基于两阶段随机规划方法的灌区水资源优化配置

灌区水资源优化配置的不确定性研究,对于提高水分的利用效率,减少农业灌溉用水,建立节水型社会具有重要的意义,尤其是对于中国的干旱半干旱地区。该文针对灌区水资源系统中存在的不确定性,以西营灌区、清源灌区、永昌灌区为研究区域,运用区间2阶段随机规划的方法,建立了地表水和地下水联合调度的灌区之间水资源优化配置模型。该模型以多灌区、多水源联合调度系统的成本最小为目标函数,引入随机数和区间数表示该系统中存在的不确定性,将地下水和地表水水资源在不同地区之间进行优化,并以配置结果为输入数据,以作物全生育期的水分生产函数为基础,建立灌区不同农作物灌溉定额的非线性区间不确定性水资源优化配置模型,将优化配置水量分配到灌区典型农作物。2个模型均以区间的形式给出优化配置的结果,为决策者提供更为准确的决策空间,更真实地反映实际的水资源优化配置形式。     

耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。     

灌溉渠道轮灌配水优化模型与遗传算法求解

灌溉过程中的渠系配水实质上是配水渠道流量的时空分配问题。传统的人工调度难以做到统筹优化，且易导致大量的渠道弃水。因此，渠道优化配水技术是灌区现代化管理的重要内容之一，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。该文改进了“定流量，变历时”渠道运行方式的轮灌配水优化模型，应用遗传算法进行了配水渠道流量优化的0—1整数规划模型求解。遗传算法采用了锦标赛选择，算术交叉和交换变异算子，应用Matlab6.0编制了相应的求解程序，求解结果表明，该结果优于常规方法求解结果，说明该算法设计是可行的。     

不确定条件下考虑水循环过程的灌区多水源高效配置

灌区多水源配置涉及"大气水-地表水-土壤水-地下水"水循环过程，水文要素的变化增加了灌区多水源配置的复杂性，如何在不确定性条件下考虑农田水循环过程，将有限的不同来源的水量高效的分配到作物不同生育阶段，对促进灌区精准灌溉具有重要意义。基于此，该研究在径流与降水联合不确定性条件下，建立基于水循环过程的灌区多水源高效配置多目标模型，该模型耦合了Jensen模型与水短缺足迹模型，以实现节水增效的目的，并获得灌区高效配水方案对径流-降水联合不确定性的响应特征。结果表明：在不同径流与降水的组合情景下，基于各情景配水方案及发生概率，灌区主要生育期的综合配水量为2 241万m3，地表水与地下水的分配比例为6.5∶1，田间实际配水量占灌区可分配水量的95%；经济效益与田间配水量呈正相关关系，而水短缺足迹与田间配水量呈负相关，所构建的模型权衡了灌区经济效益、产量、蓝水利用量多个相互矛盾目标，与实际情况相比，灌区水分生产力可提高11%；不同情景下各生育阶段需要灌溉的程度不同，拔节期对缺水的敏感性最强，且水量分配变幅较大；分蘖期、拔节期和乳熟期采用以地表水灌溉为主，而抽穗期采用以地下水灌溉为主的方式可促进灌区节水增效；多水源配置方案使灌区灌溉的有效性在各情景下均呈现良好状态，可靠性在良好和中等水平之间，而灌区在灌溉的充分性方面有很大提升潜力。构建的模型能够反映水文要素的动态变化对灌区多水源配置的影响，明晰渠首引水与田间多水源配水的相互关系，并提出效益与用水效率同步提升的多水源配置方案，为灌区农业水资源的高效利用提供决策支持。     

基于粒子群人工蜂群算法的灌区渠-塘-田优化调配耦合模型

为了缓解农业水资源供需矛盾,减少南方季节性干旱造成的损失,该文结合南方灌区渠、塘、田地复杂的水量转化关系,建立了以灌溉区域效益最大为目标的渠-塘优化调控与田间多种作物优化配水相结合的耦合模型;根据该模型的特点,提出了模型求解的粒子群-人工蜂群混合算法。将模型应用于漳河灌区,并与常规的渠-塘调控和作物配水模型和只考虑作物优化配水模型相比较。结果表明,渠-塘-田地协同调配效果显著,耦合模型计算所得特别枯水年(降雨频率为95%)下灌溉用水效益比采用其他2种模型分别提高了20.7%和6.9%。粒子群-人工蜂群混合算法能快速求解该优化调配耦合模型,有利于解决多水源、长距离输配水、库塘共同调控等复杂情况下的高效用水模型的求解问题。     

基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106~2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。     

井渠结合灌区用水效率指标尺度效应研究框架

现有灌溉用水效率尺度效应的研究大部分集中在地表水灌区,而较少涉及地下水利用灌区,该文针对井渠结合灌区存在地下水回归利用的实际情况,以河北省石津灌区为背景,在国际水管理研究院（IWMI）提出的水收支方法的基础上引入回归水利用指标,提出了在井渠结合灌区进行用水效率指标尺度变化规律研究的工作框架。在所提出的框架中,评价指标选择IWMI体系,数据获取手段主要为资料收集和试验观测,尺度划分方式按照现有灌区管理模型分为灌区,干渠,分干,支渠和田间5个尺度。研究成果展现了灌溉用水效率尺度效应研究所涉及到的指标选取、尺度划分、水收支解析、水平衡要素数据获取方式、回归水分析5个方面的工作过程。该框架对于开展中国北方井渠结合灌区的节水灌溉尺度效应研究有着一定的参考价值和借鉴意义。     

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。     

多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究

合理安排各级渠道的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,减小整个渠系的渗水损失,是目前灌区管理中亟需解决的技术问题.该文基于大系统分解协调的思想,以陕西省冯家山灌区为例,建立了一种解决多级渠系配水优化编组问题的分解协调模型.针对模型中存在多约束条件和大搜索空间问题,设计了基于自适应遗传算法模型求解方法,并比较分析了用该文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明该文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水方案下级渠道配水过程搭配合理,上级渠道配水流量较为均匀且总输水损失小等优点,能解决多级渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要.     

考虑风险价值的不确定性水资源优化配置

保障区域农业用水的可持续发展,对水资源进行优化配置至关重要。由于粮食主产区水资源配置过程中存在许多不确定性因素,在追求最小用水成本时,也存在着较大的风险,因此该文以三江平原涵盖的七台河、佳木斯、双鸭山、鹤岗和鸡西5个重要粮食主产区为研究区域,以区间两阶段随机规划模型为基础,引入风险偏好,构建地表水和地下水优化配置模型。结果表明,双鸭山和鸡西的配水过程中地表水缺水量很大,主要开采利用地下水;佳木斯作为粮食生产面积较大的行政区,需要外来水进行补给;七台河和鹤岗的种植面积较小,综合考虑引水成本和粮食收益,引用较少的外来水来降低成本;最后得出不同来水水平下,各种风险偏好下水资源优化配置的最小成本的变化规律,即在低来水水平下,用水成本从344.2×108~355.4×108元增加到411.5×108~430.7×108元;在高来水水平下,总用水成本从422.5×108~435.3×108元降低到351.7×108~365.3×108元;在中来水水平时,总用水成本则呈现出先增加后减少的规律。该模型兼有区间两阶段和风险价值模型的特点,综合衡量成本和风险,可有效节约用水成本,并能增强水资源系统规避风险的能力,并以佳木斯2014年实际用水为例,计算得到相对误差在15%以内,较为真实地反映水资源优化配置过程中的不确定性和风险性,为提高水资源利用效率和区域水资源规划管理提供依据。     

基于水量供需平衡的河北省张家口市崇礼区水资源承载力分析

[目的]对农业需水量进行了情景预测,旨在为河北省张家口市崇礼区冬奥会(2022年举办)以及未来水资源合理利用以及可持续发展提供基础。[方法]基于水资源供需关系分析了2005—2016年水资源承载力并预测了不同规划年(2022年、2035年)水资源承载力。[结果] 2005—2016年水资源平衡指数(IWSD)从0.54下降至0.06,2016年水资源承载能力已趋于临界状态;当保证率P=25%时,2022,2035年IWSD分别为0.27,0.25,水资源承载盈余,当P=50%,75%,水资源承载力均超载,尤其当P=75%时,IWSD分别为-0.77,-0.81,水资源严重超载;通过调整灌溉面积以及需水定额,P=25%,50%时,IWSD0,P=75%时不同规划年缺水量减少了22.68%,36.31%。[结论]未来崇礼区可通过调整灌溉面积、灌溉需水定额,减少地下水开采量,提高地表水利用率来提高水资源承载力。     

重庆市水资源费征收办法改革研究

水资源费的征收有利于促进水资源的可持续利用和优化配置。在分析重庆市水资源费征收现状的基础上,探讨了重庆市水资源费征收存在的问题,并对重庆市水资源费征收办法提出了建议：（1）修订或新出台水资源费征收管理的相关法规;（2）提高水资源费标准,工业用水和生活用水采取不同的征收标准;（3）对地热水和矿泉水开征水资源费。     

陕北地区水资源及其可利用量计算分析

为了缓解陕北地区水资源短缺与社会经济发展的矛盾,对该地区水资源及可利用量进行了研究.分析了陕北地区水资源的基本特点及利用现状.采用地表水资源量减去河道内生态基础流量和汛期下泄洪水量的方法,计算了陕北地区的地表水资源可利用量和水资源可利用总量,总结了二者的分布特征,并讨论了其它水资源的利用现状及未来趋势.研究结果表明,陕北地区水资源可利用量很少,仅有1.6×109 m3,可利用率也只有40％,水资源及其可利用量主要分布在榆林地区.     

水资源管理与可持续发展

从当前国内外水资源状况的角度入手,分析了我国水资源利用管理上存在的主要问题,通过水资源和可持续发展的关系阐述了可持续水资源管理的概念和基本对策,并对未来可持续水资源管理提出了几点设想与建议.     

河北省农用水资源可持续利用若干问题的探讨

以农用水资源为研究对象，系统论述了农用水资源的组成、特性、调控及变化规律。在对河北省水资源状况进行分析的基础上，对河北省农用水资源的供、需平衡进行了初步研究，指出河北省对农用水资源的利用已经超过了其承载能力，且目前的利用方式是不可持续的，为了实现河北省农用水资源的可持续利用，必须进行包括农业结构调整在内的一系列工作。     

森林涵养水源的价值核算研究

森林涵养蓄水价值量核算方法较多,包括土壤蓄水估算法、水量平衡核算法、多因子回归法和用地下径流增长法计算森林涵养水源的价值。但此方法存在一个问题,需要分别求出森林涵养水源的价值,然后进行合成。在合成过程中,可能存在信息叠加等问题,使计算结果偏离实际,为此提出了森林涵养水源价值量核算模糊数学模型,V=(A○R).S,A为要素评价的权重值,R为影响森林涵养水源单要素评判矩阵所组成的综合评价矩阵,S为水资源价格向量,S=(P,P1,P2,P3,0)。     

关中地区水资源问题及对策研究

从分析关中地区水资源特征入手．指出了目前该区水资源开发利用中存在的主要问题,分析探讨了关中地区水荒危机存在的根源．提出了关中地区水资源开发利用的主要对策。     

东新村农业水资源的开发与节水灌溉现状调查

通过对东新村的水量平衡分析表明:该村农业水资源供需矛盾日趋尖锐,在当前生产水平下,年缺水约50万m³,必须大力推广节水灌溉技术,维持地下水采补平衡,以维持该村农业的持续稳定发展.     

动态水资源开发研究

全生态农业理论认为 ,可开发水资源存在于水循环的全过程之中。动态水资源观念是从水循环运动过程的全角度看待水资源的。要从根本上解决我国北方地区缺水问题 ,须开发蒸发阶段的水资源 ,而恢复生态系统结构功能即是控制降水蒸发的重要手段。我国西北地区水资源缺乏 ,采用全生态农业技术开发动态水资源 ,将会加快这一地区的建设进程     

水土保持与绿水资源保护

绿水概念是由瑞典斯德哥尔摩国际水资源研究所水文学家Falkenmark于1995年首次提出的,它拓宽了传统水资源的范畴,更新了水资源的思维,引起科学界对水资源概念和水文功能的重新思考。在水资源越来越匮乏的严峻情况下,从绿水概念出发,可以看出"水土保持"概念的全面性,也更加明确了保水的思路和方法,为全面做好水土资源保护提供了理论基础。水土保持中"保水"的对象就是绿水,水土保持工程措施可以增加绿水比例,林草措施可以储蓄绿水,耕作措施可以提高绿水利用效率。应完善保水评价体系,加强绿水资源管理,发展保水技术,完整地宣传水土保持概念,树立完整的水土保持意识。