Чаҳорчӯбаи SWMM–NSGA-II як равиши моделсозӣ-оптимизатсия мебошад, ки дар шабакаи дарёии зери таъсири мадду ҷазр ташаккули бориш–ҷараён, гидродинамикаи ба вақт вобастаи дарё ва қарорҳои истифодаи дарвозаҳо ва истгоҳҳои насосиро дар доираи оптимизатсияи бисёрҳадафа муттаҳид мекунад. Дар таҳқиқот ин сохтор ба шабакаи дарёии дренажии шимолии шаҳри Yuyao-и Чин татбиқ шуда, ҳодисаи Typhoon In-Fa ҳамчун шароити намояндагии гидрологӣ истифода шудааст. Дар ҳоле ки муҳаррики SWMM Dynamic Wave сатҳҳои об ва ҷараёнҳои ба вақт вобастаро дар шабакаи дарё ҳисоб мекард, NSGA-II барномаи 72-соатаи истифодаи шаш истгоҳи идорашавандаи сарбанд/дарвоза ва дар маҷмӯъ 13 агрегати насосӣ дар Taojialu, Leanhu ва Simen-ро оптимизатсия кардааст. Дар маҷмӯи ниҳоии Pareto 36 ҳалли бе нақзи маҳдудиятҳои гидравликӣ ба даст омадааст; индекси ҷаримаи сатҳи об дар ҳудуди 39,29–51,59 m², энергияи насоскашӣ 914,15–1364,00 GJ ва шумораи тағйироти ҳолат 184–256 будааст. Дар ҳалли созишии бо вазнҳои баробар ин арзишҳо мутаносибан 42,65 m², 967,82 GJ ва 215 будаанд. Дар муқоиса бо истифодаи таърихӣ, ҷамъшавии 72-соатаи аз ҳад гузаштани сатҳи ҳадаф дар се истгоҳи назоратӣ аз 25,43 m·h то 8,11 m·h коҳиш ёфтааст, яъне %68,1 кам шудааст. Бо вуҷуди ин, ин нишондиҳандаро танҳо ҳамчун таъсири алгоритми оптимизатсия шарҳ додан мумкин нест; ворид намудани истгоҳҳои насосии Taojialu ва Leanhu, ки дар ҳолати асосии таърихӣ вуҷуд надоштанд, низ қисми натиҷа мебошад.

Натиҷаи асосии гидравликии таҳқиқот дар он аст, ки байни иншооти соҳилӣ ва иншооти дохили шабакаи дарё вазифаҳои гуногун ба миён меоянд. Taojialu ва дигар иншооти баромади наздик ба баҳр равзанаҳои мадду ҷазр ва иқтидори дренажи маҷбуриро ҳангоми мадди баланд муайян мекунанд, дар ҳоле ки иншооти дохилӣ ба монанди Simen, Xihenghe, Doumen ва Leanhu бозтақсимкунии обро дар дохили шабака ва интиқоли коҳиши сатҳи оби ба вуҷудомада аз баромадҳои соҳилӣ ба минтақаҳои дохилӣ танзим мекунанд.

Масъалаи таҳқиқот

Дар шабакаҳои дарёии ҳамвориҳои соҳилии пастбаланд назорати обхезӣ танҳо ба миқдори бориш вобаста нест. Вақте ки бориши шадид бо сатҳи баланди мадди беруна дар як давра рост меояд, холӣ кардани об ба сӯи баҳр бо қувваи ҷозиба метавонад ҷиддан маҳдуд шавад. Дар системаи дренажии шимолии Yuyao, Taojialu Sluice одатан вақте ки мадди беруна ба қадри кофӣ паст аст, дренажро бо қувваи ҷозиба таъмин мекунад. Ҳангоми боло рафтани мадд, фарқи мувофиқи напори байни сатҳҳои оби дохилӣ ва беруна кам ё баръакс мешавад; дар натиҷа равзанаи дренажи ҷозибавӣ танг мегардад.

Барои рафъи ин маҳдудияти гидравликӣ истгоҳи насосии баромади баҳрии Taojialu таҳия шудааст. Дарвоза ва насос бештар якдигарро пурра мекунанд, на ин ки ивазкунандаи якдигар бошанд: дар давраи мадди пасти мувофиқ холӣ кардан бо қувваи ҷозиба метавонад иқтисодӣ бошад, дар ҳоле ки ҳангоми мадди баланд насоскашии маҷбурӣ метавонад идомаи холӣ кардани обро ба берун таъмин кунад. Аммо азбаски дебити насос, напори гидравликӣ, самаранокӣ ва масрафи энергия вобаста ба шароити мадду ҷазр тағйир меёбанд, идора кардани система танҳо бо равиши «насосро фаъол кун» ё «дарвозаро кушо» кофӣ нест.

Равиши SWMM–NSGA-II Чӣ Гуна Кор Мекунад?

Равиши SWMM–NSGA-II ҳар як барномаи номзади дарвоза-насосро аввал тавассути SWMM ба таври гидродинамикии вобаста ба вақт моделсозӣ мекунад ва сипас бо NSGA-II дар байни барномаҳои танҳо аз ҷиҳати гидравликӣ иҷрошаванда назорати сатҳи об, энергияи насоскашӣ ва шумораи тағйироти ҳолати таҷҳизотро якҷоя кам мекунад. Ҳамин тавр, оптимизатсия на танҳо бар рӯи тағйирёбандаҳои абстрактии қарор, балки бар рӯи моделсозии пурраи динамикӣ, ки таъсири муштараки бориш, ҷараён, захираи дарё, сатҳи мадду ҷазр ва иншооти гидравликиро ифода мекунад, гузаронда мешавад.

Минтақаи таҳқиқот ва шабакаи гидравликӣ

Модел шабакаи ба ҳам пайвастаи дарёии зери таъсири мадду ҷазрро дар ҳамвории соҳилии шимолу ғарбии шаҳри Yuyao, вилояти Zhejiang, ифода мекунад. Шабака системаи дренажии соф дарахтшакл нест; он шохаҳо, ҳалқаҳо ва пайвастҳои ҷараёнеро дар бар мегирад, ки метавонанд самташонро тағйир диҳанд. Аз ин рӯ, самти ҷараён дар пайвастҳо пешакӣ собит нашуда, вобаста ба тақсимоти бориш–ҷараён, градиентҳои сатҳи об, захираи шабакаи дарё, мадду ҷазр ва ҳолатҳои дарвоза-насос аз ҷониби SWMM ба таври динамикӣ ҳисоб шудааст.

Модели минтақаи таҳқиқот аз 111 пайвасти канали кушода, 70 гиреҳи ҳисоббарорӣ, 5 ҳади вуруди болооб, 4 ҳади сатҳи оби поёноб ва 58 зерҳавза иборат аст. Қитъаҳои табиии дарё бо буришҳои ченшудаи номунтазам ва каналҳои сунъӣ бо паҳнои таг, нишебиҳои паҳлӯӣ ва арзишҳои умқи максималӣ, ки аз нақшаҳои муҳандисӣ гирифта шудаанд, ифода шудаанд. Ба ҳар пайваст як буриши намояндагӣ дода шуда, бинобар ин қабул шудааст, ки буриш дар тӯли пайваст собит, вале байни пайвастҳои пайдарпай метавонад фарқ кунад.

Гидродинамикаи SWMM Dynamic Wave

Ҳалли Dynamic Wave-и SWMM муодилаҳои якандозаи пайвастагӣ ва импулси Saint–Venant-ро истифода мебарад:

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

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

Дар ин ҷо \(A\) масоҳати буриши ҷараён, \(Q\) дебит, \(q_{\ell}\) воридшавии паҳлӯӣ ба як воҳиди дарозӣ, \(H\) напори гидравликӣ ва \(S_f\) нишебии соишро ифода мекунад. Муодилаи пайвастагӣ муносибати байни захирашавӣ ва ҳифзи масса ва муодилаи импулс таъсири инерсия, градиенти напори гидравликӣ ва соишро ба ҷараён якҷоя ифода мекунанд. Барои шабакаи Yuyao, ки нишебии кам ва таъсири оби бозгашт муҳим аст, ин формулировка махсусан мувофиқ аст; зеро баръакс шудани самти ҷараёни маҳаллӣ ва таъсири оби бозгашти аз мадду ҷазр ба вуҷудомада метавонанд ба модел дохил карда шаванд.

Таҳқиқот барои ин муодилаҳои дифференсиалӣ ҳалкунандаи нави мустақил таҳия накардааст. Ҳалли ададӣ тавассути муҳаррики мавҷудаи ҳисоббарории EPA SWMM Dynamic Wave иҷро шудааст.

Модели бориш–ҷараён

Зерҳавзаҳо бо арзёбии якҷояи топография, сохтори роҳ ва шабакаи дарё, тақсимоти дренаж ва истифодаи замин муайян шудаанд. Модели инфилтратсияи Horton истифода шудааст. Таносубҳои сатҳи обногузар вобаста ба истифодаи замин таъин шуда, захираи депрессия, параметрҳои Horton ва ноҳамвории рӯйи замин дар аввал аз арзишҳои барномаҳои қаблии SWMM гирифта шуда, баъдан ҳангоми бозтавлиди ҳодиса калибр карда шудаанд.

Намояндагии системаи насос ва дарвоза

Дар модел 10 истгоҳи сарбанд/дарвоза ва панҷ истгоҳи мустақили насосӣ — Taojialu, Simen, Leanhu, Houqingjiang ва Xihenghe — мавҷуданд. Дар оптимизатсия бошад, шаш истгоҳи сарбанд/дарвоза ва дар маҷмӯъ 13 агрегати физикии насосӣ дар Taojialu, Leanhu ва Simen ҳамчун тағйирёбандаҳои қарор истифода шудаанд.

Истгоҳи насосии Taojialu аз панҷ агрегати якхела иборат аст. Дебити тарҳии ҳар агрегат 40 m³/s, баландии тарҳии бардошт 3,05 m ва диапазони напори кории қобили истифода 0,40–5,74 m мебошад. Ҷамъи дебити тарҳии насбшудаи панҷ агрегат 200 m³/s аст; аммо таҳқиқот равшан мегӯяд, ки ин дебити собите нест, ки дар ҳар лаҳза дастрас бошад. Азбаски сатҳи мадди беруна ва сатҳи ҳавзи пешобӣ тағйир меёбанд, напори лаҳзавӣ, дебит ва самаранокии насос низ тағйир меёбанд.

Нуқтаи беҳтарини самаранокӣ дар каҷнамои хусусияти манбаи агрегати Taojialu тақрибан дар \(Q=36{,}47\) m³/s ва \(\eta=80{,}8\%\) қарор дорад.

Истгоҳи насосии Leanhu аз чор агрегати 30 m³/s иборат буда, қувваи насбшудаи ҳар агрегат 2200 kW мебошад. Дар истгоҳи Simen чор агрегати насосии 25 m³/s мавҷуд аст ва дар ҳисобкунии энергия барои ҳар агрегат қувваи номиналии 1250 kW истифода шудааст.

Чаро Мадду Ҷазр Масрафи Энергияи Насоси Соҳилиро Тағйир Медиҳад?

Дар истгоҳи насосии соҳилии Taojialu сатҳи мадди беруна напори гидравликии лаҳзавии насосро байни ҳавзи пешобӣ ва оби поёнӣ тағйир медиҳад; азбаски ин тағйири напор дебити насос ва самаранокии гидравликиро тағйир медиҳад, кор кардан дар муддати якхела метавонад дар вақтҳои гуногун масрафи гуногуни энергия ва таъсири гуногуни дренажӣ ба вуҷуд орад. Аз ин рӯ, танҳо давомнокии насоскашӣ ё шумораи фаъолу хомӯш кардан масрафи энергияро шарҳ намедиҳад.

Муносибати ҷараёни сарбанд

Сарбандҳо дар SWMM ҳамчун пайвастҳои сӯрох моделсозӣ шуда, ҷараён бо муносибати зерин ҳисоб шудааст:

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

Дар ин ҷо \(C_d\) коэффисиенти самараноки дебит, \(A_o\) масоҳати кушодагӣ ва \(\Delta H_0=H_u-H_d\) фарқи напори гидравликии болооб ва поёноб дар дарвоза мебошад. Мақола махсус таъкид мекунад, ки \(\Delta H_0\)-ро набояд ҳамчун талафоти васеъшавии навъи Borda шарҳ дод. Арзишҳои истифодашудаи \(C_d=0{,}32\), \(0{,}34\) ва \(0{,}36\) коэффисиентҳои идеалии лаборатории сӯрох нестанд; онҳо коэффисиентҳои муҳандисӣ мебошанд, ки таъсири ҷамъии геометрияи воқеии иншоот, тангшавии ҷараён ва муқовиматҳои маҳаллии гидравликиро ифода мекунанд.

Арзёбии модел бо ҳодисаи Typhoon In-Fa

Модел бо бозтавлиди раванди Typhoon In-Fa дар байни 22–28 Июл 2021 калибр шудааст. Гидрографҳои мушоҳидашудаи дебити болооб, сатҳи оби поёноб ва силсилаҳои мадду ҷазр ҳамчун шароити ҳадии гидравликӣ; мушоҳидаҳои бориш ҳамчун вуруди бориш–ҷараён; ва сабтҳои таърихии истифодаи сарбанду насос ҳамчун вурудҳои идоракунӣ истифода шудаанд.

Самаранокии модел дар истгоҳҳои сатҳи оби Yuyao, Dongpu, Linshan ва Mazhu муқоиса шудааст.

Ҳамаи арзишҳои R² 0,942 ё баландтаранд. Аммо ин арзишҳои самаранокӣ барои ҳодисаи мустақили санҷишӣ нестанд, балки барои бозтавлиди ҳодисаи Typhoon In-Fa мебошанд, ки дар калибрсозӣ истифода шудааст. Аз ин рӯ, натиҷаҳо муваффақияти моделро дар бозтавлиди ҳамин ҳодиса нишон медиҳанд, вале исбот намекунанд, ки дар дигар омезишҳои тайфун ва мадду ҷазр ҳамон сатҳи дақиқӣ ба таври худкор нигоҳ дошта мешавад.

Равзанаи 72-соатаи оптимизатсия

Оптимизатсия 25 Июл 2021 соати 08:00 оғоз шуда, 28 Июл 2021 соати 08:00 анҷом ёфтааст. Равзанаи умумии \(72\) соат ба фосилаҳои идоракунии ҳар кадом \(2\) соатӣ, яъне \(N=36\) фосила тақсим шудааст.

Барои он ки сатҳҳои ибтидоии об ба таври худсарона муайян нашаванд, аз 22 Июл соати 08:00 то 25 Июл соати 08:00 бо бориш, ҷараён, сатҳҳои поёноб ва сабтҳои таърихии истифода симулятсияи пайвастаи пешакӣ гузаронда шуда, ҳолати гидравликии дар охири он ба дастомада ҳамчун шарти умумии ибтидоии hot-start барои ҳамаи ҳалли номзад истифода шудааст.

Чаро Ҳудудҳои Сатҳи Об Функсияи Ҳадаф Не, Балки Маҳдудияти Сахтанд?

Дар таҳқиқот ҳудудҳои поёнӣ ва болоии сатҳи об барои Linshan, Dongpu ва Mazhu ҳадафҳои афзалиятнок нестанд, балки лифофаи ҳатмии истифода мебошанд, ки ҳар барномаи номзад бояд дар тӯли 72 соат дар дохили он бимонад. Аз ин рӯ, барномае, ки ҳади сатҳи обро вайрон мекунад, ҳатто агар дар дигар ҳадафҳо хуб бошад ҳам, ба маҷмӯи ниҳоии Pareto қабул намешавад; оптимизатсия танҳо барномаҳои аз ҷиҳати гидравликӣ иҷрошавандаро, ки \(CV=0\)-ро таъмин мекунанд, ҳамчун ҳалли ниҳоӣ арзёбӣ мекунад.

Ҳудудҳои сатҳи об дар истгоҳҳои назоратӣ

Ҳади поёнии 2,50 m сатҳи универсалии минималии обе нест, ки аз ҷиҳати физикӣ расидан ба он ғайриимкон бошад. Ин ҳади поёнест, ки аз нуқтаи назари истифода барои ҳифзи захираи муқаррарии таъминоти об пешбинӣ шудааст. Азбаски холӣ кардани аз ҳад зиёди пешакӣ, агар бориши пешбинишуда рух надиҳад, метавонад ба талафоти нолозими захира барои таъминоти об оварда расонад, ба оптимизатсия иҷозат дода нашудааст, ки аз ин ҳад поён равад.

Нақзи маҳдудият

Барои истгоҳи назоратии \(i\) ва лаҳзаи арзёбии \(t_k\) нақзи як сабт чунин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо \(U_i\) ҳади сахти болоӣ ва \(L_i\) ҳади сахти поёнии сатҳи об мебошад.

Нақзи умумии маҳдудият:

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

ҳисоб шудааст. \(N_s=3\) аст. \(CV=0\) маънои онро дорад, ки барномаи номзад дар тамоми арзёбӣ ҳамаи ҳудудҳои сахти сатҳи обро риоя мекунад.

Ҳадафи якум: ҷаримаи аз ҳад гузаштани сатҳи об

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

Дар ин ҷо \(h_i^*\) ҳадафи назорати давраи обхезии истгоҳ аст. Танҳо сатҳҳои болотар аз ҳадаф ҷарима мешаванд; дар ҳадаф ё поёнтар аз он арзиш ҷаримаи сифр медиҳад. Ҳади квадратӣ таъсири аз ҳад гузаштани калонтарро тадриҷан афзоиш медиҳад. \(F_1\) интеграли вақт нест ва зарбкунандаи қадами вақтро дар бар намегирад; бинобар ин индекси дискретӣ бо воҳиди m² мебошад.

Ҳадафи дуюм: энергияи насоскашӣ

Дебити умумӣ барои Taojialu:

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

ва қувваи як агрегати насос:

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

ҳисоб шудааст. Дар ин ҷо \(q_{T,m}\) дебити лаҳзавии агрегат, \(H_T\) фарқи напори ҳавзи пешобӣ–оби поёнӣ, ки бо вақт тағйир меёбад, ва \(\eta_{T,m}\) самаранокии насос мебошад. Барои насоси корнакунанда дебит ва қувва сифр аст.

Азбаски каҷнамоҳои муфассали напор–самаранокии Leanhu ва Simen дар модел истифода нашудаанд, масрафи энергияи ин истгоҳҳо бо равиши қувваи номиналӣ × давомнокии кор ҳисоб шудааст.

Энергияи насосии 72-соата:

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

ба даст омада, арзишҳои kWh:

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

ба GJ табдил дода шудаанд.

Ҳадафи сеюм: шумораи тағйироти ҳолат

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

Дар ин ҷо \(N_c=19\), ки ҷамъи шаш истгоҳи идорашавандаи сарбанд/дарвоза ва 13 агрегати алоҳидаи насос мебошад. Барои дарвоза 0/1 баста/кушода ва барои насос 0/1 хомӯш/кор мекунад маъно дорад. Ҳар кушодан, бастан, оғоз ё қатъ кардан барои объекти дахлдор як тағйироти ҳолат ҳисоб мешавад.

Маҳдудиятҳои истифода

Дарвозаҳои наздик ба баҳр, вақте ки сатҳи мадди беруна аз сатҳи оби дохилӣ баландтар аст, барои пешгирии ҷараёни бозгашт маҷбур ба баста шудан шудаанд:

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

Вақте ки сатҳи оби ҳавзи пешобии насос аз арзиши минималии бехатар поён меравад, насоси дахлдор қатъ карда мешавад. Давомнокии минималии пайвастаи кори насос ва ҳолати дарвоза 2 соат аст. Барои ҳар объекти идорашаванда дар равзанаи 24-соатаи истифода шумораи максималии тағйироти ҳолати иҷозашуда 8 мебошад.

Кодгузории генетикӣ

Барои шаш истгоҳи сарбанд/дарвоза ҳар кадом силсилаи ҳолати 36-битӣ истифода шудааст. Панҷ насоси Taojialu блоки \(5N=180\), чор насоси Leanhu блоки \(4N=144\) ва чор насоси Simen блоки \(4N=144\) битиро ташкил кардаанд.

Дарозии умумии хромосома:

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

будааст. Ҳамин тавр, ҳар ген дар уфуқи 72-соатаи вақт, дар фосилаи муайяни 2-соатаи идоракунӣ, ҳолати дуии як истгоҳи муайяни дарвоза ё агрегати физикии насосро ифода мекунад.

Хромосомаи 684-Генӣ Чиро Ифода Мекунад?

Хромосомаи дуии 684-генӣ ҳамаи ҳолатҳои кушода-баста ё кор мекунад-қатъ аст-и шаш истгоҳи идорашавандаи сарбанд/дарвоза ва 13 агрегати физикии насосро дар 36 фосилаи идоракунии дусоата дар як барномаи номзади истифода кодгузорӣ мекунад. Ҳамин тавр, фарде, ки NSGA-II оптимизатсия мекунад, холҳои абстрактӣ нест, балки пайдарпаии бевоситаи 72-соатаи иҷрошавандаи истифодаи дарвоза-насос мебошад.

Пайванди NSGA-II ва PySWMM

NSGA-II дар як барномаи махсуси Python татбиқ шудааст. Андозаи популятсия 360 ва шумораи наслҳо 400 мебошад. Интихоби волидайн бо турнири дуӣ бо истифодаи тартиби бартарияти маҳдудшуда ва crowding distance иҷро шудааст. Эҳтимоли кроссовери якнуқтаӣ 0,9 мебошад.

Дар генҳои насос эҳтимоли мутация барои ҳар ген 0,08 муайян шудааст. Мутатсияи дарвоза бошад, дар ҳар фосилаи идоракунӣ мустақилона бо эҳтимоли 0,08 фаъол шуда, ҳангоми фаъол шудан ҳолатҳои дарвозаҳои идорашаванда тағйир дода шудаанд.

PySWMM интерфейсест, ки барномаҳои номзади аз ҷониби NSGA-II тавлидшударо ба модели EPA SWMM 5.2.4 татбиқ мекунад. PySWMM муодилаҳои гидродинамикиро ҳал намекунад; фармонҳои идоракуниро ба SWMM мефиристад ва сатҳи об, дебит, ҳолати дарвоза ва насосро боз мехонад. Ҳалли гидродинамикӣ дар муҳаррики SWMM Dynamic Wave иҷро мешавад. Дар муҳити нармафзор Python 3.8.10 истифода шудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Наздикшавии оптимизатсия

Наздикшавии маҷмӯи ҳалли бисёрҳадафаи NSGA-II бо нишондиҳандаи hypervolume (HV) арзёбӣ шудааст. Се ҳадаф бо воҳидҳои гуногун бо истифода аз ҳудудҳои умумии поёнӣ ва болоӣ нормализатсия шудаанд:

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

Дар ҳисобкунии hypervolume нуқтаи истинод \((1.1,1.1,1.1)\) истифода шудааст. HV дар наслҳои аввал зуд боло рафта, баъдан устувор шуда ва дар насли 400-ум ба 1,26 расидааст. Манбаъ инро тақрибан %95-и ҳади назариявии болоӣ гузориш медиҳад.

Маҷмӯи ҳалли Pareto

Маҷмӯи ниҳоии ҳалли аз 36 барномаи иҷрошаванда ва ғайрибартаридошта иборат шудааст, ки ҳамаи онҳо \(CV=0\) мебошанд.

Барҷастатарин зиддияти ҳадафҳо байни назорати сатҳи об ва шумораи тағйироти ҳолати таҷҳизот мушоҳида шудааст. Танзими бештари истифода одатан метавонад назорати беҳтари сатҳи обро таъмин кунад. Дар муқобил, масрафи энергия бо ду ҳадафи дигар муносибати яксамт нишон надодааст; зеро энергия на танҳо ба шумораи кор, балки ба давомнокии кор, тақсимоти сарборӣ байни истгоҳҳои насосӣ, напори насоси вобаста ба мадду ҷазр дар Taojialu ва самаранокии насос низ вобаста аст.

Чаро Камтар Фаъол-Хомӯш Кардан Ҳамеша Маънои Энергияи Камтарро Надорад?

Шумораи тағйироти ҳолат танҳо чен мекунад, ки таҷҳизот чанд маротиба аз ҳолати фаъол ба хомӯш ё баръакс гузаштааст, дар ҳоле ки масрафи энергия ба он вобаста аст, ки насосҳо чӣ қадар вақт, дар кадом истгоҳ ва барои Taojialu дар кадом напори гидравликӣ кор мекунанд. Аз ин рӯ, барномаи дорои тағйироти камтари ҳолат метавонад насосҳоро муддати дарозтар ё дар шароити напори номусоидтар кор карда, энергияи умумии бештар сарф кунад.

Чор ҳалли намояндагӣ

SWP пасттарин ҷаримаи сатҳи обро таъмин кардааст, аммо дар байни чор ҳалли намояндагӣ аз рӯи масрафи энергия ва шумораи тағйироти ҳолат баландтарин будааст. SSW бо танҳо 184 тағйироти ҳолат аз ҷиҳати амалиётӣ оромтарин ҳалли буда, аммо ҷаримаи сатҳи об боло рафтааст. SE пасттарин масрафи энергияро таъмин кардааст. SC дар ҳеҷ ҳадаф мутлақо беҳтарин нест; он ҳамчун ҳалли намунавии созиш интихоб шудааст, зеро ҳангоми додани вазни баробар ба се ҳадафи нормализатсияшуда масофаи кӯтоҳтаринро то нуқтаи идеалӣ медиҳад.

Аз ин рӯ, SC набояд ҳамчун «барномаи ягонаи дуруст барои ҳар мудир» шарҳ дода шавад. Вақте ки афзалиятҳои идоракунӣ тағйир меёбанд, аз 36 ҳалли мавҷуда як барномаи дигари Pareto метавонад мувофиқтар бошад.

Тақсимоти энергияи насос байни истгоҳҳо

Дар барномаи SE, бо вуҷуди 221 тағйироти умумии ҳолат, масрафи энергия 914,15 GJ аст. SSW бо танҳо 184 тағйироти ҳолат 998,09 GJ масраф кардааст. Ҳамин тавр, SE бо вуҷуди 37 тағйироти бештар нисбат ба SSW 83,94 GJ, яъне тақрибан %8,41 камтар энергия масраф кардааст. Фарқи калонтарин дар истгоҳи Leanhu ба вуҷуд омадааст.

Вокуниши сатҳи об дар истгоҳҳои назоратӣ

Дар Dongpu сатҳи қулла дар ҳолати асосии таърихӣ тақрибан 3,22 m ва давомнокии мондан болотар аз сатҳи ҳадаф тақрибан 24 соат аст. Барои SWP, SE, SSW ва SC сатҳҳои қулла мутаносибан тақрибан 3,13, 3,15, 3,18 ва 3,14 m мебошанд.

Linshan ба иншооти баромади соҳилӣ наздиктар аст. Дар ҳолати асосии таърихӣ сатҳи қулла тақрибан 3,30 m ва давомнокии болотар аз ҳадаф тақрибан 34 соат аст. Барои SWP, SE, SSW ва SC арзишҳои тахминии қулла мутаносибан 2,93, 2,97, 2,97 ва 2,96 m мебошанд.

Mazhu захираи қавитар ва вокуниши гидравликии дертар нишон додааст. Қуллаи таърихии асосӣ тақрибан 3,51 m ва давомнокии болотар аз ҳадаф тақрибан 66 соат аст. Дар SWP, SE, SSW ва SC сатҳҳои тахминии қулла мутаносибан 3,33, 3,34, 3,38 ва 3,35 m дода шудаанд.

Аз ҳад гузаштани ҷамъшудаи болотар аз сатҳи ҳадаф

Барои истгоҳи \(i\) аз ҳад гузаштани ҷамъшудаи 72-соата:

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

ҳисоб шудааст. Воҳиди он m·h мебошад.

Коҳиши %68,1 Чӣ Гуна Бояд Шарҳ Дода Шавад?

Коҳиши %68,1 маънои онро дорад, ки барномаи SC бо вазнҳои баробар дар шароити ҳадии Typhoon In-Fa ва дар сенарияе, ки Taojialu ва Leanhu ба кор даровардашуда ҳисоб шудаанд, аз ҳад гузаштани умумии сатҳи ҳадафро дар се истгоҳи назоратӣ нисбат ба истифодаи асосии таърихӣ аз 25,43 m·h то 8,11 m·h коҳиш додааст. Ин арзиш танҳо таъсири мустақили алгоритми оптимизатсия нест; ворид шудани иншооти нави насосӣ, ки дар ҳолати асосии таърихӣ вуҷуд надоштанд, низ қисми муқоиса мебошад.

Нақшҳои гуногуни гидравликии иншооти соҳилӣ ва дохилӣ

Беҳбудии қавитар дар Linshan бо он вобаста аст, ки истгоҳ ба баромадҳои соҳилии Linhaipu ва Taojialu наздик мебошад. Ин иншоот ба равзанаҳои дренажи ҷозибавӣ ҳангоми мадди паст ва иқтидори дренажи маҷбурӣ ҳангоми мадди баланд бевосита таъсир мекунанд.

Mazhu бошад, азбаски дар мавқеи болообтар ҷойгир аст, сатҳи обаш на танҳо ба иқтидори баромади соҳилӣ, балки ба воридшавии ҳавзаи боло, захираи шабакаи дарё ва таъхири паҳншавии коҳиши сатҳи об дар дохили шабака бештар вобаста аст. Иншооти Simen, Xihenghe, Doumen ва Leanhu дар бозтақсимкунии об дар дохили шабака ва интиқоли таъсири баромадҳои соҳилӣ ба минтақаҳои дохилӣ нақш бозидаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар шабакаи дарёии ҳамвории зери таъсири мадду ҷазр истифодаи муштараки дарвозаҳо ва насосҳо масъалаи бисёрҳадафаест, ки ба як нишондиҳандаи иҷро кам карда намешавад.
• Ҳамаи 36 ҳалли ниҳоии Pareto ҳудудҳои сахти сатҳи обро дар модел риоя кардаанд.
• Байни назорати сатҳи об ва тағйироти ҳолати таҷҳизот созиши равшан вуҷуд дорад.
• Байни энергияи насоскашӣ ва шумораи тағйироти ҳолат муносибати оддӣ ва яксамт ёфт нашудааст.
• Дар насосҳои баромади соҳилӣ ба монанди Taojialu мадди беруна метавонад тавассути напори насос ва самаранокӣ мустақиман ба хароҷоти энергия таъсир расонад.
• Баромадҳои соҳилӣ ва иншооти танзимии дохилӣ вазифаи якхелаи гидравликиро иҷро намекунанд.
• Барномаи созишии бо вазнҳои баробар дар сенарияи 72-соатаи таҳқиқшуда аз ҳад гузаштани умумии сатҳи ҳадафро аз 25,43 m·h то 8,11 m·h коҳиш додааст.

Умумисозиҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Коҳиши %68,1 иҷрои кафолатшуда барои ҳамаи тайфунҳо ё ҳамаи омезишҳои бориш–мадду ҷазр нест.
• Барномаи SC барои ҳамаи афзалиятҳои идоракунӣ ҳалли ягонаи оптималӣ нест.
• Арзишҳои R², RMSE ва MAE дар бозтавлиди Typhoon In-Fa санҷиши мустақили ҳодиса нестанд.
• Ин таҳқиқот мустақиман нишон надодааст, ки оптимизатсия дар истифодаи воқеии саҳроӣ ҳамон натиҷаро медиҳад.
• Фарқи байни ҳолати асосии таърихӣ ва ҳолати оптимизатсияшударо танҳо ба алгоритм нисбат додан мумкин нест; илова шудани иншооти нави Taojialu ва Leanhu низ муқоисаро тағйир медиҳад.
• Ҳудудҳои муайяншудаи сатҳи об ҳудудҳои физикие нестанд, ки оптимизатсия кашф кардааст; онҳо арзишҳои ҳадии пешакӣ муайяншуда аз нақшаи истифода мебошанд.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Муҳимтарин маҳдудияти таҳқиқот хусусияти вобаста ба ҳодиса доштани он аст. Оптимизатсия ба шароити ҳадии бориш, болооб ва мадду ҷазри Typhoon In-Fa асос ёфтааст. Масирҳои гуногуни тайфун, вақти бориш, фазаҳои мадду ҷазр ва шароити ибтидоии ҳавза метавонанд маҷмӯаҳои гуногуни Pareto ба вуҷуд оранд.

Маҳдудияти дуюм он аст, ки арзёбии модел дар ҳамон ҳодисаи калибрсозӣ анҷом шудааст. Санҷиш дар ҳодисаи дигари мустақили обхезӣ гузориш нашудааст.

Сеюм, афзалиятҳои воқеии қароргирандагон байни амнияти сатҳи об, энергия ва устувории истифодаи таҷҳизот дар таҳқиқот мустақиман моделсозӣ нашудаанд. SC танҳо як созиши намояндагӣ мебошад, ки бо додани вазни баробар ба се ҳадафи нормализатсияшуда сохта шудааст.

Илова бар ин, барои Leanhu ва Simen ҳисобкунии энергия ба қувваи номиналӣ ва давомнокии кор асос ёфтааст, на ба каҷнамоҳои муфассали лаҳзавии хусусияти насос. Барои Taojialu бошад, напор ва самаранокии тағйирёбанда бо вақт ба ҳисоб гирифта шудаанд; аз ин рӯ, сатҳи тафсилоти моделсозии энергия дар се истгоҳ яксон нест.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ:Optimal Joint Operation of Multiple Gates and Pumping Stations in a Tidal River Network

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

Муаллифи масъул: Jingqiao Mao.

Маҷалла: Water.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Сабти библиографӣ: Water 2026, 18, 2223.

DOI: 10.3390/w18172223

Санаи нашр: 7 Сентябр 2026.

Вазъи баррасии ҳамтоён: Мақолаи таҳқиқотии баррасишуда. Мақола 11 Июл 2026 қабул, 19 Август 2026 бознигарӣ ва 4 Сентябр 2026 барои нашр қабул шудааст.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Усули асосӣ: Модели гидродинамикии EPA SWMM 5.2.4 Dynamic Wave, PySWMM, Python 3.8.10 ва оптимизатсияи бисёрҳадафа дар асоси NSGA-II.

Минтақаи таҳқиқот: Yuyao City, Zhejiang Province, China; шабакаи дарёии дренажии шимолӣ зери таъсири мадду ҷазри Hangzhou Bay.

Андозаи модел: 111 пайвасти канали кушода, 70 гиреҳи ҳисоббарорӣ, 5 ҳади вуруди болооб, 4 ҳади сатҳи оби поёноб ва 58 зерҳавза.

Андозаи оптимизатсия: Шаш истгоҳи дарвоза/сарбанд + 13 агрегати физикии насосӣ дар Taojialu, Leanhu ва Simen; 36 фосилаи дусоатаи идоракунӣ; дар маҷмӯъ хромосомаи 684-битӣ.

Оптимизатсия: Популятсияи 360-фардӣ, 400 насл, эҳтимоли 0,9 кроссовери якнуқтаӣ ва қоидаҳои муайяншудаи мутацияи 0,08.

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

Дастрасии маълумот: Маълумоти гидрологӣ, гидравликӣ ва истифодаи муҳандисӣ бо иҷозати соҳиби лоиҳаи дахлдор аз муаллифи масъул бо дархости асоснок дастрас карда мешаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Qianshun Xu корманди Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd.; Jian Zhang корманди Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power Co., Ltd. мебошад. Муаллифони дигар изҳор доштаанд, ки бархӯрди манфиатҳои тиҷоратӣ ё молиявӣ надоранд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Jijiang Chen, Yi Hu ва Jingqiao Mao; усул Yi Hu ва Qianshun Xu; нармафзор ва санҷиш Yi Hu; таҳлил Yi Hu ва Qianshun Xu; таҳқиқот Jijiang Chen, Yi Hu, Jian Zhang ва Jun Shi; захираҳо Jijiang Chen, Jian Zhang ва Jun Shi; танзими маълумот Yi Hu ва Jijiang Chen; тарҳи аввал Yi Hu; бозбинӣ ва таҳрир ҳамаи муаллифон; назорат Yiqing Gong ва Jingqiao Mao иҷро кардаанд.

Изҳороти истифодаи зеҳни сунъӣ: Муаллифон изҳор доштаанд, ки ҳангоми омода кардани мақола барои таҳрири забони англисӣ ва беҳтар кардани хонданбобӣ аз ChatGPT версияи 5.5 истифода бурда, натиҷаро худ санҷида ва таҳрир кардаанд ва масъулияти мундариҷаи нашршударо ба уҳда гирифтаанд.

Ҳади асосии тафсир: Натиҷаҳо натиҷаҳои симуляция-оптимизатсияи вобаста ба ҳодиса мебошанд, ки ба шароити Typhoon In-Fa асос ёфтаанд. Азбаски истгоҳҳои насосии Taojialu ва Leanhu дар ҳодисаи 2021 дар хизмат набуданд, сенарияи оптимизатсияшуда на такрори мустақими истифодаи таърихии саҳроӣ, балки сенарияи пас аз ба кор даровардани модельбунёд бо иншооти нав мебошад. Барои дигар омезишҳои бориш–мадду ҷазр ва истифодаи саҳроии вақти воқеӣ санҷиши иловагӣ зарур аст.