SWMM–NSGA-II doirasi suv qalqishi va qaytishi ta’siridagi daryo tarmog‘ida yog‘in-oqim hosil bo‘lishini, vaqtga bog‘liq daryo gidrodinamikasini hamda shlyuz-nasos ekspluatatsiya qarorlarini ko‘p maqsadli optimallashtirish ostida birlashtiradigan simulyatsiya-optimizatsiya yondashuvidir. Tadqiqotda ushbu tuzilma Xitoyning Yuyao shahridagi shimoliy drenaj daryo tarmog‘iga qo‘llanilgan va Typhoon In-Fa hodisasi vakillik qiluvchi gidrologik sharoit sifatida ishlatilgan. SWMM Dynamic Wave dvigateli daryo tarmog‘idagi vaqtga bog‘liq suv sathlari va oqimlarni hisoblar ekan, NSGA-II oltita boshqariladigan to‘g‘on/shlyuz stansiyasi hamda Taojialu, Leanhu va Simen’dagi jami 13 nasos agregatining 72 soatlik ekspluatatsiya dasturini optimallashtirgan. Yakuniy Pareto to‘plamida gidravlik cheklov buzilishi bo‘lmagan 36 yechim olingan; suv sathi jarima indeksi 39,29–51,59 m², nasoslash energiyasi 914,15–1364,00 GJ va holat o‘zgarishlari soni 184–256 oralig‘ida bo‘lgan. Teng vaznli murosa yechimida ushbu qiymatlar mos ravishda 42,65 m², 967,82 GJ va 215 bo‘lgan. Tarixiy ekspluatatsiya bilan solishtirganda uchta nazorat stansiyasidagi 72 soatlik maqsad-sathdan oshish yig‘indisi 25,43 m·h dan 8,11 m·h gacha kamaygan, ya’ni %68,1 ga pasaygan. Biroq bu ko‘rsatkichni faqat optimallashtirish algoritmining ta’siri deb talqin qilib bo‘lmaydi; tarixiy asosiy holatda mavjud bo‘lmagan Taojialu va Leanhu nasos stansiyalarining ssenariyga qo‘shilishi ham natijaning bir qismidir.

Tadqiqotning asosiy gidravlik natijasi qirg‘oqdagi inshootlar bilan daryo tarmog‘i ichidagi inshootlar o‘rtasida turli funksiyalar yuzaga kelishidir. Taojialu va dengizga yaqin boshqa chiqarish inshootlari qalqish-qaytish oynalarini va yuqori suv qalqishi paytida majburiy drenaj quvvatini belgilasa, Simen, Xihenghe, Doumen va Leanhu kabi ichki inshootlar suvning tarmoq ichida qayta taqsimlanishini hamda qirg‘oq chiqarish joylari hosil qilgan suv sathi pasayishining ichki hududlarga uzatilishini tartibga soladi.

Tadqiqot muammosi

Past balandlikdagi qirg‘oq tekisliklaridagi daryo tarmoqlarida toshqinni boshqarish faqat yog‘in miqdoriga bog‘liq emas. Kuchli yog‘in yuqori tashqi suv qalqishi sathi bilan bir davrga to‘g‘ri kelganda dengizga tomon gravitatsion oqizish jiddiy cheklanishi mumkin. Yuyaoning shimoliy drenaj tizimida Taojialu Sluice odatda tashqi suv qalqishi yetarlicha past bo‘lganda gravitatsiya hisobiga drenajni ta’minlaydi. Suv qalqishi ko‘tarilganda esa ichki va tashqi suv sathlari orasidagi mos bosim farqi kamayadi yoki teskari yo‘nalishga o‘tadi; natijada gravitatsion drenaj oynasi torayadi.

Ushbu gidravlik cheklovni yengish maqsadida Taojialu dengiz chiqarish nasos stansiyasi ishlab chiqilgan. Shlyuz va nasos bir-biriga alternativdan ko‘ra ko‘proq to‘ldiruvchidir: mos past suv qalqishi davrida gravitatsiya bilan oqizish iqtisodiy bo‘lishi mumkin, yuqori suv qalqishi paytida esa majburiy nasoslash tashqariga chiqarishni davom ettirishga imkon beradi. Biroq nasos sarfi, gidravlik napor, samaradorlik va energiya iste’moli suv qalqishi sharoitiga qarab o‘zgaradi, shu sababli tizimni faqat “nasosni yoq” yoki “shlyuzni och” yondashuvi bilan boshqarish yetarli emas.

SWMM–NSGA-II Yondashuvi Qanday Ishlaydi?

SWMM–NSGA-II yondashuvi har bir nomzod shlyuz-nasos dasturini avval SWMM yordamida vaqtga bog‘liq gidrodinamik tarzda simulyatsiya qiladi, keyin esa NSGA-II orqali faqat gidravlik jihatdan amalga oshiriladigan dasturlar orasida suv sathini boshqarish, nasoslash energiyasi va uskunaning holat o‘zgarishlari sonini birgalikda minimallashtiradi. Shunday qilib, optimallashtirish faqat mavhum qaror o‘zgaruvchilari ustida emas, balki yog‘in, oqim, daryoda saqlanish, suv qalqishi sathi va gidravlik inshootlarning birgalikdagi ta’sirini ifodalovchi to‘liq dinamik simulyatsiya ustida olib boriladi.

Tadqiqot hududi va gidravlik tarmoq

Model Zhejiang provinsiyasining Yuyao shahri shimoli-g‘arbiy qirg‘oq tekisligidagi suv qalqishi va qaytishi ta’siridagi o‘zaro bog‘langan daryo tarmog‘ini ifodalaydi. Tarmoq sof daraxtsimon drenaj tizimi emas; u tarmoqlar, halqalar va yo‘nalishini o‘zgartira oladigan oqim bog‘lanishlarini o‘z ichiga oladi. Shu sababli bog‘lanishlardagi oqim yo‘nalishlari oldindan qat’iy belgilab qo‘yilmagan, balki yog‘in-oqim taqsimoti, suv sathi gradientlari, daryo tarmog‘idagi saqlanish, suv qalqishi va shlyuz-nasos holatlariga qarab SWMM tomonidan dinamik hisoblangan.

Tadqiqot hududi modeli 111 ta ochiq kanal bog‘lanishi, 70 ta hisoblash tuguni, 5 ta yuqori oqim kirish chegarasi, 4 ta quyi oqim suv sathi chegarasi va 58 ta kichik havzadan iborat. Tabiiy oqim kesimlari o‘lchangan notekis kesimlar bilan, sun’iy kanallar esa muhandislik chizmalaridan olingan tub kengligi, yon qiyaliklar va maksimal chuqurlik qiymatlari bilan ifodalangan. Har bir bog‘lanishga bitta vakillik qiluvchi kesim berilgan, shuning uchun kesim bog‘lanish bo‘ylab o‘zgarmas, ammo ketma-ket bog‘lanishlar orasida farq qilishi mumkin deb qabul qilingan.

SWMM Dynamic Wave gidrodinamikasi

SWMMning Dynamic Wave yechimi bir o‘lchamli Saint–Venant uzluksizlik va impuls tenglamalaridan foydalanadi:

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

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

Bu yerda \(A\) oqim kesimi yuzasini, \(Q\) sarfni, \(q_{\ell}\) birlik uzunlikka to‘g‘ri keladigan yonlama kirimni, \(H\) gidravlik naporni va \(S_f\) ishqalanish qiyaligini bildiradi. Uzluksizlik tenglamasi saqlanish va massa balansi munosabatini, impuls tenglamasi esa inertsiya, gidravlik napor gradienti va ishqalanishning oqimga ta’sirini birgalikda ifodalaydi. Qiyaligi kichik va teskari suv ta’siri muhim bo‘lgan Yuyao tarmog‘i uchun bu formulatsiya ayniqsa mazmunlidir; chunki mahalliy oqim yo‘nalishining teskarilanishi va suv qalqishi sababli teskari suv ta’sirlari modelga kiritilishi mumkin.

Tadqiqot ushbu differensial tenglamalar uchun yangi mustaqil yechuvchi ishlab chiqmagan. Sonli yechim mavjud EPA SWMM Dynamic Wave hisoblash dvigateli orqali bajarilgan.

Yog‘in-oqim modeli

Kichik havzalar topografiya, yo‘l va daryo tarmog‘i tuzilishi, drenaj bo‘linmalari va yer foydalanishini birgalikda baholash orqali aniqlangan. Horton infiltratsiya modeli ishlatilgan. O‘tkazmaslik ulushlari yer foydalanishiga qarab berilgan; depressiya saqlanishi, Horton parametrlari va sirt g‘adir-budurligi dastlab avvalgi SWMM qo‘llanmalaridagi qiymatlar asosida aniqlangan va keyinchalik hodisani qayta tiklash vaqtida kalibrlangan.

Nasos va shlyuz tizimining ifodalanishi

Modelda 10 ta to‘g‘on/shlyuz stansiyasi hamda Taojialu, Simen, Leanhu, Houqingjiang va Xihenghe nomli besh mustaqil nasos stansiyasi mavjud. Optimallashtirishda esa oltita to‘g‘on/shlyuz stansiyasi hamda Taojialu, Leanhu va Simendagi jami 13 ta jismoniy nasos agregati qaror o‘zgaruvchisi sifatida ishlatilgan.

Taojialu nasos stansiyasi beshta bir xil agregatdan iborat. Har bir agregatning loyiha sarfi 40 m³/s, loyiha bosim balandligi 3,05 m va qo‘llaniladigan ishchi napor oralig‘i 0,40–5,74 m. Beshta agregatning o‘rnatilgan loyiha sarfi jami 200 m³/s; biroq tadqiqot bu har doim olinadigan doimiy sarf emasligini ochiq ko‘rsatadi. Tashqi suv qalqishi sathi va ichki old havza sathi o‘zgargani uchun nasosning oniy napori, sarfi va samaradorligi ham o‘zgaradi.

Taojialu agregatining manba xarakteristik egri chizig‘idagi eng yaxshi samaradorlik nuqtasi taxminan \(Q=36{,}47\) m³/s va \(\eta=80{,}8\%\) qiymatlaridadir.

Leanhu nasos stansiyasi to‘rtta 30 m³/s agregatdan iborat va har bir agregatning o‘rnatilgan quvvati 2200 kW. Simen stansiyasida to‘rtta 25 m³/s nasos agregati mavjud va energiya hisobida har bir agregat uchun 1250 kW nominal quvvat ishlatilgan.

Suv Qalqishi Nega Qirg‘oq Nasosining Energiya Sarfini O‘zgartiradi?

Taojialu qirg‘oq nasos stansiyasida tashqi suv qalqishi sathi nasosning old havza bilan quyi suv orasidagi oniy gidravlik naporini o‘zgartiradi; bu napor o‘zgarishi nasos sarfi va gidravlik samaradorlikni o‘zgartirgani sababli bir xil vaqt ishlash turli paytlarda turlicha energiya sarfi va drenaj ta’sirini keltirib chiqarishi mumkin. Shuning uchun nasoslash davomiyligi yoki yoqish-o‘chirish soni o‘zi energiya sarfini tushuntirmaydi.

To‘g‘on oqimi munosabati

To‘g‘onlar SWMM ichida orifis bog‘lanishlari sifatida modellashtirilgan va oqim quyidagi munosabat bilan hisoblangan:

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

Bu yerda \(C_d\) samarali sarf koeffitsiyenti, \(A_o\) ochilish yuzasi va \(\Delta H_0=H_u-H_d\) shlyuz ustidagi yuqori-oqim va quyi-oqim gidravlik napor farqidir. Maqola, xususan, \(\Delta H_0\) ni Borda tipidagi kengayish yo‘qotishi sifatida talqin qilmaslik kerakligini ta’kidlaydi. Ishlatilgan \(C_d=0{,}32\), \(0{,}34\) va \(0{,}36\) qiymatlari ideal laboratoriya orifis koeffitsiyentlari emas; ular haqiqiy inshoot geometriyasi, oqim siqilishi va mahalliy gidravlik qarshiliklarning umumiy ta’sirini ifodalovchi muhandislik koeffitsiyentlaridir.

Modelni Typhoon In-Fa hodisasi bilan baholash

Model 22–28 Iyul 2021 oralig‘idagi Typhoon In-Fa jarayonini qayta tiklash orqali kalibrlangan. Kuzatilgan yuqori oqim sarf gidrograflari, quyi oqim suv sathi va suv qalqishi qatorlari gidravlik chegara sharti sifatida; yog‘in kuzatuvlari yog‘in-oqim kirishi sifatida; tarixiy to‘g‘on va nasos ekspluatatsiya yozuvlari esa boshqaruv kirishlari sifatida qo‘llangan.

Model samaradorligi Yuyao, Dongpu, Linshan va Mazhu suv sathi stansiyalarida solishtirilgan.

Barcha R² qiymatlari 0,942 yoki undan yuqori. Biroq bu samaradorlik qiymatlari mustaqil tekshirish hodisasi uchun emas, kalibrlashda ishlatilgan Typhoon In-Fa hodisasini qayta tiklash uchundir. Demak, natijalar modelning ayni hodisa ichida qayta tiklash qobiliyatini ko‘rsatadi, boshqa tayfun va suv qalqishi kombinatsiyalarida ham ayni aniqlik avtomatik saqlanishini isbotlamaydi.

72 soatlik optimallashtirish oynasi

Optimallashtirish 25 Iyul 2021 soat 08:00 da boshlangan va 28 Iyul 2021 soat 08:00 da yakunlangan. Jami \(72\) soatlik oyna har biri \(2\) soatdan iborat \(N=36\) boshqaruv oralig‘iga bo‘lingan.

Boshlang‘ich suv sathlarini ixtiyoriy belgilamaslik uchun 22 Iyul soat 08:00 dan 25 Iyul soat 08:00 gacha kuzatilgan yog‘in, oqim, quyi oqim sathlari va tarixiy ekspluatatsiya yozuvlari bilan uzluksiz dastlabki simulyatsiya o‘tkazilgan, uning oxirida hosil bo‘lgan gidravlik holat barcha nomzod yechimlar uchun umumiy hot-start boshlang‘ich sharti sifatida ishlatilgan.

Suv Sathi Chegaralari Nega Maqsad Funksiyasi Emas, Qattiq Cheklovdir?

Tadqiqotda Linshan, Dongpu va Mazhu uchun belgilangan quyi va yuqori suv sathi chegaralari afzal maqsadlar emas, har bir nomzod dastur 72 soat davomida ichida qolishi shart bo‘lgan majburiy ekspluatatsiya konvertidir. Shu sababli suv sathi chegarasini buzgan dastur boshqa maqsadlarda yaxshi bo‘lsa ham yakuniy Pareto to‘plamiga qabul qilinmaydi; optimallashtirish faqat \(CV=0\) ni ta’minlaydigan gidravlik jihatdan amalga oshiriladigan dasturlarni yakuniy yechim sifatida baholaydi.

Nazorat stansiyalarining suv sathi chegaralari

2,50 m quyi chegara fizik jihatdan yetib bo‘lmaydigan universal minimal suv sathi emas. Ekspluatatsiya nuqtai nazaridan normal suv ta’minoti saqlanishini asrashga qaratilgan quyi chegaradir. Haddan tashqari oldindan bo‘shatish prognoz qilingan yog‘in sodir bo‘lmasa, suv ta’minoti uchun keraksiz saqlash yo‘qotishiga olib kelishi mumkinligi sababli optimallashtirishga bu chegaradan pastga tushishga ruxsat berilmagan.

Cheklov buzilishi

Nazorat stansiyasi \(i\) va baholash onida \(t_k\) uchun bitta yozuv buzilishi:

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

ko‘rinishida aniqlangan. Bu yerda \(U_i\) qattiq yuqori, \(L_i\) qattiq quyi suv sathi chegarasidir.

Umumiy cheklov buzilishi:

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

ko‘rinishida hisoblangan. \(N_s=3\). \(CV=0\) nomzod dastur baholash davomida barcha qattiq suv sathi chegaralarini bajarganini anglatadi.

Birinchi maqsad: suv sathi oshish jarimasi

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

Bu yerda \(h_i^*\) stansiyaning toshqin davri nazorat maqsadidir. Faqat maqsaddan yuqori sathlar jarimaga tortiladi; maqsad sathida yoki undan past qiymat nol jarima beradi. Kvadrat hadi katta oshishlar ta’sirini tobora kuchaytiradi. \(F_1\) vaqt integrali emas va vaqt qadami ko‘paytuvchisini o‘z ichiga olmaydi; shu sababli birligi m² bo‘lgan diskret indeksdir.

Ikkinchi maqsad: nasoslash energiyasi

Taojialu uchun umumiy sarf:

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

va bitta nasos agregatining quvvati:

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

ko‘rinishida hisoblangan. Bu yerda \(q_{T,m}\) agregatning oniy sarfi, \(H_T\) vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi old havza-quyi suv napor farqi va \(\eta_{T,m}\) nasos samaradorligidir. Ishlamayotgan nasos uchun sarf va quvvat nol.

Leanhu va Simenning batafsil napor-samaradorlik egri chiziqlari modelda ishlatilmagani uchun bu stansiyalarning energiya iste’moli nominal quvvat × ishlash davomiyligi yondashuvi bilan hisoblangan.

72 soatlik nasos energiyasi:

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

ko‘rinishida olingan va kWh qiymatlari:

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

orqali GJ ga aylantirilgan.

Uchinchi maqsad: holat o‘zgarishlari soni

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

Bu yerda \(N_c=19\), oltita boshqariladigan to‘g‘on/shlyuz stansiyasi va 13 ta alohida nasos agregatining yig‘indisidir. Shlyuz uchun 0/1 yopiq/ochiq, nasos uchun 0/1 o‘chiq/ishlayapti degan ma’noni anglatadi. Har bir ochish, yopish, ishga tushirish yoki to‘xtatish tegishli obyekt uchun bitta holat o‘zgarishi sifatida hisoblanadi.

Ekspluatatsiya cheklovlari

Dengizga yaqin shlyuzlar tashqi suv qalqishi sathi ichki suv sathidan yuqori bo‘lganda teskari oqimning oldini olish uchun yopilishga majbur qilingan:

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

Nasos old havzasidagi suv sathi xavfsiz minimal qiymatdan pastga tushganda tegishli nasos to‘xtatiladi. Minimal uzluksiz nasos ishlashi va shlyuz holati davomiyligi 2 soat. Har bir boshqariladigan obyekt uchun 24 soatlik ekspluatatsiya oynasida ruxsat etilgan maksimal holat o‘zgarishlari soni 8.

Genetik kodlash

Oltita to‘g‘on/shlyuz stansiyasi uchun har biri 36 bitli holat ketma-ketligi ishlatilgan. Taojialuning beshta nasosi \(5N=180\), Leanhuning to‘rtta nasosi \(4N=144\) va Simenning to‘rtta nasosi \(4N=144\) bitli bloklarni hosil qilgan.

Umumiy xromosoma uzunligi:

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

bo‘lgan. Demak, har bir gen 72 soatlik vaqt ufqida muayyan 2 soatlik nazorat oralig‘ida ma’lum bir shlyuz stansiyasi yoki jismoniy nasos agregatining ikkilik holatini ifodalaydi.

684 Genli Xromosoma Nimani Ifodalaydi?

684 genli ikkilik xromosoma oltita boshqariladigan to‘g‘on/shlyuz stansiyasi hamda 13 ta jismoniy nasos agregatining 36 ta ikki soatlik nazorat oralig‘idagi ochiq-yopiq yoki ishlayapti-to‘xtagan holatlarining barchasini bitta nomzod ekspluatatsiya dasturida kodlaydi. Shunday qilib, NSGA-II optimallashtiradigan individ mavhum ball emas, balki to‘g‘ridan-to‘g‘ri 72 soatlik amalga oshiriladigan shlyuz-nasos ekspluatatsiya ketma-ketligidir.

NSGA-II va PySWMM bog‘lanishi

NSGA-II maxsus Python dasturida amalga oshirilgan. Populyatsiya hajmi 360, avlodlar soni 400. Ota-ona tanlash cheklangan dominantlik tartibi va crowding distance yordamida ikkilik turnir orqali bajarilgan. Bir nuqtali krossover ehtimoli 0,9.

Nasos genlarida har bir gen uchun mutatsiya ehtimoli 0,08 etib belgilangan. Shlyuz mutatsiyasi esa har bir nazorat oralig‘ida mustaqil ravishda 0,08 ehtimol bilan ishga tushirilgan va ishga tushganda boshqariladigan shlyuzlarning holatlari o‘zgartirilgan.

PySWMM NSGA-II hosil qilgan nomzod dasturlarni EPA SWMM 5.2.4 modeliga qo‘llaydigan interfeysdir. PySWMM gidrodinamik tenglamalarni yechmaydi; boshqaruv buyruqlarini SWMMga uzatadi va suv sathi, sarf, shlyuz hamda nasos holatlarini qayta o‘qiydi. Gidrodinamik yechim SWMM Dynamic Wave dvigatelida bajariladi. Dasturiy muhitda Python 3.8.10 ishlatilgan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Optimallashtirish konvergensiyasi

NSGA-IIning ko‘p maqsadli yechim to‘plami konvergensiyasi hypervolume (HV) ko‘rsatkichi bilan baholangan. Turli birliklarga ega uchta maqsad umumiy quyi va yuqori chegaralar yordamida normallashtirilgan:

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

Hypervolume hisobida tayanch nuqta \((1.1,1.1,1.1)\) sifatida ishlatilgan. HV dastlabki avlodlarda tez ko‘tarilgan, keyin barqarorlashgan va 400-avlodda 1,26 ga yetgan. Manba buni nazariy yuqori chegaraning taxminan %95 i sifatida xabar qiladi.

Pareto yechimlari to‘plami

Yakuniy yechimlar to‘plami barchasi \(CV=0\) bo‘lgan 36 ta amalga oshiriladigan va bir-birini dominant qilmaydigan dasturdan iborat bo‘lgan.

Eng aniq maqsadlar ziddiyati suv sathini boshqarish bilan uskunaning holat o‘zgarishlari soni o‘rtasida kuzatilgan. Tez-tez ekspluatatsion sozlash odatda yaxshiroq suv sathi boshqaruvini ta’minlashi mumkin. Bunga qarshi, energiya sarfi boshqa ikki maqsad bilan bir xil yo‘nalishdagi munosabat ko‘rsatmagan; chunki energiya faqat ishlash soniga emas, ishlash davomiyligiga, nasos stansiyalari o‘rtasidagi yuk taqsimotiga, Taojialudagi suv qalqishiga bog‘liq nasos naporiga va nasos samaradorligiga ham bog‘liq.

Kamroq Yoqish-O‘chirish Nega Har Doim Kamroq Energiya Degani Emas?

Holat o‘zgarishlari soni faqat uskuna necha marta ochiq-yopiq holatga o‘tganini o‘lchaydi, energiya sarfi esa nasoslarning qancha vaqt, qaysi stansiyada va Taojialu uchun qaysi gidravlik naporda ishlashiga bog‘liq. Shu sababli kamroq holat o‘zgarishi qiladigan dastur nasoslarni uzoqroq yoki noqulayroq napor sharoitida ishlatib, ko‘proq jami energiya sarflashi mumkin.

To‘rtta vakillik qiluvchi yechim

SWP eng past suv sathi jarimasini ta’minlagan, biroq to‘rtta vakillik qiluvchi yechim orasida energiya sarfi va holat o‘zgarishlari soni eng yuqori bo‘lgan yechimdir. SSW atigi 184 holat o‘zgarishi bilan operatsion jihatdan eng sokin yechim bo‘lsa-da, suv sathi jarimasi oshgan. SE eng past energiya sarfini ta’minlagan. SC esa hech bir maqsadda mutlaq eng yaxshi yechim emas; uchta normallashtirilgan maqsadga teng vazn berilganda ideal nuqtaga eng qisqa masofani bergani uchun namunaviy murosa yechimi sifatida tanlangan.

Shu sababli SC “har bir boshqaruvchi uchun yagona to‘g‘ri dastur” deb talqin qilinmasligi kerak. Boshqaruv ustuvorliklari o‘zgarganda 36 yechim ichidan boshqa Pareto dasturi mosroq bo‘lishi mumkin.

Nasos energiyasining stansiyalar bo‘yicha taqsimlanishi

SE dasturida jami 221 holat o‘zgarishi bo‘lishiga qaramay energiya sarfi 914,15 GJ. SSW atigi 184 holat o‘zgarishi qilgan bo‘lsa ham 998,09 GJ sarflagan. Shunday qilib, SE 37 ta ko‘proq o‘zgarishga qaramay SSWdan 83,94 GJ, ya’ni taxminan %8,41 kamroq energiya sarflagan. Eng katta farq Leanhu stansiyasida yuzaga kelgan.

Nazorat stansiyalarida suv sathi javobi

Dongpuda tarixiy asosiy holatda cho‘qqi sathi taxminan 3,22 m va maqsad sathidan yuqorida qolish davomiyligi taxminan 24 soat. SWP, SE, SSW va SC uchun cho‘qqi sathlari mos ravishda taxminan 3,13, 3,15, 3,18 va 3,14 m.

Linshan qirg‘oq chiqarish inshootlariga yaqinroq. Tarixiy asosiy holatda cho‘qqi sathi taxminan 3,30 m va maqsaddan yuqori davomiylik taxminan 34 soat. SWP, SE, SSW va SC uchun taxminiy cho‘qqi qiymatlari mos ravishda 2,93, 2,97, 2,97 va 2,96 m.

Mazhu kuchliroq saqlanish va kechikkan gidravlik javob ko‘rsatgan. Tarixiy asosiy cho‘qqi taxminan 3,51 m va maqsaddan yuqori davomiylik taxminan 66 soat. SWP, SE, SSW va SCda taxminiy cho‘qqi sathlari mos ravishda 3,33, 3,34, 3,38 va 3,35 m deb berilgan.

Maqsad sathidan yuqori yig‘ma oshish

Stansiya \(i\) uchun 72 soatlik yig‘ma oshish:

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

orqali hisoblangan. Birligi m·h.

%68,1 Lik Kamayishni Qanday Talqin Qilish Kerak?

%68,1 lik kamayish teng vaznli SC dasturi Typhoon In-Fa chegara sharoitlari ostida va Taojialu hamda Leanhu ishga tushirilgan deb qabul qilingan ssenariyda uchta nazorat stansiyasining jami maqsad-sathdan oshishini tarixiy asosiy ekspluatatsiyaga nisbatan 25,43 m·h dan 8,11 m·h gacha kamaytirganini anglatadi. Bu qiymat faqat optimallashtirish algoritmining mustaqil ta’siri emas; tarixiy asosiy holatda mavjud bo‘lmagan yangi nasos inshootlarining ssenariyga kiritilishi ham taqqoslashning bir qismidir.

Qirg‘oq va ichki inshootlarning turli gidravlik rollari

Linshanda kuchliroq yaxshilanish kuzatilishi stansiyaning Linhaipu va Taojialu qirg‘oq chiqarish joylariga yaqinligi bilan bog‘liq. Bu inshootlar past suv qalqishi vaqtida gravitatsion drenaj oynalariga va yuqori suv qalqishi paytida majburiy drenaj quvvatiga bevosita ta’sir qiladi.

Mazhu esa yuqoriroq oqim joylashuvida bo‘lgani uchun suv sathi faqat qirg‘oq chiqarish quvvatiga emas, yuqori havza kirimiga, daryo tarmog‘idagi saqlanishga va suv sathi pasayishining tarmoq bo‘ylab tarqalish kechikishiga ko‘proq bog‘liq. Simen, Xihenghe, Doumen va Leanhu inshootlari suvni tarmoq ichida qayta taqsimlash hamda qirg‘oq chiqarish joylari ta’sirini ichki hududlarga uzatishda rol o‘ynagan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Suv qalqishi ta’siridagi tekislik daryo tarmog‘ida shlyuzlar va nasoslarning birgalikdagi ekspluatatsiyasi bitta samaradorlik mezoniga tushirib bo‘lmaydigan ko‘p maqsadli muammodir.
• 36 yakuniy Pareto yechimining barchasi modeldagi qattiq suv sathi chegaralarini bajargan.
• Suv sathini boshqarish bilan uskuna holat o‘zgarishi o‘rtasida aniq murosa mavjud.
• Nasoslash energiyasi bilan holat o‘zgarishlari soni o‘rtasida oddiy va bir xil yo‘nalishdagi munosabat topilmagan.
• Taojialu kabi qirg‘oq chiqarish nasoslarida tashqi suv qalqishi nasos napori va samaradorlik orqali energiya xarajatiga bevosita ta’sir qilishi mumkin.
• Qirg‘oq chiqarish joylari va ichki tartibga solish inshootlari bir xil gidravlik vazifani bajarmaydi.
• Teng vaznli murosa dasturi o‘rganilgan 72 soatlik ssenariyda jami maqsad-sathdan oshishni 25,43 m·h dan 8,11 m·h gacha kamaytirgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan umumlashtirishlar

• %68,1 kamayish barcha tayfunlarda yoki barcha yog‘in-suv qalqishi kombinatsiyalarida kafolatlangan samaradorlik emas.
• SC dasturi barcha boshqaruv afzalliklari uchun yagona optimal yechim emas.
• Modelning Typhoon In-Fa qayta tiklashidagi R², RMSE va MAE qiymatlari mustaqil hodisa tekshiruvi emas.
• Optimallashtirish dala ekspluatatsiyasida ayni natijani berishi bu tadqiqot tomonidan bevosita ko‘rsatilmagan.
• Tarixiy asosiy holat bilan optimallashtirilgan holat o‘rtasidagi farqni faqat algoritmga nisbat berib bo‘lmaydi; yangi Taojialu va Leanhu inshootlarining qo‘shilishi ham taqqoslashni o‘zgartiradi.
• Belgilangan suv sathi chegaralari optimallashtirish tomonidan topilgan fizik chegaralar emas; ular ekspluatatsiya rejasidan olingan oldindan belgilangan chegara qiymatlaridir.

Asosiy cheklovlar

Tadqiqotning eng muhim cheklovi hodisaga xosligidir. Optimallashtirish Typhoon In-Faning yog‘in, yuqori oqim va suv qalqishi chegara sharoitlariga asoslanadi. Turli tayfun trayektoriyalari, yog‘in vaqtlanishi, suv qalqishi fazalari va havzaning boshlang‘ich sharoitlari turli Pareto to‘plamlarini hosil qilishi mumkin.

Ikkinchi cheklov model baholanishining ayni kalibrlash hodisasida bajarilganidir. Boshqa mustaqil toshqin hodisasida tekshiruv xabar qilinmagan.

Uchinchidan, qaror qabul qiluvchilarning suv sathi xavfsizligi, energiya va uskuna ekspluatatsiyasi barqarorligi o‘rtasidagi real afzalliklari tadqiqotda bevosita modellashtirilmagan. SC faqat uchta normallashtirilgan maqsadga teng vazn berish orqali yaratilgan vakillik qiluvchi murosadir.

Bundan tashqari, Leanhu va Simen uchun energiya hisobi batafsil oniy nasos xarakteristik egri chiziqlari o‘rniga nominal quvvat va ishlash davomiyligiga asoslangan. Taojialu uchun esa vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi napor va samaradorlik hisobga olingan; shu sababli uch stansiyada energiya modellashtirishning tafsilot darajasi bir xil emas.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot:Optimal Joint Operation of Multiple Gates and Pumping Stations in a Tidal River Network

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

Mas’ul muallif: Jingqiao Mao.

Jurnal: Water.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Bibliografik qayd: Water 2026, 18, 2223.

DOI: 10.3390/w18172223

Nashr sanasi: 7 Sentabr 2026.

Taqriz holati: Taqrizdan o‘tgan tadqiqot maqolasi. Maqola 11 Iyul 2026 da qabul qilingan, 19 Avgust 2026 da qayta ko‘rib chiqilgan va 4 Sentabr 2026 da nashrga qabul qilingan.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Asosiy usul: EPA SWMM 5.2.4 Dynamic Wave gidrodinamik modeli, PySWMM, Python 3.8.10 va NSGA-II asosidagi ko‘p maqsadli optimallashtirish.

Tadqiqot hududi: Yuyao City, Zhejiang Province, China; Hangzhou Bay suv qalqishi ta’siridagi shimoliy drenaj daryo tarmog‘i.

Model hajmi: 111 ta ochiq kanal bog‘lanishi, 70 ta hisoblash tuguni, 5 ta yuqori oqim kirish chegarasi, 4 ta quyi oqim suv sathi chegarasi va 58 ta kichik havza.

Optimallashtirish hajmi: Oltita shlyuz/to‘g‘on stansiyasi + Taojialu, Leanhu va Simenda 13 ta jismoniy nasos agregati; 36 ta ikki soatlik nazorat oralig‘i; jami 684 bitli xromosoma.

Optimallashtirish: 360 individli populyatsiya, 400 avlod, 0,9 bir nuqtali krossover ehtimoli va belgilangan 0,08 mutatsiya qoidalari.

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

Ma’lumotlardan foydalanish: Gidrologik, gidravlik va muhandislik ekspluatatsiya ma’lumotlari tegishli loyiha egasining ruxsatiga bog‘liq holda mas’ul muallifdan asosli so‘rov bo‘yicha olinishi mumkin.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Qianshun Xu Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd. xodimi; Jian Zhang Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power Co., Ltd. xodimi. Boshqa mualliflar tijoriy yoki moliyaviy manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Muallif hissalari: Konseptuallashtirish Jijiang Chen, Yi Hu va Jingqiao Mao; usul Yi Hu va Qianshun Xu; dasturiy ta’minot va tekshirish Yi Hu; tahlil Yi Hu va Qianshun Xu; tadqiqot Jijiang Chen, Yi Hu, Jian Zhang va Jun Shi; resurslar Jijiang Chen, Jian Zhang va Jun Shi; ma’lumotlarni tartibga solish Yi Hu va Jijiang Chen; dastlabki qoralama Yi Hu; ko‘rib chiqish va tahrirlash barcha mualliflar; nazorat Yiqing Gong va Jingqiao Mao tomonidan bajarilgan.

Sun’iy intellektdan foydalanish bayonoti: Mualliflar maqolani tayyorlash jarayonida ingliz tilini tahrirlash va o‘qiluvchanlikni oshirish maqsadida ChatGPT 5.5 versiyasidan foydalanganliklarini, chiqishni o‘zlari tekshirib tahrir qilganliklarini va nashr mazmuni uchun javobgarlikni o‘z zimmalariga olganliklarini bildirgan.

Asosiy talqin chegarasi: Natijalar Typhoon In-Fa sharoitlariga asoslangan hodisaga xos simulyatsiya-optimizatsiya natijalaridir. Taojialu va Leanhu nasos stansiyalari 2021 hodisasi vaqtida xizmatda bo‘lmagani sababli, optimallashtirilgan ssenariy tarixiy dala ekspluatatsiyasining bevosita takrori emas, balki yangi inshootlarni o‘z ichiga olgan modelga asoslangan ishga tushirilgandan keyingi ssenariydir. Boshqa yog‘in-suv qalqishi kombinatsiyalarida va real vaqt dala ekspluatatsiyasida qo‘shimcha tekshirish talab etiladi.