轮灌分组灌溉优化模型与二维编码的遗传算法实现

灌溉优化模型旨在求解干渠各出水口运行时流量调度的最优组合方案，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。在“等流量、变历时”的轮灌分组的优化模型上，采用遗传算法进行了优化，选用了高斯适应度函数，并根据约束条件的特点，提出了二维编码并对选择、交叉和变异过程进行了改进，仿真结果表明该改进的遗传算法效果起好，说明该算法设计是可行的。     

灌溉渠道分水口非等流量配水优化模型研究

灌溉配水优化模型旨在解决渠道各分水口运行时流量调度的最优组合方案,常规的轮灌分组模型只适用于分水口相同流量情况,且采用以小时为单位的各引水时段作为状态变量,变量多,求解不易。对于分水口的流量不相同的情况,提出了以引水开闸时刻和引水结束时刻作为优化变量,以灌溉期总流量保持恒定为目标函数的优化模型,该模型自然满足一次性引水约束条件。采用了多点交叉的改进遗传算法对该模型进行优化求解,提高了收敛速度,优化结果表明该优化模型及求解方法较好地解决了分水口非等流量的问题,具有普遍的适用意义。     

灌溉渠道分水IEI非等流量配水优化模型研究

灌溉配水优化模型旨在解决渠道各分水口运行时流量调度的最优组合方案，常规的轮灌分组模型只适用于分水口相同流量情况，且采用以小时为单位的各引水时段作为状态变量，变量多，求解不易。对于分水口的流量不相同的情况，提出了以引水开闸时刻和引水结束时刻作为优化变量，以灌溉期总流量保持恒定为目标函数的优化模型，该模型自然满足一次性引水约束条件。采用了多点交叉的改进遗传算法对该模型进行优化求解，提高了收敛速度，优化结果表明该优化模型及求解方法较好地解决了分水口非等流量的问题，具有普遍的适用意义。     

陈垓引黄灌区渠系优化配水研究

该文以系统工程的原理方法,结合山东省陈垓引黄灌区北二干渠系统实际情况,分别以灌溉净效益最大和轮灌时间最短为目标,建立了作物最优种植面积和渠系优化配水模型,应用计算机求解,取得了满意的作物优化布局和优化配水成果。实践证明,本项成果在节水、灌溉增产、提高灌区科学管理水平等方面都有着十分重要的作用。     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

灌溉渠系优化配水模型研究

灌溉渠系的优化配水问题可分为两类:一是以某种指标最优为目标的灌溉水量分配;二是以水量损失最小为目标的灌区各级渠道流量的优化调度。在非充分灌溉试验的基础上,做出了西北干旱灌区棉花膜下滴灌水分生产函数。根据作物水分生产函数,以农业效益和灌溉管理部门总体的经济效益最高为目标,建立了灌溉渠系优化配水模型。在提高灌区经济效益的同时,建立了配水渠道流量优化调度0-1线性整数规划模型,模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按"定流量,变历时"方式轮灌时的优化配水决策,通过实例对模型进行了求解。     

配水渠道轮灌组合优化模型与引水时间的均一化处理

渠系配水是一个复杂的动态过程,建立了配水渠道流量优化调度０－１线性整数规划模型,并提出了各轮灌组引水时间的一化处理方法,使各轮灌组在同一引水时间结束灌溉,从而可使配水渠道进水闸能在同一时间关闭。模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按“定流量、变历时”方式轮灌时的优化配水方案决策。     

灌区水资源优化配置决策支持系统——以蜻蛉河灌区为例

采用AcrEngine作为开发平台,建立了灌区水资源优化配置决策支持系统。该系统包含数据库、模型库、方法库以及人机交互界面。其中模型库中包含水库优化调度模型和渠系工作制度优化模型。其中水库优化调度模型以年总引水量最大为总目标,以各水库月引水量之和最大为阶段目标,考虑库容约束、引水量约束、引水沟过流限制、水库库容瞬时约束以及非负约束5个约束条件。渠系工作制度优化模型是建立在3个目标函数基础上的多目标优化模型,即上级渠道流量波动最小、渠道渗漏损失最小、配水量与需水量的差值最小,同时考虑配水连续性、配水量、流量以及灌溉可供水量4个约束条件。以蜻蛉河灌区为例,优化结果表明水库优化调度模型可以解决多水库向单一水库引水问题,模型可得到不同频率下水库优化调度方案,优化结果合理。渠系工作制度优化模型能很好地解决云南高原灌区灌溉系统的渠系配水问题,缩短了渠系运行时间,提高了渠系运行的稳定性,减少了渠系渗漏损失,使得灌溉供需更加平衡。基于AcrEngine平台建立的水土资源优化配置支持系统,解决了水资源优化调度以及山丘区渠系调水配水不合理的问题,提高了云南高原灌区灌溉用水管理水平,并为抗旱减灾提供了决策支持。     

干旱灌区灌水方式对田间土壤脱盐效果的模拟研究

为探究干旱灌区不同灌水方式下的田间土壤脱盐效果,通过构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟并分析了试验区土壤水盐的垂直运移过程和规律。结果表明,灌溉入渗对土体盐分的淋洗作用明显,灌水定额在4 000~6 000m3/hm2范围内的土壤脱盐效率较高;轮灌第一次的灌溉水量控制在使田间0~100cm土层含水率达到饱和即可,在后几轮灌溉过程中逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分;在轮灌间隔为12d,轮灌次数为3次的条件下,灌水定额控制在5 200~6 000m3/hm2范围内的灌溉方案可使田间0~100cm土层含盐量达0.98%~1.13%,满足设计含盐量为1.2%的脱盐标准,达到设计干旱灌区脱盐灌水制度的目的。模拟结果可为干旱灌区的水土资源保护和可持续利用提供决策依据。     

疏勒河灌区三大水库联合调度研究

分析了疏勒河灌区三大水库分布的特点,以50%水平年各水库坝址处天然入库流量为条件,根据流域内主要用水户情况,针对农业灌溉、工业和民用、水力发电、生态环境等用水要求,结合水库冲淤,渠道冲砂等运行管理要求,以灌区加权灌溉保证率最大为目标,以昌马干渠流量尽可能均匀下泄为重要约束,建立了疏勒河灌区三大水库联合调度模型,并采用面向对象的编程思想编制相应的计算机程序求解该模型。该程序实现了对模型主要数据的人机交互和模型优化计算的有机结合,决策者可以通过该模型生成灌区用水的满意调度方案,对灌区管理水资源的合理配置和优化利用具有重要意义。     

灌溉渠系运行计算机模拟技术的开发

借鉴日本以及其他国家在灌溉渠系水管理方面的成果和经验，结合我国灌区的实际情况，建立了较完整的渠系运行模型，编制了具有一定通用性和可扩充性的计算机模拟软件。实践表明，该软件对于测试和评价渠系的力学特性、工程控制特性和管理调度特性是有效的，它为改进灌区水管理提供了一个科学、简便、可行的技术手段。     

山东禹城引黄灌区非充分灌溉配水模型

为了制定有多种作物且灌溉水源为动态变化的灌区的配水计划，提出了由充分灌溉和非充分灌溉2级模型组成的配水模型。其中非充分灌溉配水模型包括优化模型和模拟模型2部分，优化模型的方案具有较好的经济效益，而模拟模型的方案便于实施。模型中联合运用引黄水和地下水，可减少因黄河缺水对农业造成的重大损失。在此基础上编制的山东禹城灌溉配水管理决策支持系统界面友好，实用性强，基本上可灌溉灌区的管理需要。     

灌区灌溉自动化监控系统的设计与研究

介绍了 1种灌区灌溉自动化监控系统的组成、功能和实现方法。系统利用田间传感器实时测量田间参数 ,通过网络传送给控制计算机 ,由控制计算机根据决策模型自动控泵房电机起停、渠首闸门启闭实现灌区内农田自动灌溉 ,系统具有实时控制、实时数据采集与保存 ,现场实时视频监视等功能。     

河套灌区渠系优化配水模型应用研究

优化渠系配水过程是缓解灌区水资源压力,实现农业高效节水的重要举措.以河套灌区总干渠、干渠两级渠系作为研究对象,将水流过渡平稳和渠道渗漏量最小作为优化目标,建立渠系优化配水模型,采用回溯搜索算法(BSA)、多目标粒子群算法(MOPSO)以及向量评估遗传算法(VEGA)进行求解.结果显示,BSA,MOPSO,VEGA这3种算法所求的配水时间分别为30.96,11.65,29.96 d;3种算法所得的阀门开启时间点的偏态系数分别为-0.048,0.068,0.566,表明BSA和MOPSO更能保证灌溉水在渠道运输中的稳定性.考虑渠首水位季节性变化对灌区引水时间产生的限制作用,BSA和MOPSO分别更适用于渠首引水量较少、充足的情况.考虑配水时间的集中程度以及干渠的地理位置分布,BSA和MOPSO更有利于实施分区管理措施.     

下级渠道流量不等时渠系优化配水模型与算法研究

目前国内外现有的渠道优化配水模型,都是在下级渠道配水流量相等这一假定条件的基础上建立的,这与绝大多数渠系实际配水要求不相符合。针对这一问题,建立了下级渠道引水流量不等情况下的渠道优化配水模型,研究了模型的遗传算法的编码及适应度设计方法,编制了VC程序,并用于冯家山灌区北干十一支共24条斗渠道的实际配水过程中进行了对比验证。结果表明,渠系优化配水过程较原配水过程斗渠配水时间搭配合理、支渠配水流量均匀,符合优化配水原则,渠系渗透损失水量比原方案可减少17.8%。表明模型及其求解算法是可行的,可为下级引水渠道流量不等时的渠系优化配水决策提供理论和技术支持。     

A model for regional optimal allocation of irrigation water resources under deficit irrigation and its applications

It is important to promote efficient use of water through better management of water resources, for social and economical sustainability in arid and semi-arid areas, under the conditions of severe water shortage. Based on the developments in deficit irrigation research, a recurrence control model for regional optimal allocation of irrigation water resources, aiming at overall maximum efficiency, is presented, with decomposition-harmonization principles of large systems. The model consists of three levels (layers). The first level involves dynamic programming (DP) for optimization of crop irrigation scheduling. The second level deals with optimal allocation of water resources among various crops. The last level concerns optimal allocation of water resources among different sub-regions. As a test, this model was applied to the combined optimal allocation of multiple water resources (surface, ground and in-take from the Weihe river) of Yangling, a semi-arid region on the Loess Plateau, China. Exemplary computation showed that not only are the results rational, but the method can also effectively overcome possible “dimensional obstacles” in dynamic programming of multiple dimensions. Furthermore, each sub-model is relatively independent by using various optimization methods. The model represents a new approach for improving irrigation efficiency, implementing water-saving irrigation, and solving the problem of water shortage in the region studied. The model can be extended in arid and semi-arid areas for better water management.     

精准畦灌过程实时反馈控制技术

为了研究一种以关口时间为控制参数的地面灌溉实时反馈控制方法,构建了以灌溉信息实时采集与传输设备为支撑条件、以计算机处理系统为核心基础、以灌溉水流控制设备为应用条件的精准畦灌过程实时反馈控制系统.灌溉信息实时采集与传输设备自行研发的田间水流水位检测装置和无线信息接收管理装置,解决了灌溉信息容易漏测、接收距离短以及野外供电等难题;计算机处理系统根据实时采集的灌溉信息借助灌溉模型估算土壤特性参数值,预测灌溉过程,并根据选取的灌溉控制目标生成优化控制方案;最后由灌溉水流控制设备进行田间闸阀开闭.系统在北京、河北、新疆等地的试验基地进行了应用,结果表明:精准畦灌过程实时反馈控制系统对于加强畦灌过程可控性,提高畦灌田间灌溉效率,促进灌溉农业由经验型的粗放式管理向计算机控制的集约型管理转变具有十分重要的理论意义和现实意义.