基于遗传算法的TOPMODEL参数优化

模型参数的确定是模型研制与应用成功与否的关键．一般采用人工经验率定和自动率定两种方法来确定．遗传算法和一般的优化算法不同,它具有全局寻优能力,是一类优秀的非线性函数优化算法．利用遗传算法来进行TOPMODEL参数优化,并和人工率定的计算结果作了简要的对比,明显地显示该方法的优点．采用遗传算法所得到的精度较高,可以类推到其他水文模型的参数优化中去．     

参数优化算法在水库水文模拟中的应用

文中结合水库2000-2010年实测水文数据进行对比分析,应用粒子群优化算法和遗传算法对新安江模型的参数进行优化分析。结果表明:粒子群优化算法高于遗传算法的参数优化程度。粒子群优化算法的优化参数值水库水文模拟的精度明显高于遗传算法的模拟精度,且粒子群优化算法的收敛精度更高。     

POS优化算法在SWAT模型参数优化中的应用

当前,分布式水文模型SWAT模型在国内水文模拟中应用较为广泛,但模型参数较多,人工经验设定参数存在工作量较为繁杂,且模拟精度不高的缺陷,为此本文引入POS优化算法,对SWAT模型参数进行批量优化,并以汤河西支流域为研究区域,结合区域实测水文数据,对比分析参数优化前后,对SWAT模型模拟精度的影响。研究结果表明： POS优化算法可实现SWAT模型参数的批量优化,相比参数优化前,参数优化后SWAT模型模拟径流深相对误差减少5.7%,流量过程拟合系数提高0.118。研究成果对于水文模型参数优化和自动率定提供参考价值。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的水资源多目标优化配置

山西省作为资源性缺水大省,对水资源进行优化配置是缓解用水紧张和提高社会经济发展水平的有效手段。通过建立山西省"大水网"晋中-长治供水区水资源多目标优化配置模型,对NSGA-Ⅱ算法在约束条件处理和遗传操作越界处理方面进行改进,并用于模型的求解,得出Pareto最优解集,最后从不同的侧重点挑选出3个不同的优化配置方案,以供决策者根据实际需要进行选择。综合来看,改进NSGA-Ⅱ算法较传统NSGA-Ⅱ算法更有效可行,配置结果合理。     

飞蛾火焰优化算法在承压含水层参数反演中的应用

通过10个典型低维函数对一种新型群体智能仿生算法——飞蛾火焰优化(MFO)算法进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法的寻优结果进行对比。以无界井流问题及直线隔水边界附近井流问题的解析解为基础,将MFO算法应用于分析抽水试验数据,进行反演承压含水层参数,并以2个实例对MFO算法进行验证。结果表明:MFO算法在低维函数极值寻优问题上具有较好的收敛精度和全局寻优能力,寻优精度较PSO算法提高了7个数量级以上。MFO算法对2个实例的反演精度较文献改进SA算法等提高了56.5%以上,具有较好的稳健性能、收敛速度和全局寻优能力。利用MFO算法对承压含水层参数进行反演,可获得比相关文献更高的反演精度,不但为精确估计承压含水层参数提供了有效方法,而且拓展了MFO算法在地下水模型参数反演中的应用,具有良好的应用价值和前景。     

多元优化算法在马斯京根模型参数优化中的应用

以2个实例为研究对象,利用一种新型群体智能算法——多元优化(MVO)算法优化马斯京根模型参数,并与相关文献中加速遗传算法等多种方法的优化结果进行对比。结果表明:MVO算法优化结果优于其他算法,利用MVO算法优化马斯京根模型参数,可以获得比相关文献更高的模拟精度,不但为精确估计马斯京根模型参数提供了有效方法,而且拓展了MVO算法在水文模型参数优化中的应用。     

黄金正弦算法在水文地质参数优化中的应用

为提高水文地质参数求解精度,利用黄金正弦算法(Gold-SA)优化求解泰斯(Theis)公式导水系数和储水系数2个关键参数。选取6个标准测试函数对Gold-SA算法进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法的仿真结果进行比较。以2个抽水试验资料为例,利用Gold-SA优化求解Theis公式导水系数和储水系数,求解结果与PSO算法、配线法和文献方法作对比。结果表明,Gold-SA算法对所选6个标准测试函数的寻优精度高于PSO算法,具有较好的寻优精度和全局搜索能力;对2个实例导水系数和储水系数参数的求解精度优于PSO算法、配线法和文献方法。将Gold-SA算法用于水文地质参数优化求解是可行和有效的。     

群居蜘蛛优化算法在水文频率曲线参数优化中的应用

利用一种新型群体智能仿生算法——群居蜘蛛优化算法(SSO)优化水文频率曲线参数,以云南省丽江仁里站和总管田站年径流量数据为例进行实例研究,分别将离差平方和准则(OLS)、离差绝对值和准则(ABS)以及相对离差平方和准则(WLS)作为SSO算法最优适应度函数对皮尔逊Ⅲ型分布参数进行优化,优化结果与粒子群优化算法(PSO)、矩法进行对比。结果表明:利用SSO算法优化仁里站和总管田站得到的OLS、ABS、WLS均优于PSO算法及矩法,比矩法提高了11%以上。SSO算法具有收敛速度快、全局寻优能力强等特点,基于SSO算法的优化适线法能够降低水文频率的分析误差,有效提高理论频率曲线与实测数据的拟合精度,是一种可行的水文频率分析方法。     

粒子群优化算法在确定越流含水层参数中的应用

以第1类越流系统含水层中的非稳定流井流问题的解析解为基础,将粒子群优化算法应用于分析抽水试验数据、解决确定含水层参数的问题中,并就学习因子c1,c2及惯性权重系数ω等算法控制参数对算法搜索能力的影响进行数值试验。结果表明:①粒子群优化算法能够有效地应用于分析抽水试验数据、确定第1类越流系统的含水层参数,且结果精度不易受人为影响;②c1,c2和ω综合影响粒子群的搜索能力,当c1=c2=2.0,ω由0.9随迭代次数线性递减至0.4时,有利于粒子在个体极值和全局极值周围几率均衡地搜索,并有利于保持粒子的搜索能力。     

随机梯度法在新安江模型参数 优选中的应用

基于近似梯度法及模式搜索法,提出了复合两种方法的随机优化方法。以Nash确定性系数为目标函数,对新安江模型的参数空间随机搜索后运用梯度法进行了优化,然后采用参数空间筛选策略,以获得全局最优解集。上述方法结合导数信息和随机性质的算法,使优化方法脱离局部极小解从而达到近似全局最优解集。以杨楼单元流域为应用实例进行了研究,结果表明,随机梯度法可以成功地率定概念性水文模型参数。     

确定含水层参数的单纯形-混沌优化算法

以无限含水层和有直线隔水边界情况下的解析解为基础,将单纯形一混沌优化算法应用于分析抽水试验数据,求解含水层参数函数优化问题。针对混沌优化算法收敛速度较慢的缺点,文中将单纯形算法和混沌优化算法结合,构造了单纯形一混沌优化算法。数值实验结果表明：单纯形一混沌优化算法可有效地应用于求解含水层参数函数优化问题;待估参数初始取值范围对单纯形一混沌优化算法的收敛速度有一定的影响,但不会影响该算法最终的收敛性;与混沌优化算法相比较,单纯形一混沌优化算法具有收敛速度快和结果精度高的优点。     

人工蜂群算法在渠道断面优化设计中的应用

针对常规渠道断面优化设计中存在的试算工作量大、累积误差大、计算精度不高的问题,将鲁棒性强、收敛速度快且全局寻优性能优异的人工蜂群算法引入渠道断面优化设计中,通过建立包含水力要素与经济要素的多目标优化函数,采用人工蜂群算法在全局空间下搜索渠道断面优化问题的全局最优解。研究结果表明,该方法是可行的,具有高效快速、计算精度高和易于实现等优点。     

基于NSGA-Ⅱ的水文模型参数多目标优化研究

为了对水文模型中难以直接测算的参数进行调试和优化,将带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）应用于水文模型（HYMOD）参数多目标优化计算中,得到最优解Pareto集合。通过多目标距离函数法从Pareto集中求出一组协调集。采用非支配解集覆盖度和非支配解的空间分布两个性能度量指标,对NSGA-Ⅱ算法与多目标粒子群算法（MOPSO）的优化结果进行比较分析。结果表明,NSGA-Ⅱ优化得到的非支配集比MOPSO算法得到的支配比例高;但前者的非支配解的空间分布较MOPSO算法相对均匀。     

SCE-UA算法在水环境系统优化问题中的应用

把SCE-UA算法应用到水环境系统优化问题的求解中,通过对问题的预处理,求解3个典型的优化问题：①二维稳态水质模型横向扩散系数及流速推求;②排放口最优化处理;③水工建筑物优化调度。结果表明：SCE-UA算法不但能求解一元函数约束的优化问题,通过构造罚函数,还能够成功求解有多元函数约束的优化问题。认为该算法不依赖导数和优化问题的具体形式,所需参数极少,求解精度高,通用性较强,值得在环境系统优化中推广。     

鲸鱼优化算法在水库优化调度中的应用

为验证鲸鱼优化算法在水库优化调度求解中的可行性和有效性,采用4个典型测试函数对鲸鱼优化算法进行仿真验证,并与布谷鸟搜索算法、差分进化算法、混合蛙跳算法、粒子群优化算法、萤火虫算法和SCE-UA算法共6种算法的仿真结果进行对比分析;将鲸鱼优化算法与6种对比算法应用于某单一水库和某梯级水库中长期优化调度求解。结果表明:鲸鱼优化算法寻优精度高于其他6种算法8个数量级以上,具有收敛速度快、收敛精度高和极值寻优能力强等特点;鲸鱼优化算法单一水库和梯级水库优化调度结果均优于其他6种算法;鲸鱼优化算法应用于水库优化调度求解是可行和有效的。     

基于多目标优化模型的雨水管网改建

雨水管网是城市排涝工程体系的重要组成部分,如何科学经济地对现状雨水管网进行优化改建,是提升管网排水能力、缓解城市内涝的的关键问题之一。建立以降低造价和工程量以及提高排水能力为目标的管网改建多目标优化模型,以管径改建值作为变量,利用NSGA-II多目标优化算法求解;基于Java运行平台,将SWMM源代码嵌入寻优过程,实现程序自动调用水力学模拟软件,得到快速获取可行解的新途径;将新建模型应用于工程实例,应用结果表明,优化模型在保证工程合理性要求的前提下,可快速获得多个经济可行的组合改建方案。研究对于雨水管网改建工作等具有借鉴意义。