээк түздүктөрүндөгү дарыя тармактарында ташкынды көзөмөлдөө жаан-чачындын көлөмүнө гана көз каранды эмес. Катуу жаан-чачын жогорку тышкы ташкын деңгээли менен бир мезгилге туш келсе, деңизге карай тартылуу күчү менен агызуу олуттуу чектелиши мүмкүн. Yuyaoнун түндүк дренаж системасында Taojialu Sluice адатта тышкы ташкын жетиштүү төмөн болгондо тартылуу күчү менен дренажды камсыз кылат. Ташкын көтөрүлгөндө ички жана тышкы суунун деңгээлдеринин ортосундагы ылайыктуу напор айырмасы азаят же тескери багытка өтөт; натыйжада тартылуу дренажынын терезеси тарып калат.

Бул гидравликалык чектөөнү жеңүү үчүн Taojialu деңиз чыгаруучу насос станциясы иштелип чыккан. Шлюз менен насос бири-бирине альтернативадан көрө толуктоочу болуп саналат: ылайыктуу төмөн ташкын маалында тартылуу күчү менен агызуу үнөмдүү болушу мүмкүн, ал эми жогорку ташкын маалында мажбурланган насостоо сырткы агызуунун улантылышын камсыздай алат. Бирок насос сарпталышы, гидравликалык напор, натыйжалуулук жана энергия керектөөсү ташкын шарттарына жараша өзгөргөндүктөн, системаны жөн гана “насосту күйгүз” же “шлюзду ач” ыкмасы менен башкаруу жетишсиз.

SWMM–NSGA-II Ыкмасы Кантип Иштейт?

SWMM–NSGA-II ыкмасы ар бир талапкер шлюз-насос программасын адегенде SWMM менен убакытка көз каранды гидродинамикалык түрдө моделдеп, андан кийин NSGA-II аркылуу гидравликалык жактан ишке ашырылуучу программалардын арасында суунун деңгээлин көзөмөлдөө, насостоо энергиясы жана жабдуулардын абал өзгөрүүлөрүнүн санын бирге минималдаштырат. Ошентип оптималдаштыруу абстракттуу чечим өзгөрмөлөрүнүн үстүндө гана эмес, жаан-чачындын, агымдын, дарыя сактагычынын, ташкын деңгээлинин жана гидравликалык курулмалардын биргелешкен таасирин чагылдырган толук динамикалык моделдөө үстүндө жүргүзүлөт.

Изилдөө аймагы жана гидравликалык тармак

Модель Zhejiang провинциясынын Yuyao шаарындагы түндүк-батыш жээк түздүгүндө ташкын-суу кайтуу таасири бар өз ара байланышкан дарыя тармагын чагылдырат. Тармак таза дарак сымал дренаждык система эмес; бутактарды, шакектерди жана багытын өзгөртө ала турган агым байланыштарын камтыйт. Ошондуктан байланыштардагы агым багыттары алдын ала бекитилген эмес, жаан-чачын–агым бөлүштүрүлүшүнө, суунун деңгээлинин градиенттерине, дарыя тармагындагы сакталууга, ташкынга жана шлюз-насос абалдарына жараша SWMM тарабынан динамикалык эсептелген.

Изилдөө аймагынын модели 111 ачык канал байланышы, 70 эсептөө түйүнү, 5 жогорку агым кирүү чеги, 4 төмөнкү агым суунун деңгээли чеги жана 58 кичи бассейнден турат. Табигый суунун кесилиштери өлчөнгөн тартипсиз кесилиштер менен, жасалма каналдар инженердик чиймелерден алынган түпкү туурасы, каптал жантаймалары жана максималдуу тереңдик маанилери менен чагылдырылган. Ар бир байланышка бир өкүлчүлүктүү кесилиш дайындалган, демек кесилиш байланыш боюнча туруктуу, бирок удаалаш байланыштардын арасында өзгөрүшү мүмкүн деп кабыл алынган.

SWMM Dynamic Wave гидродинамикасы

SWMMдин Dynamic Wave чечими бир өлчөмдүү Saint–Venant үзгүлтүксүздүк жана импульс теңдемелерин колдонот:

\[ \frac{\partial A}{\partial t}+\frac{\partial Q}{\partial x}=q_{\ell} \]

\[ \frac{\partial Q}{\partial t} +\frac{\partial(Q^2/A)}{\partial x} +gA\frac{\partial H}{\partial x} +gAS_f=0 \]

Бул жерде \(A\) агым кесилишинин аянтын, \(Q\) сарпталышты, \(q_{\ell}\) бирдик узундукка туура келген каптал кирүүнү, \(H\) гидравликалык напорду жана \(S_f\) сүрүлүү жантаймасын билдирет. Үзгүлтүксүздүк теңдемеси сакталуу менен массаны сактоо байланышын, ал эми импульс теңдемеси инерцияны, гидравликалык напор градиентин жана сүрүлүүнүн агымга таасирин бирге чагылдырат. Жантайышы аз жана артка суу таасири маанилүү болгон Yuyao тармагы үчүн бул формулировка өзгөчө маанилүү; анткени жергиликтүү агым багытынын тескерилеши жана ташкындан улам артка суу таасири модельге киргизилиши мүмкүн.

Изилдөө бул дифференциалдык теңдемелер үчүн жаңы өз алдынча чечүүчү иштеп чыккан эмес. Сандык чечим учурдагы EPA SWMM Dynamic Wave эсептөө кыймылдаткычы менен аткарылган.

Жаан-чачын–агым модели

Кичи бассейндер топография, жол жана дарыя тармагынын түзүлүшү, дренаж бөлүнүштөрү жана жер пайдалануу бирге бааланып аныкталган. Horton инфильтрация модели колдонулган. Өткөрбөстүк үлүштөрү жер пайдаланууга жараша дайындалган; депрессиялык сакталуу, Horton параметрлери жана беттик оройлук башында мурунку SWMM колдонмолорунан алынган маанилерге таянып аныкталып, кийин окуяны кайра өндүрүү маалында калибрленген.

Насос жана шлюз системасынын чагылдырылышы

Моделде 10 дамба/шлюз станциясы жана Taojialu, Simen, Leanhu, Houqingjiang жана Xihenghe аттуу беш өз алдынча насос станциясы бар. Оптималдаштырууда болсо алты дамба/шлюз станциясы жана Taojialu, Leanhu жана Simenдеги жалпысынан 13 физикалык насос агрегаты чечим өзгөрмөсү катары колдонулган.

Taojialu Насос Станциясы беш бирдей агрегаттан турат. Ар бир агрегаттын долбоордук сарпталышы 40 m³/s, долбоордук көтөрүү бийиктиги 3,05 m жана колдонулуучу иш напорунун диапазону 0,40–5,74 m. Беш агрегаттын орнотулган долбоордук сарпталышынын суммасы 200 m³/s; бирок изилдөө бул ар дайым жеткиликтүү туруктуу сарпталыш эмес экенин ачык айтат. Тышкы ташкын деңгээли жана ички алдынкы камеранын деңгээли өзгөргөндүктөн, насостун учурдук напору, сарпталышы жана натыйжалуулугу да өзгөрөт.

Taojialu агрегатынын баштапкы мүнөздөмө ийри сызыгындагы эң жакшы натыйжалуулук чекити болжол менен \(Q=36{,}47\) m³/s жана \(\eta=80{,}8\%\) маанилеринде.

Leanhu Насос Станциясы төрт 30 m³/s агрегаттан турат жана ар бир агрегаттын орнотулган кубаттуулугу 2200 kW. Simen станциясында төрт 25 m³/s насос агрегаты бар жана энергия эсептөөдө ар бир агрегат үчүн 1250 kW номиналдык кубат колдонулган.

Ташкын Эмне Үчүн Жээк Насосунун Энергия Керектөөсүн Өзгөртөт?

Taojialu жээк насос станциясында тышкы ташкын деңгээли насостун алдынкы камера менен төмөнкү суу ортосундагы учурдук гидравликалык напорун өзгөртөт; бул напор өзгөрүшү насос сарпталышын жана гидравликалык натыйжалуулукту өзгөрткөндүктөн, бирдей убакыт иштөө ар кайсы мезгилде ар башка энергия керектөөсүн жана дренаж таасирин пайда кылышы мүмкүн. Ошондуктан насостоо убактысы же күйгүзүү-өчүрүү саны жалгыз өзү энергия керектөөсүн түшүндүрбөйт.

Дамба агымынын байланышы

Дамбалар SWMM ичинде тешик байланыштары катары моделденип, агым төмөнкү байланыш менен эсептелген:

\[ Q=C_d A_o\sqrt{2g\Delta H_0} \]

Бул жерде \(C_d\) эффективдүү сарпталуу коэффициенти, \(A_o\) ачылыш аянты жана \(\Delta H_0=H_u-H_d\) шлюздун үстүндөгү жогорку-агым менен төмөнкү-агым гидравликалык напор айырмасы. Макала өзгөчө \(\Delta H_0\) Borda тибиндеги кеңейүү жоготуусу катары чечмеленбеши керектигин белгилейт. Колдонулган \(C_d=0{,}32\), \(0{,}34\) жана \(0{,}36\) маанилери идеал лабораториялык тешик коэффициенттери эмес; алар чыныгы курулманын геометриясын, агымдын кысылышын жана жергиликтүү гидравликалык каршылыктардын жалпы таасирин чагылдырган инженердик коэффициенттер.

Моделди Typhoon In-Fa окуясы менен баалоо

Модель 22–28 Июль 2021 аралыгындагы Typhoon In-Fa процессин кайра өндүрүү аркылуу калибрленген. Байкалган жогорку агым сарпталуу гидрографтары, төмөнкү агым суунун деңгээли жана ташкын катарлары гидравликалык чек шарттары катары; жаан-чачын байкоолору жаан-чачын–агым кириши катары; тарыхый дамба жана насос иштетүү жазуулары болсо башкаруу кириштери катары колдонулган.

Моделдин иштеши Yuyao, Dongpu, Linshan жана Mazhu суунун деңгээли станцияларында салыштырылган.

Бардык R² маанилери 0,942 же андан жогору. Бирок бул көрсөткүчтөр көз карандысыз текшерүү окуясы үчүн эмес, калибрлөөдө колдонулган Typhoon In-Fa окуясын кайра өндүрүү үчүн алынган. Демек, натыйжалар моделдин ошол окуянын ичинде кайра өндүрүү ийгилигин көрсөтөт, башка тайфун жана ташкын айкалыштарында да ошол эле тактык автоматтык түрдө сакталат деп далилдебейт.

72 сааттык оптималдаштыруу терезеси

Оптималдаштыруу 25 Июль 2021 саат 08:00 башталып, 28 Июль 2021 саат 08:00 аяктаган. Жалпы \(72\) сааттык терезе ар бири \(2\) саат болгон \(N=36\) башкаруу интервалына бөлүнгөн.

Баштапкы суунун деңгээлдерин өз алдынча коюп албоо үчүн 22 Июль саат 08:00 убактысынан 25 Июль саат 08:00 убактысына чейин байкалган жаан-чачын, агым, төмөнкү агым деңгээлдери жана тарыхый иштетүү жазуулары менен үзгүлтүксүз алдын ала симуляция жүргүзүлүп, анын аягында пайда болгон гидравликалык абал бардык талапкер чечимдер үчүн жалпы hot-start баштапкы шарты катары колдонулган.

Суунун Деңгээлинин Чектери Эмне Үчүн Максат Функциясы Эмес, Катуу Чектөө?

Изилдөөдө Linshan, Dongpu жана Mazhu үчүн белгиленген төмөнкү жана жогорку суунун деңгээли чектери тандалган максаттар эмес, ар бир талапкер программа 72 саат бою ичинде калууга тийиш болгон милдеттүү иштетүү диапазону. Ошондуктан суунун деңгээлинин чегин бузган программа башка максаттар боюнча жакшы болсо да акыркы Pareto топтомуна кабыл алынбайт; оптималдаштыруу \(CV=0\) камсыз кылган гидравликалык жактан ишке ашырылуучу программаларды гана акыркы чечим катары баалайт.

Көзөмөл станцияларынын суунун деңгээли босоголору

2,50 m төмөнкү чек физикалык жактан жетүүгө мүмкүн эмес универсалдуу минималдуу суунун деңгээли эмес. Бул иштетүү жагынан кадимки суу менен камсыз кылуу сактагычын коргоого багытталган төмөнкү чек. Ашыкча алдын ала агызуу, эгер божомолдонгон жаан-чачын түшпөй калса, суу менен камсыз кылууда керексиз сактоо жоготуусуна алып келиши мүмкүн болгондуктан, оптималдаштырууга бул чектен төмөн түшүүгө уруксат берилген эмес.

Чектөө бузулушу

Көзөмөл станциясы \(i\) жана баалоо учуру \(t_k\) үчүн бир жазуу бузулушу:

\[ v_i(t_k)=\max\left(0,\ h_i(t_k)-U_i,\ L_i-h_i(t_k)\right) \]

түрүндө аныкталган. Бул жерде \(U_i\) катуу жогорку, \(L_i\) катуу төмөнкү суунун деңгээли чеги.

Жалпы чектөө бузулушу:

\[ CV=\sum_{i=1}^{N_s}\sum_{k=0}^{K-1}v_i(t_k)\Delta t_{out} \]

түрүндө эсептелген. \(N_s=3\). \(CV=0\) талапкер программа баалоо бою бардык катуу суунун деңгээли чектерин аткарганын билдирет.

Биринчи максат: суунун деңгээлин ашыруу айыбы

\[ F_1(X)= \sum_{i=1}^{N_s} \sum_{k=0}^{K} \left[\max\left(0,h_i(t_k)-h_i^*\right)\right]^2 \]

Бул жерде \(h_i^*\) станциянын ташкын мезгилиндеги көзөмөл максаты. Максаттан жогору деңгээлдер гана айыпталат; максатта же андан төмөн мааниде айып нөл. Квадраттык мүчө чоң ашуулардын таасирин барган сайын көбөйтөт. \(F_1\) убакыт интегралы эмес жана убакыт кадамынын көбөйтүүчүсүн камтыбайт; ошондуктан анын бирдиги m² болгон дискреттик индекс.

Экинчи максат: насостоо энергиясы

Taojialu үчүн жалпы сарпталыш:

\[ Q_T(t_k)=\sum_{m=1}^{5}q_{T,m}(t_k) \]

жана бир насос агрегатынын кубаттуулугу:

\[ P_{T,m}(t_k)= \frac{\rho g q_{T,m}(t_k)H_T(t_k)} {1000\,\eta_{T,m}(t_k)} \]

түрүндө эсептелген. Бул жерде \(q_{T,m}\) агрегаттын учурдук сарпталышы, \(H_T\) убакыт менен өзгөргөн алдынкы камера–төмөнкү суу напор айырмасы жана \(\eta_{T,m}\) насос натыйжалуулугу. Иштебеген насос үчүн сарпталыш жана кубат нөл.

Leanhu жана Simenдин майда напор-натыйжалуулук ийри сызыктары моделде колдонулбагандыктан, бул станциялардын энергия керектөөсү номиналдык кубат × иштөө убактысы ыкмасы менен эсептелген.

72 сааттык насос энергиясы:

\[ E_{pump}(X)= \sum_{k=0}^{K-1}P_T(t_k)\Delta t_E+E_{rated} \]

түрүндө алынган жана kWh маанилери:

\[ F_2(X)=0.0036\,E_{pump}(X) \]

менен GJге айландырылган.

Үчүнчү максат: абал өзгөрүүлөрүнүн саны

\[ F_3(X)= \sum_{j=1}^{N_c} \sum_{n=1}^{N} |s_{j,n}-s_{j,n-1}| \]

Бул жерде \(N_c=19\), алты башкарылуучу дамба/шлюз станциясы менен 13 өзүнчө насос агрегатынын суммасы. Шлюз үчүн 0/1 жабык/ачык, насос үчүн 0/1 өчүк/иштеп жатат дегенди билдирет. Ар бир ачуу, жабуу, ишке киргизүү же токтотуу тиешелүү объект үчүн бир абал өзгөрүүсү катары эсептелет.

Иштетүү чектөөлөрү

Деңизге жакын шлюздар тышкы ташкын деңгээли ички суунун деңгээлинен жогору болгондо артка агымды алдын алуу үчүн жабылууга мажбурланган:

\[ u_{g,n}=0,\qquad H_n^{tide}>H_{g,n}^{in} \]

Насостун алдынкы камерасынын суунун деңгээли коопсуз минималдуу мааниден төмөн түшкөндө тиешелүү насос токтотулат. Насостун минималдуу үзгүлтүксүз иштөө жана шлюз абалынын мөөнөтү 2 саат. Ар бир башкарылуучу объект үчүн 24 сааттык иштетүү терезесинде уруксат берилген максималдуу абал өзгөрүүлөрүнүн саны 8.

Генетикалык коддоо

Алты дамба/шлюз станциясы үчүн ар бири 36 биттик абал катарлары колдонулган. Taojialuнун беш насосу \(5N=180\), Leanhuнун төрт насосу \(4N=144\) жана Simenдин төрт насосу \(4N=144\) биттик блокторду түзгөн.

Жалпы хромосома узундугу:

\[ L=6N+(5+4+4)N=19N=684 \]

болгон. Демек, ар бир ген 72 сааттык убакыт горизонтунда белгилүү бир 2 сааттык башкаруу интервалында белгилүү бир шлюз станциясынын же физикалык насос агрегатынын экилик абалын билдирет.

684 Гендик Хромосома Эмнени Билдирет?

684 гендик экилик хромосома алты башкарылуучу дамба/шлюз станциясы менен 13 физикалык насос агрегатынын 36 эки сааттык башкаруу интервалындагы ачык-жабык же иштеп жатат-токтоп турат абалдарынын баарын бир талапкер иштетүү программасында коддойт. Ошентип NSGA-II оптималдаштырган индивид абстракттуу балл эмес, түздөн-түз 72 сааттык ишке ашырылуучу шлюз-насос иштетүү ырааттуулугу болуп саналат.

NSGA-II жана PySWMM байланышы

NSGA-II атайын Python программасында ишке ашырылган. Популяциянын өлчөмү 360, муундардын саны 400. Ата-эне тандоо чектелген доминанттык тартип жана crowding distance колдонулуп экилик турнир аркылуу жүргүзүлгөн. Бир чекиттүү кроссовер ыктымалдыгы 0,9.

Насос гендеринде ар бир ген үчүн мутация ыктымалдыгы 0,08 деп белгиленген. Шлюз мутациясы болсо ар бир башкаруу интервалында өз алдынча 0,08 ыктымалдык менен иштетилип, ишке киргенде башкарылуучу шлюздардын абалдары өзгөртүлгөн.

PySWMM — NSGA-II түзгөн талапкер программаларды EPA SWMM 5.2.4 моделине колдонгон интерфейс. PySWMM гидродинамикалык теңдемелерди чечпейт; башкаруу буйруктарын SWMMге жөнөтүп, суунун деңгээли, сарпталыш, шлюз жана насос абалдарын кайра окуйт. Гидродинамикалык чечим SWMM Dynamic Wave кыймылдаткычында жүргүзүлөт. Программалык чөйрөдө Python 3.8.10 колдонулган.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Оптималдаштыруунун жакындашуусу

NSGA-IIнин көп максаттуу чечим топтомунун жакындашуусу hypervolume (HV) көрсөткүчү менен бааланган. Ар башка бирдиктерге ээ үч максат жалпы төмөнкү жана жогорку чектер колдонулуп нормалдаштырылган:

\[ \tilde f_k= \frac{f_k-f_k^{min}} {f_k^{max}-f_k^{min}}, \qquad k=1,2,3 \]

Hypervolume эсептөөсүндө шилтеме чекити \((1.1,1.1,1.1)\) катары колдонулган. HV алгачкы муундарда тез өскөн, кийин туруктуу болуп, 400-муунда 1,26 көрсөткүчүнө жеткен. Булак муну теориялык жогорку чектин болжол менен %95 деңгээли деп билдирет.

Pareto чечимдеринин топтому

Акыркы чечимдер топтому баары \(CV=0\) болгон 36 ишке ашырылуучу жана бири-бирин басым кылбаган программадан турган.

Эң айкын максаттардын карама-каршылыгы суунун деңгээлин көзөмөлдөө менен жабдуунун абал өзгөрүүлөрүнүн санынын ортосунда байкалган. Көбүрөөк иштетүү жөнгө салуулары жалпы алганда суунун деңгээлин жакшыраак көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берген. Ал эми энергия керектөөсү башка эки максат менен бир багыттуу мамиле көрсөткөн эмес; анткени энергия иштөө санына гана эмес, иштөө убактысына, насос станцияларынын ортосундагы жүк бөлүштүрүүгө, Taojialuдагы ташкынга көз каранды насос напоруна жана насос натыйжалуулугуна да байланыштуу.

Азыраак Күйгүзүү-Өчүрүү Эмне Үчүн Ар Дайым Азыраак Энергия Дегенди Билдирбейт?

Абал өзгөрүүлөрүнүн саны жабдуунун канча жолу ачык-жабык абалга өткөнүн гана өлчөйт, ал эми энергия керектөөсү насостордун канча убакыт, кайсы станцияда жана Taojialu үчүн кайсы гидравликалык напордо иштегенине көз каранды. Ошондуктан азыраак абал өзгөрүүсүн жасаган программа насосторду узагыраак же жагымсыз напор шарттарында иштетип, жалпы энергияны көбүрөөк керектеши мүмкүн.

Төрт өкүлчүлүктүү чечим

SWP эң төмөн суунун деңгээли айыбын камсыз кылган, бирок төрт өкүлчүлүктүү чечимдин арасында энергия керектөөсү жана абал өзгөрүүлөрүнүн саны эң жогору болгон. SSW болгону 184 абал өзгөрүүсү менен операциялык жактан эң тынч чечим болгону менен суунун деңгээли айыбы жогорулаган. SE эң төмөн энергия керектөөсүн камсыз кылган. SC болсо эч бир максатта абсолюттук эң жакшы чечим эмес; үч нормалдаштырылган максатка тең салмак берилгенде идеал чекитке эң кыска аралык бергендиктен үлгүлүү компромистик чечим катары тандалган.

Ошондуктан SC “ар бир башкаруучу үчүн жалгыз туура программа” катары чечмеленбеши керек. Башкаруу артыкчылыктары өзгөргөндө 36 чечимдин арасынан башка Pareto программасы ылайыгыраак болушу мүмкүн.

Насос энергиясынын станциялар боюнча бөлүштүрүлүшү

SE программасында 221 жалпы абал өзгөрүүсү болгонуна карабастан энергия керектөөсү 914,15 GJ. SSW болгону 184 абал өзгөрүүсүн жасаса да 998,09 GJ керектеген. Ошентип SE 37 өзгөрүүгө көбүрөөк өзгөрүүгө карабастан SSWден 83,94 GJ, башкача айтканда болжол менен %8,41 азыраак энергия керектеген. Эң чоң айырма Leanhu станциясында чыккан.

Көзөмөл станцияларындагы суунун деңгээлинин реакциясы

Dongpuда тарыхый базалык абалда чоку деңгээл болжол менен 3,22 m жана максаттуу деңгээлден жогору калуу убактысы болжол менен 24 саат. SWP, SE, SSW жана SC үчүн чоку деңгээлдер тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 3,13, 3,15, 3,18 жана 3,14 m.

Linshan жээк чыгаруучу курулмаларга жакыныраак. Тарыхый базалык абалда чоку деңгээл болжол менен 3,30 m жана максаттан жогору убакыт болжол менен 34 саат. SWP, SE, SSW жана SC үчүн болжолдуу чоку маанилер тиешелүүлүгүнө жараша 2,93, 2,97, 2,97 жана 2,96 m.

Mazhu күчтүүрөөк сакталуу жана кечиккен гидравликалык реакция көрсөткөн. Тарыхый базалык чоку болжол менен 3,51 m жана максаттан жогору убакыт болжол менен 66 саат. SWP, SE, SSW жана SCда болжолдуу чоку деңгээлдер тиешелүүлүгүнө жараша 3,33, 3,34, 3,38 жана 3,35 m деп берилген.

Максаттуу деңгээлден жогору топтолгон ашуу

Станция \(i\) үчүн 72 сааттык топтолгон ашуу:

\[ A_i= \sum_{k=0}^{K-1} \max\left(0,h_i(t_k)-h_i^*\right)\Delta t_{out} \]

менен эсептелген. Бирдиги m·h.

%68,1 Азайууну Кантип Түшүндүрүү Керек?

%68,1 азайуу тең салмактуу SC программасы Typhoon In-Fa чек шарттарында жана Taojialu менен Leanhu ишке киргизилген деп кабыл алынган сценарийде үч көзөмөл станциясынын жалпы максаттуу деңгээлден ашуусун тарыхый базалык иштетүүгө салыштырмалуу 25,43 m·hден 8,11 m·hге түшүргөнүн билдирет. Бул маани оптималдаштыруу алгоритминин гана өз алдынча таасири эмес; тарыхый базалык абалда жок болгон жаңы насос объекттеринин сценарийге кошулушу да салыштыруунун бөлүгү.

Жээк жана ички курулмалардын ар башка гидравликалык ролдору

Linshanда күчтүүрөөк жакшыруу болушу станциянын Linhaipu жана Taojialu жээк чыгаруучу курулмаларына жакын жайгашканы менен байланыштуу. Бул курулмалар төмөн ташкын маалында тартылуу дренаж терезелерине жана жогорку ташкын маалында мажбурланган дренаж кубаттуулугуна түз таасир этет.

Mazhu болсо жогорку агым жакта жайгашкандыктан, суунун деңгээли жээк чыгаруу кубаттуулугуна гана эмес, жогорку бассейн киришине, дарыя тармагындагы сакталууга жана суунун деңгээлинин төмөндөшүнүн тармак ичинде таралыш кечигүүсүнө көбүрөөк көз каранды. Simen, Xihenghe, Doumen жана Leanhu курулмалары сууну тармак ичинде кайра бөлүштүрүүдө жана жээк чыгаруучу курулмалардын таасирин ички аймактарга жеткирүүдө роль ойногон.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Ташкын таасири бар түздүк дарыя тармагында шлюздар менен насосторду биргелешип иштетүү бир гана көрсөткүчкө кыскартууга болбой турган көп максаттуу маселе.
• 36 акыркы Pareto чечиминин баары моделдеги катуу суунун деңгээли чектерин аткарган.
• Суунун деңгээлин көзөмөлдөө менен жабдуунун абал өзгөрүүсүнүн ортосунда ачык компромисс бар.
• Насостоо энергиясы менен абал өзгөрүүлөрүнүн санынын ортосунда жөнөкөй жана бир багыттуу байланыш табылган эмес.
• Taojialu сыяктуу жээк чыгаруу насосторунда тышкы ташкын насос напору жана натыйжалуулугу аркылуу энергия чыгымына түз таасир этиши мүмкүн.
• Жээк чыгаруулары менен ички жөнгө салуу курулмалары бирдей гидравликалык милдетти аткарбайт.
• Тең салмактуу компромистик программа изилденген 72 сааттык сценарийде жалпы максаттуу деңгээлден ашууну 25,43 m·hден 8,11 m·hге түшүргөн.

Изилдөө колдобогон жалпылоолор

• %68,1 азайуу бардык тайфундарда же бардык жаан-чачын–ташкын айкалыштарында кепилденген көрсөткүч эмес.
• SC программасы бардык башкаруу артыкчылыктары үчүн жалгыз оптималдуу чечим эмес.
• Моделдин Typhoon In-Fa кайра өндүрүүсүндөгү R², RMSE жана MAE маанилери көз карандысыз окуя текшерүүсү эмес.
• Оптималдаштыруу талаа иштетүүсүндө ушундай эле натыйжа берери бул изилдөө менен түз көрсөтүлгөн эмес.
• Тарыхый базалык абал менен оптималдаштырылган абалдын айырмасын алгоритмге гана таандык кылууга болбойт; жаңы Taojialu жана Leanhu объекттеринин кошулушу да салыштырууну өзгөртөт.
• Белгиленген суунун деңгээли босоголору оптималдаштыруу тапкан физикалык чектер эмес; алар иштетүү планынан алынган алдын ала белгиленген чек маанилер.

Негизги чектөөлөр

Изилдөөнүн эң маанилүү чектөөсү окуяга мүнөздүү болушу. Оптималдаштыруу Typhoon In-Faнын жаан-чачын, жогорку агым жана ташкын чек шарттарына негизделген. Башка тайфун траекториялары, жаан-чачын убактысы, ташкын фазалары жана бассейндин баштапкы шарттары башка Pareto топтомдорун жаратышы мүмкүн.

Экинчи чектөө — моделди баалоо ошол эле калибрлөө окуясында жүргүзүлгөн. Башка көз карандысыз ташкын окуясында текшерүү билдирилген эмес.

Үчүнчүдөн, чечим кабыл алуучулардын суунун деңгээли коопсуздугу, энергия жана жабдууну иштетүү туруктуулугунун ортосундагы чыныгы артыкчылыктары изилдөөдө түз моделденген эмес. SC үч нормалдаштырылган максатка тең салмак берүү менен түзүлгөн өкүлчүлүктүү компромисс гана.

Мындан тышкары, Leanhu жана Simen үчүн энергия эсептөө майда учурдук насос мүнөздөмө ийри сызыктарынын ордуна номиналдык кубат жана иштөө убактысына негизделет. Taojialu үчүн убакыт менен өзгөргөн напор жана натыйжалуулук эске алынган; ошондуктан үч станциядагы энергия моделдөө деталдуулугунун деңгээли бирдей эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө:Optimal Joint Operation of Multiple Gates and Pumping Stations in a Tidal River Network

Авторлор: Jijiang Chen, Qianshun Xu, Yi Hu, Jian Zhang, Yiqing Gong, Peipei Zhang, Jun Shi жана Jingqiao Mao.

Жооптуу автор: Jingqiao Mao.

Журнал: Water.

Басмакана: MDPI, Basel, Switzerland.

Библиографиялык жазуу: Water 2026, 18, 2223.

DOI: 10.3390/w18172223

Жарыяланган күнү: 7 Сентябрь 2026.

Рецензия статусу: Рецензияланган изилдөө макаласы. Макала 11 Июль 2026-жылы алынган, 19 Август 2026-жылы кайра каралып, 4 Сентябрь 2026-жылы кабыл алынган.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Негизги ыкма: EPA SWMM 5.2.4 Dynamic Wave гидродинамикалык модели, PySWMM, Python 3.8.10 жана NSGA-II негизиндеги көп максаттуу оптималдаштыруу.

Изилдөө аймагы: Yuyao City, Zhejiang Province, China; Hangzhou Bay ташкынынын таасири бар түндүк дренаждык дарыя тармагы.

Моделдин өлчөмү: 111 ачык канал байланышы, 70 эсептөө түйүнү, 5 жогорку агым кирүү чеги, 4 төмөнкү агым суунун деңгээли чеги жана 58 кичи бассейн.

Оптималдаштыруу өлчөмү: Алты шлюз/дамба станциясы + Taojialu, Leanhu жана Simenде 13 физикалык насос агрегаты; 36 эки сааттык башкаруу интервалы; жалпы 684 биттик хромосома.

Оптималдаштыруу: 360 индивидден турган популяция, 400 муун, 0,9 бир чекиттүү кроссовер ыктымалдыгы жана аныкталган 0,08 мутация эрежелери.

Каржылоо: Ministry of Education Basic Disciplines and Interdisciplinary Breakthrough Program (JYB2025XDXM907), National Key Research and Development Program of China (2023YFC3209204) жана Zhejiang Water Conservancy Science and Technology Program (RC2410).

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Гидрологиялык, гидравликалык жана инженердик иштетүү маалыматтары тиешелүү долбоор ээсинин уруксатына жараша жооптуу автордон негиздүү суроо-талап боюнча алынышы мүмкүн.

Кызыкчылыктар кагылышы: Qianshun Xu — Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd. кызматкери; Jian Zhang — Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power Co., Ltd. кызматкери. Калган авторлор коммерциялык же финансылык кызыкчылыктар кагылышы жок экенин билдирген.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу Jijiang Chen, Yi Hu жана Jingqiao Mao; ыкма Yi Hu жана Qianshun Xu; программалык камсыздоо жана текшерүү Yi Hu; талдоо Yi Hu жана Qianshun Xu; изилдөө Jijiang Chen, Yi Hu, Jian Zhang жана Jun Shi; ресурстар Jijiang Chen, Jian Zhang жана Jun Shi; маалыматтарды иреттөө Yi Hu жана Jijiang Chen; баштапкы долбоор Yi Hu; карап чыгуу жана редакциялоо бардык авторлор; көзөмөл Yiqing Gong жана Jingqiao Mao тарабынан аткарылган.

Жасалма интеллект колдонуу билдирүүсү: Авторлор макаланы даярдоодо англис тилин редакциялоо жана окумдуулукту жогорулатуу үчүн ChatGPT 5.5 версиясын колдонушканын, анын жыйынтыгын өздөрү текшерип редакциялашканын жана жарыяланган мазмун үчүн жоопкерчиликти өздөрү алганын билдиришкен.

Негизги чечмелөө чеги: Жыйынтыктар Typhoon In-Fa шарттарына негизделген окуяга мүнөздүү симуляция-оптималдаштыруу натыйжалары. Taojialu жана Leanhu насос станциялары 2021 окуясы маалында кызматта болбогондуктан, оптималдаштырылган сценарий тарыхый талаа иштетүүсүнүн түз кайталанышы эмес, жаңы объекттерди камтыган модель негизиндеги ишке киргизүүдөн кийинки сценарий. Башка жаан-чачын–ташкын айкалыштарында жана реалдуу убакыттагы талаа иштетүүсүндө кошумча текшерүү талап кылынат.