5、解决饮用水系统中的盐度控制问题

解决饮用水系统中的盐度控制问题

1. 引言

盐度是指水中盐分的相对浓度，以百万分比（ppm）来衡量。除蒸馏水外，各类水都含有不同浓度的盐分，极清洁水的盐度约为 50 ppm，而海水盐度约为 35,000 ppm。

在中国南方的一座城市，当地供水公司从附近河流抽取水供居民饮用。在冬季旱季，海水倒灌使河水盐度大幅升高，影响了约 45 万居民的日常生活。为应对这一危机，有多种方法。工程方面，供水公司可加强盐度监测和抽水系统，在旱季前给水库注满淡水，提高水管和水库的检漏能力以减少水损失。

在进行大规模工程（如海水淡化）之前，供水公司决定将盐度问题作为优化问题处理。即根据水源盐度预测信息，精心规划从河流抽水的时间和水量，以及原水系统中各水库间的调水量，目标是满足日常用水需求，同时尽可能延长饮用水盐度低于理想水平的天数。

项目初期，供水公司要求处理最多 90 天的盐度期。初步结果令人满意后，又要求将时长延长至最多 180 天，此时问题模型包含约 4500 个变量和 9000 个约束，搜索空间约为(3, 612, 000)^180。鉴于问题规模大、约束复杂以及严格的生产进度，我们借鉴 CLOCWiSe 项目的成功经验，采用约束编程（CP）作为关键技术。

2. 当前做法与约束编程

供水公司开发了电子表格来优化盐度期的抽水和调水操作。该方法原始，采用手动试错法进行优化。用户需输入给定数据，猜测抽水时长和水库间调水量，宏会根据输入自动计算饮用水盐度。若结果不满意，用户需反复手动调整猜测值，直至得到满意结果。

这种手动方法的主要缺点是繁琐且耗时，问题规模大、复杂度高，人类难以完成手动优化过程。而且，电子表格无法自动执行