作物水分生产函数常用模型及灌溉制度优化概述

系统地介绍了作物水分生产函数及其常用的数学模型,并对其适用性进行了探讨,运用系统工程中的动态规划方法对灌溉规划进行了优化求解。     

河套灌区春小麦优化灌溉制度的研究

本文在Blank作物模型的基础上,运用动态规划方法建立了春小麦优化灌溉制度,并结合内蒙古河套灌区永联试区的实际情况加以计算,取得了较为满意的结果。     

蜻蛉河大型灌区水资源优化配置模型

 根据非充分灌溉理论,按大系统分解协调原理,建立了以总效益最大为目标的灌区灌溉水资源递阶控制优化模型,对灌区多水源进行优化配水研究。应用上述数学模型,对蜻蛉河大型灌区进行水资源优化配置研究。对于每个层次子系统,采用适宜于解决多阶段过程或能转化成多阶段决策过程的动态规划方法来求其最优解。计算结果表明：本文引用和提出的理论与方法是正确的。同时也使我们看到,经过水资源的合理优化分配,采用非充分灌溉方法将具有较大的节水潜力,此研究成果为灌区水资源合理利用提供了一种新途径。     

作物非充分灌溉研究进展

阐述了作物水分生产函数的一些基本原理和典型模型,并对其在非充分灌溉方面应用的状况以及国内外相关研究进展加以阐述。对作物灌溉制度优化模型以及优化灌溉制度设计方法加以探讨,为合理利用有限的水资源,达到作物最大的产量或产值,实现有限水量在作物生长期及作物间的合理配置提供依据。     

基于双区间规划的武威市民勤县3种作物灌溉水量优化模型研究

针对农业水资源优化配置中降雨量的不确定性问题,在传统区间规划的基础上,引入双区间规划理论进行描述,以农民种植净效益最大为目标函数,建立地表水和地下水联合灌溉的作物灌溉水量优化模型。实例应用于武威市民勤县红崖山灌区,对灌区农业水资源优化配置进行研究,模型计算结果表明:利用双区间规划对作物进行灌溉水量的优化,春小麦、春玉米、籽瓜的灌溉定额分别为:[[179.81,191.81],[353.89,365.89]]、[[119.46,141.46],[270.57,292.57]]、[[180.04,213.04],[267.49,290.49]],相比于现状,节水量分别为3%、27%、4%。利用双区间规划不仅能够更好的解决灌区多作物灌溉水量优化问题,而且能够给决策者提供更大的决策空间。     

现状水资源条件下灌溉用水优化模型研究

根据可供农田灌溉的水资源量和作物需水规律,以灌区净效益最大为目标,建立了确定灌区小麦、玉米、果树等3种主要作物适度灌水量的优化模型,并以陕西省桃曲坡灌区为例,计算确定了现状水资源承载力条件下,该灌区小麦、玉米、果树的适度灌水量。结果表明,在50%降雨频率年,小麦、玉米、果树的适度灌水量分别为1144.5,1577.85和850m3/hm2;在75%降雨频率年,小麦、玉米、果树的适度灌水量分别为607.5,1591.8和1725m3/hm2。     

GAMS在灌区水资源优化分配中的应用

水资源的短缺是全球性问题,水资源优化分配是重要的农业节水措施,是目前农业节水研究的重大课题之一。当水资源优化分配中未知量较多时,传统的手工计算方法已不能满足需要,必须用计算机模型来计算。GAMS是国外应用较广的计算机语言,能通过很简单的计算程序迅速求解线性规划、非线性规划、整数规划问题。通过GAMS语言,建立了简单的灌区水资源分配模型,求解了不同水库泄水条件下的各用户最优水量分配方式。     

极干旱地区玉米节水灌溉制度的研究

本文根据阿拉善盟地区水资源严重紧缺的现状，对玉米进行了为期３ａ的非充分灌溉试验。经方差分析确认试验成果是可靠的。对国外几种有代表性作物－水模型，进行拟合检验，确认当地条件下，玉米适合于Ｊｅｎｓｅｎ模型。由此用随机动态规划方法进行优化灌溉制度的制定，为指导我国西北极干旱地区的农业生产提供了理论依据和技术方法。     

基于CROPWAT模型水稻需水量及灌溉制度研究

为研究黑龙江松嫩平原南部地区气候变化对水稻需水量影响及水稻不同灌溉制度,基于黑龙江省庆安县1966～2015年气象、土壤数据和水稻作物参数,采用Mann-Kendall趋势检验法分析水稻生育期内需水量变化规律,利用CROPWAT模型计算水稻各生育期需水量、有效降雨和灌溉需水量,对不同典型年份水稻需水量和有效降雨作耦合度分析,制定水稻灌溉制度。结果表明,生育期内水稻需水量在气象因素共同作用下以13.68 mm·10年-1速率下降,变化范围为410.8～574.6 mm;该地区特枯水年、枯水年、平水年和丰水年水稻需水量分别为521.0、484.9、451.8、410.8 mm;水稻在拔节和抽穗期需水量较大,两个时期需水量在不同水文年下差异明显;不同水文年下6、7、8月主要需水时期,需水量与有效降雨耦合度均小于1;同一水文年下灌溉定额均为淹水灌溉>"浅、湿"灌溉>干湿交替灌溉>控制灌溉,淹水灌溉灌溉次数最多,干湿交替灌溉模式灌溉次数最少;不同水文年下与淹水灌溉灌溉定额相比水稻"浅、湿"灌溉、干湿交替灌溉和控制灌溉节水效果明显,分别可节水6.3%～13.4%、29.1%～39.4%、30.6%～42.6%。有效降雨量难以满足水稻需水要求,在水稻生育期内应根据不同典型年选择合适灌溉制度灌溉,并在拔节孕穗、抽穗开花两个高耗水时期加强灌溉。     

考虑土壤水平衡的灌区水资源优化配置研究

针对内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水埋深较浅且矿化度高及黄河水量逐年减少等因素导致的农业用水严重短缺问题,本研究以解放闸灌域玉米为研究对象,耦合Jensen模型与土壤水平衡模型构建灌区尺度灌溉水资源优化配置模型,对不同的地下水埋深及土壤含水量情景下水资源优化配置方案进行研究,并利用Lingo软件编程求解模型。结果表明:当地下水埋深为2.5m时,引黄水量为3.85×10~8 m~3,可以达到5.55×10~8元的净经济效益;而土壤水含量为0.12～0.16时,净经济效益为[5.41,5.67]×108元。优化结果验证了模型在当地可行,并针对河套灌区解放闸灌域的不同土壤含水量与地下水埋深情景分别提供14种配水方案。     

西北缺水问题与灌溉节水对策研究

强调了我国西北地区缺水的紧迫现状和节水的重要性 ,提出了通过节水灌溉解决缺水问题的方法与措施 ,讨论了节水灌溉中必须解决的问题及节水灌溉应用技术等。以宝鸡峡引渭灌区为例 ,分析了水资源管理调度现状、节水灌溉方法、灌溉用水量计算模型等 ,并计算该灌区灌溉用水量     

基于渠系输水模拟与土壤水量平衡模拟的两级渠系优化配水模型

为制定满足渠系运行实际情况和作物生长发育所需土壤含水量条件的渠系优化配水方案,将考虑输水渗漏损失的渠系优化配水模型与土壤水量平衡模拟模型耦合,构建基于渠系输水模拟与土壤水量平衡模拟的两级渠系优化配水模型,使用改进的遗传算法求解多目标模型的Pareto解集。选择黑河流域中游西干灌区下的两级渠系作为研究区域,得到50组非劣的渠系优化配水方案。在Pareto前沿面上选取3组代表方案进行对比分析,再将3组中最优的方案与灌区实际灌水方案进行对比,结果表明:Pareto解集可以体现目标之间的博弈关系,当权重值向配水量最少目标偏移时会对土壤水含量等指标产生影响,进而产量下降;当权重值向产量最大目标偏移时会产生水资源浪费现象;而当目标函数的权重值处于中间水平时,产量和配水量目标都可以得到较好地满足,并且与实际灌水方案相比配水量减少113.54万m~3、总产量增加660t,能够达到节水增产的效果。该模型在兼顾渠系运行条件和土壤含水量的前提下权衡了2个目标之间的博弈关系,Pareto解集得出的结果能够满足决策者对于目标的不同需求,为灌区管理者的决策提供理论依据和指导。     

淠史杭灌区水稻水分生产函数与优化灌溉制度研究

依据2年的水稻水分生产函数专项试验和淠史杭灌区试验总站历年试验统计资料,结合面上调查和室内理论分析计算,建立了适合淠史杭灌区水稻的"作物-水模型",确定了模型的结构形式和参数取值,在此基础上建立了水稻优化灌溉制度数学模型,并采用动态规划方法求出不同水文年型以产量为目标的优化灌溉制度,为淠史杭灌区水资源的优化配置提供依据.     

区域水资源优化配置模型及应用研究

按可持续发展的要求,分析了已有水资源优化配置研究的不足,根据区域水资源优化配置的含义, 以有限水资源综合效益最大为目标,考虑水源可供水量、用户需水量和水环境与经济系统协调发展等约束,并在体 现可持续发展原则的基础上,建立了区域水资源优化配置模型。最后用该模型进行了河南省三门峡市区1999年 75％保证率下的水资源优化配置研究,并对求解结果进行了合理性分析。     

河北省冶河灌区灌溉水有效利用系数测定与分析

灌溉水有效利用系数是评价农田灌溉用水效率的主要指标。在冶河灌区选取四支和五支典型支渠开展田间试验,采用动水法测定渠道输水损失,利用土壤含水率差值测算田间净灌水量,最后估算灌溉水有效利用系数。试验结果表明:冶河灌区典型区灌溉水有效利用系数为0.623,而渠道输水损失占损失比重为72.7%,是影响灌溉水有效利用系数的主要因素。冶河灌区灌溉水有效利用系数测定方法对于改善河北省大型灌区灌溉节水工程措施有着重要的借鉴意义。     

北京市农作物种植结构调整与节水节肥方案优化

以2007年主要农作物种植结构为参考，将设定的减量施肥目标、灌溉用水总量和土地资源等作为约束条件，对北京市农业种植结构方案进行优化分析。结果表明：现有的农业种植结构模式具有较大的调整空间。当化肥施用量比现状年（2007年）减少3％～9％时，农作物种植的年净收益最大（37．27×10^8元）；随着施肥减量比例的进一步提高，年净收益逐渐减少；但在施肥减量比例小于15％的条件下，其年净收益均高于现状年。在测试的施肥减量比例范围内，灌溉需水量随施肥减量比例的增大先减小后增大。当施肥量比现状年减少11％时，灌溉需水量达其最小值8．43×10^8m3，而年净收益值则达其最大值的99．5％。比现状年施肥量减少9％和11％的施肥方案分别是经济效益最佳和灌溉需水量最小的推荐施肥减量方案。