Method Article

Multiobjective الأمثل المكاني للممارسات حفظ الزراعية باستخدام نموذج SWAT وخوارزمية التطوري

DOI:

10.3791/4009

⸱

December 9th, 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Environmental and Forest Sciences, University of Washington, 2Center for Agricultural and Rural Development, Department of Economics, Iowa State University, 3Department of Civil, Architectural, and Environmental Engineering, North Carolina A&T University, 4Iowa Geological and Water Survey

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا العمل يدل على إدماج المياه نموذج الجودة مع استخدام عنصر التحسين الخوارزميات التطورية للحل الأمثل التنسيب (الأقل تكلفة) من الممارسات الزراعية لحفظ مجموعة محددة من الأهداف المياه تحسين الجودة. يتم إنشاء حلول باستخدام نهج متعدد الأهداف، والسماح لالكمي صريحة من المفاضلات.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

العثور على فعالة من حيث التكلفة (أي أقل تكلفة) سبل استهداف الاستثمارات ممارسة الحفظ من أجل تحقيق أهداف محددة نوعية المياه عبر المشهد هو من أهمية قصوى في إدارة مستجمعات المياه. الاقتصاد التقليدية أساليب ايجاد الحل الأقل تكلفة في سياق مستجمعات المياه (على سبيل المثال، 5،12،20) يفترض أنه يمكن خارج الموقع صفه بدقة الآثار كنسبة من التلوث في الموقع الذي تم إنشاؤه. هذه النهج من غير المرجح أن يكون ممثلا لعملية التلوث الفعلي في مستجمعات المياه، حيث غالبا ما يتم تحديد آثار التلوث من خلال عمليات مصادر البيوفيزيائية المعقدة. استخدام جسديا الحديثة القائمة على توزيع نماذج المحاكاة الهيدرولوجية مكانيا يسمح لقدر أكبر من الواقعية من حيث التمثيل ولكنها تتطلب عملية وضع إطار المحاكاة، حيث النموذج الأمثل يصبح جزءا لا يتجزأ من التحسين.

تطورخوارزميات ARY يبدو أن التحسين أداة مفيدة بشكل خاص، وقادرة على التعامل مع طبيعة اندماجي من مشكلة محاكاة التحسين مستجمعات المياه والسماح باستخدام النموذج الكامل نوعية المياه. الخوارزميات التطورية علاج تخصيص خاص المكاني للممارسات الحفظ في مستجمعات المياه كحل مرشح والاستفادة من مجموعات (السكان) من حلول تطبيق مرشح تكراري مشغلي مؤشر ستوكاستيك من الاختيار، إعادة التركيب، والطفرات لإيجاد تحسينات فيما يتعلق أهداف التحسين. أهداف التحسين في هذه الحالة هي للحد من التلوث غير المحددة المصدر في مستجمعات المياه، والتقليل في الوقت نفسه من تكلفة الممارسات الحفظ. مجموعة الأخيرة وتوسيع البحوث تحاول استخدام أساليب مماثلة، ويدمج نماذج نوعية المياه مع تعريف على نطاق واسع وسائل التحسين التطوري 3،4،9،10،13-15،17-19،22،23،25. في هذا التطبيق، ونحن يبرهن على وجود برنامج الذي يتبع Rabotyagov وآخرون لAPPROمنظمة العمل ضد الجوع ويدمج 7 الحديثة وشائعة الاستخدام SWAT نموذج نوعية المياه مع خوارزمية تطورية multiobjective SPEA2 26، والمحددة من قبل المستخدم مجموعة من الممارسات الحفظ وتكاليفها للبحث عن حدود المقايضة بين التكاليف كاملة من الحفظ والممارسات المحددة من قبل المستخدم نوعية المياه الأهداف. حدود قياس المفاضلات التي تواجهها مديري مستجمعات المياه من خلال تقديم مجموعة كاملة من التكاليف المرتبطة مع مختلف الأهداف المياه تحسين الجودة. برنامج يسمح لمجموعة مختارة من مستجمعات المياه تكوينات تحقيق الأهداف المحددة تحسين نوعية المياه وإنتاج خرائط لوضع الأمثل من ممارسات الحفظ.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد نموذج مستجمعات المياه وتوفير بيانات الإدخال لتعظيم الاستفادة

  1. إنشاء قاعدة بيانات i_SWAT
    1. باستخدام برنامج يسمى "محور دوار"، وبناء قاعدة البيانات من قواعد البيانات متعددة بما في ذلك إدخال والتربة وإدارة والطقس والأسمدة.
    2. وبدلا من ذلك، يمكن استيراد القائمة على تشغيل SWAT (تم إنشاؤه ربما مع ArcSWAT أو AVSWAT) مع i_SWAT.exe. في هذه الحالة، وبرنامج "swat_rewrite" يمكن استخدامها لتحل محل الإدارة أو غيره....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نبني متكامل محاكاة التحسين إطار للبحث عن كفاءة باريتو مجموعات من تكوينات مستجمعات المياه التي تنطوي على مزيج الأقل تكلفة ومكان الحفظ الممارسات الزراعية لتحقيق مجموعة من الأهداف على مستوى مستجمعات المياه الحد من المغذيات. ويرد الرسم المفاهيمي للنظام المحاكاة التحسين في الشكل 8. يتم التعامل مع المحاكاة مستجمعات المياه، بما في ذلك محاكاة الآثار نوعية المياه من الممارسات الزراعية الحفظ من قبل نموذج هيدروليكي، SWAT2005، إلى جانب وجود نظام قاعدة بيانات التحكم المستندة إ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم تمويل هذا البحث في جزء من الدعم الذي تلقاه من كالة حماية البيئة الامريكية استهدفت برنامج المنح مستجمعات المياه (المشروع # WS97704801)، حيوية المؤسسة الوطنية للعلوم في لزوج من النظم الطبيعية والبشرية (مشروع # DEB1010259-CARD-كلين)، وزارة الخارجية الامريكية الزراعة، المعهد الوطني للمشروع Foodand الزراعة الزراعية المنسق (المشروع # 20116800230190-CARD-).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. American Society of Agricultural and Biological Engineers. Design, layout, construction, and maintenance of terrace systems. ASAE Standard. , S268(2003).
  2. Raccoon River Watershed water quality master plan. , Agren, Inc. Carroll, IA. (2011).
  3. Arabi, M., Govindaraju, R. S., Hantush, M. M.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Spatial Multiobjective OptimizationAgricultural Conservation PracticesSWAT ModelEvolutionary AlgorithmWatershed SimulationNonpoint Source PollutionCost Effective TargetingTradeoff FrontiersGenetic IwoSPEA2 Algorithm

Related Articles