Multiobjective الأمثل المكاني للممارسات حفظ الزراعية باستخدام نموذج SWAT وخوارزمية التطوري

الهدف العام من التجربة التالية هو توضيح طريقة التحسين متعدد الأهداف لممارسات الحفظ في مستجمعات المياه باستخدام نظام تحسين المحاكاة الذي يتضمن نموذج عملية مستجمعات المياه ، وخوارزمية تطورية. السؤال الشامل هو كيفية تخصيص ممارسات الحفظ الزراعي في مستجمعات المياه. لذلك يتم تحقيق أهداف جودة المياه بأقل تكلفة.

ممارسات الحفظ المتعددة ممكنة في كل حقل ، وقد تكون أهداف جودة المياه المتعددة مهمة. يمكن محاكاة تعيين معين لممارسات الحفظ بواسطة نموذج عملية مستجمعات المياه. لتحقيق هدف التحسين أولا ، حدد نموذج عملية مستجمعات المياه معاير والتحقق من صحته وتمثيلات نموذجية لممارسات الحفظ.

كخطوة ثانية ، يتم اختيار الأهداف البيئية المراد تعظيمها والحصول على تكاليف ممارسات الحفظ ، مما يسمح باستدعاء مكون الخوارزمية التطورية الذي يتطلع إلى التحسين في نفس الوقت على طول الأهداف البيئية والتكلفة. بعد ذلك ، يتم اختيار المعلمات التي تتحكم في التحسين من أجل إجراء تحسين متعدد الأهداف. يتم دمج هذين المكونين ، المحاكاة والتحسين في نظام تحسين المحاكاة يسمى نتائج I swat الجينية التي تظهر المجموعة المثلى لتكوينات مستجمعات المياه من حيث مواضع ممارسات الحفظ ، والتي تحدد المفاضلات بين الأهداف البيئية وتكلفة استثمارات الحفظ ، وتسمح باختيار تكوين مكاني محدد لممارسات الحفظ بناء على الأهداف البيئية المرغوبة أو التكلفة.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الأساليب الحالية مثل تقييم سيناريو ممارسة الحفظ البسيط أو تحسين اختيار ممارسات الحفظ بناء على تمثيل الممارسة المبسطة ، هي أنها تدمج نموذج عملية مستجمعات المياه القائم على المادية في قرار التحسين بطريقة مرنة ومفهومة بشكل حدسي. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في إدارة مستجمعات المياه والمجالات الاقتصادية البيئية ، مثل مكان تركيز الاستثمارات العامة في ممارسات الحفظ ، أو كيفية هيكلة السياسات القائمة على السوق مثل المزادات العكسية لممارسات الحفظ أو برنامج تداول جودة المياه. في سياق التلوث غير النقطي ، يتم تحديد معلمات التحسين بعد إعداد نموذج مستجمعات المياه وإدخال البيانات للتحسين بشرط أن يتم التحكم في التحسين بواسطة برنامج يسمى Genetic Iwo.

لبدء هذا الإجراء ، افتح الوراثي iwo dot exe انتقل إلى الملف ، ثم افتح وحدد قاعدة بيانات I SWAT ، وانتقل الراكون GA dot mdb إلى الملف ، ثم قم بالتكوين لتعيين المسارات للمبادلة. تنتقل الملفات التنفيذية للنموذج إلى التنفيذ، ثم حدد مجموعة الأليل. تحدد هذه الخطوة مجموعات ممارسات الحفظ المستخدمة في التحسين.

استخدام مجموعة الأليل رقم 14 ، والتي تحتوي على 23 مجموعة من ممارسات الحفظ التي يتم تنفيذها. ثم حدد SP A مجموعتان فرعيتان من خط الأساس للأرشيف لإجراء تحسين متعدد الأهداف باستخدام خوارزمية SP A التطورية. أولا ، ضمن الإعداد المسبق ، حدد مستجمعات المياه المراد تحسينها ، يؤدي النقر فوق تطبيق إلى تحديد الإدخالات من الإعدادات المسبقة لملف مستجمعات المياه المسبقة dot csv لملء قيم التحكم على هذه الشاشة.

بعد ذلك، ضمن متغير الإخراج، حدد الأهداف البيئية للتحسين. يحدد منفذ N Outlet P المحدد وظيفة موضوعية ثلاثية الأبعاد. بلغ متوسط النيتروجين لمدة خمس سنوات عند المخرج ، ومتوسط الفوسفور لمدة خمس سنوات في المخرج والتكلفة الإجمالية لممارسات الحفظ.

سيؤدي ذلك إلى إنشاء حدود مقايضة ثلاثية الأبعاد تحدد حجم السكان الأولي عند 60. يحدد هذا العدد الأولي للحلول المرشحة عند تحديد البذرة مع كل خيار أليل. يتم إنشاء الحلول المرشحة التي تمثل تطبيقا موحدا لكل ممارسة حفظ محددة في مجموعة الأليل لجميع وحدات الاستجابة الهيدرولوجية للأراضي الزراعية في مستجمعات المياه.

أولا ، يتم إنشاء الحلول المرشحة المتبقية من خلال تعيين عشوائي لممارسات الحفظ من مجموعة الأليل إلى الموارد البشرية للأراضي الزراعية. عند اختيار البذرة مع كل خيار أليل ، تأكد من أن حجم السكان الأولي ، وهو 60 في هذا العرض التوضيحي ، لا يقل عن عدد الأليلات في مجموعة الأليل ، وهو 23. في هذا العرض التوضيحي، قم بتعيين العدد المطلوب من الأجيال أو التكرارات لتشغيل التحسين في هذا المثال إلى 125. عند تحديد حلين مرشحين لإنشاء حلول مرشحة جديدة، يحدد احتمال التقاطع احتمال إنشاء حلول جديدة مميزة.

بالنسبة لهذا العرض التوضيحي ، يتم تعيين احتمال التقاطع على واحد. يحدد حجم السكان المؤقتين عدد الحلول المرشحة الجديدة التي تم إنشاؤها. يتم استخدام موارد المعالج بكفاءة أكبر عندما تكون هذه القيمة عددا صحيحا، يتم تحديد مضاعفات عدد مؤشرات ترابط المعالج 16 لهذا العرض التوضيحي.

احتمال الطفرة هو احتمال حدوث تغيير عشوائي في تعيين وحدة حقوق الإنسان إلى ممارسة حفظ أخرى. من مجموعة الأليل ، تم ضبطه على 0.003. بالنسبة لهذا العرض التوضيحي، حدد عدد مؤشرات الترابط أو المعالجات المستخدمة، وهو 16.

في هذا العرض التوضيحي ، يتم توفير عامل معايرة رقم المنحنى لواحد من معايرة نموذج المبادلة. أخيرا ، حدد حفظ السكان في ملف نصي. يؤدي تحديد هذا الخيار إلى إنشاء ملف نصي يحتوي على قيم الأليل لكل وحدة حقوق الإنسان في كل حل مرشح باق.

يعد هذا أمرا مهما لإعادة تشغيل تشغيل التحسين بعد اكتمال العدد المحدد من التكرارات. بعد التشغيل ، يمكن تصور المجموعة الكاملة من حلول Pareto الفعالة أو حدود المقايضة باتباع هذه الخطوات. تشغيل الوراثية.

أنا swat ، وانتقل إلى ملف ، ثم أفتح لفتح قاعدة بيانات I IWA ، raccoon GA dot mdb. انتقل إلى تصدير الملف ، ثم قم بتصدير قائمة HRU ، واحفظ الملف كأليل الراكون ، وخريطة تشغيل HRU dot T XT ، ونقطة سوات xe ، وحدد التنفيذ ، ثم الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد لإنتاج رسوم متحركة لحدود المقايضة ثلاثية الأبعاد ، والتي تضع مستويات النيتروجين في مخرج N على المحور الأحمر مقابل مستويات الفوسفور في مخرج P على المحور الأزرق مقابل التكلفة المجمعة لممارسات الحفظ. في جميع الأحواض الفرعية.

على المحور الأخضر ، الإخراج عبارة عن سلسلة من الملفات التي يمكن تقديمها مرة واحدة إلى ملفات الصور. باستخدام برنامج POV ray ، يمكن أيضا دمج الصور في فيلم يوضح تقدم الخوارزمية عن طريق تشغيل الماسح الضوئي للإطار xe. تمثل كل نقطة في الحدود تكوين مستجمعات المياه.

هذا هو تعيين محدد لممارسات الحفظ على المناظر الطبيعية. يمكن رؤية العديد من هذه التكوينات للحدود بأكملها باتباع هذه الخطوات. قم بتشغيل ، وتعيين ، و swat ، و xe ، وحدد تنفيذ ، ثم رسم الرسوم المتحركة.

تظهر المربعات الموجودة على الجانب الأيسر الإسقاطات ثنائية الأبعاد للحدود وتشير خطوط الشرطة إلى موضع الحل المعين المختار. تظهر MAP الخوارزمية السائدة التي تفرض ممارسة الحفظ. في كل مكان تحدد فيه الأسطورة ممارسات الحفظ المختارة.

غالبا ما تكون مسألة الاهتمام هي تحديد تكوين مستجمعات مياه محدد أو فرد يحقق مجموعة محددة من أهداف جودة المياه. على سبيل المثال ، يقوم الفرد بتقليل النيتروجين بنسبة 30٪ والفوسفور بنسبة 30٪ بالنسبة لخريطة الأحمال الأساسية. يسمح لنا SWAT بالبحث في الحدود عن فرد لديه الحد الأدنى من مسافة EUCLIDEAN إلى الهدف المحدد لتحديد تكوينات مستجمعات المياه المحددة أو الأفراد الذين يحققون أهدافا معينة لجودة المياه ، وافتح خريطة swat dot exe ، وحدد التنفيذ والبحث.

أدخل حدا أدنى للهدف صفر. في هذا المثال، الحد الأقصى للهدف 100 في هذا المثال، بالإضافة إلى الفاصل الزمني المستهدف 10. في هذا المثال، أدخل نسبة مئوية محددة من الانخفاض في النيتروجين من خط الأساس في مساحة النسبة المئوية للتخفيض بجوار خط الأساس 30 النهائي.

في هذا المثال. ثم أدخل النسبة المئوية للانخفاض في الفوسفور في النسبة المئوية للانخفاض بجوار خط الأساس للفوسفور ، 30 أيضا. في هذا المثال، سينتج برنامج الخرائط سوات مخرجات في شاشة منبثقة، وانقر فوق نسخ ونص ولصقه في جدول بيانات.

يتم إنتاج ثلاثة جداول في الأول من الأفراد الأقرب إلى أهداف N و P بنفس النسبة المئوية للتخفيض ، والتي تتراوح من T in إلى tmax بواسطة t int. أسفل هذا مباشرة ، يظهر أقرب فرد فردي إلى المواصفات N المستهدفة ومواصفات P في الجدول الثاني هم أقرب الأفراد ، حيث يتراوح هدف P من الفريق إلى Tmax بينما يتم الاحتفاظ ب N ثابتا للمواصفات القريبة من النهاية. يعطي الجدول الثالث الأفراد أقرب الأهداف النهائية التي تتراوح من الفريق إلى Tmax بينما يتم الاحتفاظ ب P ثابتا بالقرب من مواصفات P.

في هذه الحالة ، كان أقرب فرد إلى تخفيض نهائي بنسبة 30٪ هو ID 84 23 بقيمة نهائية تبلغ 14 ، 639 ، 660. فيما يلي الخريطة التي توضح التوزيع المكاني لممارسات الحفظ وموقع تكوين مستجمعات المياه هذا في حدود المقايضة بعد تطويره. مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال إدارة مستجمعات المياه والاقتصاد البيئي لاستكشاف طرق أكثر فعالية من حيث التكلفة لتحقيق الأهداف البيئية لمستجمعات المياه وتحسين تصميم السياسات القائمة على السوق.