基于模糊几何加权模型的灌区水资源优化配置

针对农业水资源优化配置中多目标赋权的不确定性问题,以黑龙江省绰尔屯灌区为研究区域,构建了基于模糊几何加权法的灌区水资源优化配置模型,把多目标规划问题转化为单目标非线性问题,得到了不同权重下不同生育期的灌区水资源最佳配置方案,并通过灌区综合能力评价体系进行比选.结果表明:通过与线性多目标模糊规划模型的对比,模糊几何加权模型可以根据实际情况对不同目标的权重进行调整,得出该条件下的灌区水资源最佳配置方案;当灌水量权重为0.3和经济权重为0.7时为最优方案,水稻产值为8 245万元,分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期的灌水量分别为1 154.56万、779.12万、539.45万、336.57万m³.验证了模糊几何加权法在灌区水资源优化配置的可行性应用,为灌区农业水资源高效利用提供参考方案和决策支持.     

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。     

基于农业可持续发展的锦西灌区灌溉水资源配置研究

为探索不确定环境下通过灌溉水资源优化配置方法促进灌区农业的可持续发展，选取黑龙江省锦西灌区为研究区域，以随机规划、多目标规划等方法为基础展开研究。结果表明：优化后不同供水情景下，灌区灌溉总耗水量节约1.3~3.9亿m3，灌溉水资源生产力提高0.85~1.01kg/m3，可促进农业经济效益增长0.18~6.90亿元，且优化后各配水方案中生态配水量控制在0.4亿m3以上，降低农业污染物排放量1.28~3.13万t，灌区农业生产环境显著改善。优化后，不同情景、不同模糊隶属度函数所对应的各灌溉水资源配置方案的经济效益、生态效益、社会效益均存在明显差异，不确定性要素对灌区农业可持续发展影响显著。以农业经济效益、水资源利用均衡性指数、农业水分生产力、农业污染物排放强度、GWP排放量以及农业水资源利用比率为主要指标，对优化后各配水方案的综合可持续性进行分析，确定各供水情景下的最优配水方案，最优方案的可持续性指数均高于0.4。最优配水方案可在稳定灌区粮食产量的基础上，有效提高水资源利用效率，改善灌区生态环境，保障灌区农业的可持续发展。     

多灌溉水源联网调度与自动灌溉管

针对山东省沿海经济发达区农业用水的现状，在区域农业灌溉过程中输水工程采用多水源联网工程，建立分散水源联网调度的网络工程调控配水，对地表水、地下水进行优化配置，提出不同时段的地表水、地下水调控量，提出各水源之间的调配方案，以便有限水资源满足各部分灌溉要求，提高灌溉水保证率。多水源联网网络工程的运行管理则采用现代化的自动化控制技术，使田间灌水机泵置于自动控制之下，实现分散水源集中控制，统一管理，科学配水。     

基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置

针对西北干旱区灌区生态环境脆弱、水资源短缺、复杂不确定性等问题,以石羊河流域红崖山灌区为例,耦合2型模糊集、模糊可信度约束规划和多目标规划等理论方法,构建了基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置模型。模型以灌溉水损失最小、生态植被灌溉水满意度最大、生态植被灌溉水费用最小和主要粮食作物经济效益最大为目标,对红崖山灌区10个决策单元的地表水、地下水和粮食作物种植面积进行优化配置。求解模型得到不同可信度水平和不确定性程度下的水土资源优化配置方案。结果表明：耦合2型模糊集的模型能够提供丰富的配置方案,水量对可信度水平的敏感性高于不确定性程度,作物种植结构对可信度水平不敏感。以不确定性程度参数为0.5、可信度水平为0.7时为例,生态植被均通过地表水灌溉,作物通过地表水、地下水联合灌溉,玉米的产量和经济效益均大于小麦。相比前人研究,本研究考虑生态植被灌溉需求,优化结果更加真实合理。本研究可为决策者提供较为符合灌区实际的配置方案,为西北干旱区灌区现代化建设提供科学指导。     

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。     

月灌溉用水量分布式优化模型

针对大型灌区作物种植结构复杂、不同区域作物需水量差异较大的特点,以GIS为平台,建立了灌区月灌溉用水量分布式优化模型.模型将灌区栅格化,以每个栅格的月灌溉用水量作为决策变量,以作物生育阶段作物水分生产函数为基础,以灌区作物产量最大为优化目标,考虑了水量平衡、渠系配水能力、水资源投入量、灌水时间、可供水量以及非负共6个约束条件.以澳大利亚马兰比季灌区2006—2007年8月、10月和12月的优化结果为例,优化后月灌溉用水的高峰期与河流径流的高峰期同期,且优化后的灌溉用水量小于同期观测值.此外,优化后的配水结果存在将有限的水资源向经济价值高的作物转移的趋势.因此,月灌溉用水量分布式优化模型可以用于大型灌区内不同尺度月灌溉用水量的优化模拟,且优化后的配水方案更加节水高效.     

区域多水源多用户水资源优化配置研究

针对多水源、多用户的区域供水、需水特点,从经济效益、社会效益等角度出发构建区域多水源多用户水资源优化配置模型。以济宁市为研究实例,优化计算得出规划水平年2020年济宁市水资源优化配置不同保证率(P=50%,P=75%)的优化配置结果,根据优化配置结果对规划水平年2020年各用水户的不同保证率的供需水进行平衡分析。以期在充分利用水资源,满足需水要求下,寻求多水源与多用户之间最优的配水方案,实现区域综合效益最大化,促进区域可持续发展。     

船行灌区渠系工作制度优化研究

船行灌区现行的渠系工作制度不合理,导致干渠流量不稳定和渠系水利用系数较低的问题.以西干渠输水系统为例,考虑不同时刻上级渠道配水流量波动最小和渠系渗漏损失最小这2个目标,以灌水连续性、配水量、流量以及灌溉可供水量为约束条件,建立了渠系工作制度多目标优化模型,采用非线性多目标遗传算法进行优化求解.结果表明,渠系工作制度多目标遗传算法优化模型适用于解决灌区渠系工作制度优化的问题,实行优化后的渠系工作制度可有效减少渠系渗漏损失、运行时间和流量波动.     

灌区灌溉用水时空优化配置方法

将传统的灌溉水量在作物间的优化分配模型和建立的渠系工作制度多目标优化模型与地理信息系统相集成,提出了基于空间决策支持系统的灌区灌溉用水优化配置的新方法.综合考虑了灌区内作物、土壤、气象站点、渠系布置的空间差异、年季间气象以及作物不同生育阶段对应参数的时间差异.与传统优化方法相比,该方法可根据管理者对优化精度的要求,灵活选择优化尺度,同时,简化了求解时空优化配水问题的繁琐程度,结果表现形式更加丰富.在此基础上建立的空间决策支持系统界面友好,运行效率高,可移植性和通用性强.经实例验证,优化后的配水方案与原配水方案相比较,灌溉总用水量减少296％,产量增加243％,水分生产率提高05 kg／m3,灌溉净效益增加168％.优化后配水方案具有将有限的水资源向经济价值较高作物转移的趋势.该方法为灌区灌溉用水优化配置提供了新思路.     

基于DP-PSO算法的灌区农业水资源优化配置

针对引水灌区,考虑灌溉用水总量约束和时段可供水量约束,以单一作物非充分灌溉下灌溉制度优化为第一层,区域多种作物种植结构及水量分配为第二层,分别采用动态规划和粒子群算法求解,建立了基于DP-PSO算法的灌区农业水资源优化配置模型。针对多重约束问题,提出了一种初始化粒子群的方法,并通过粒子速度的动态变化来保证每代粒子都满足约束,提高了算法的收敛速度和收敛精度。以赣抚平原灌区为对象,考虑降雨和水源可供水量不同步的特点,计算了3种降雨频率、多年可供水条件下的农业水资源优化配置方案。结果表明,基于DPPSO算法的农业水资源优化配置模型合理可靠,为引水灌区农业水资源优化提供了一种新的方法。     

河北省南水北调供水区水资源合理配置研究

水资源合理配置研究是水资源规划与管理中的关键部分。基于河北省南水北调供水区水资源系统特征,建立了多目标、多水源、多用户的水资源合理配置模型,并采用大系统分解协调技术与目标逼近技术相结合方法对所建立的模型进行求解,同时考虑供水区水资源配置方案的经济、社会和生态环境影响,建立水资源配置方案评价指标体系,采用模糊物元分析方法对方案进行了综合评价,取得了合理配置方案,并对推荐方案进行了综合分析。该研究为供水区水资源可持续发展提供了参考。     

灌区水量分配的公平性研究

针对灌区水量分配的公平性问题,将微观经济学中的激励、价格、效用研究方法引入灌区水资源管理,提出了2种灌区水资源的分配方式:一是基于动态权重的公平水量分配模型,该模型依据灌溉面积、灌区水资源的缺水率来确定水资源的分配,体现了水资源使用的公平性;二是基于效用的水量公平性分配方法,该方法将价格策略融入效用模型中,利用价格杠杆来调节用户需求和控制资源分配,体现了用户的优先性和水资源使用的效用性。分析表明,这2种方法可以解决灌区水量分配的公平性问题和提高水资源使用效率,可为灌区水量的分配决策提供理论支持。     

井渠结合灌溉类型区多水源联网优化调度模式研究

针对丘陵地区灌溉水源分散、灌溉保证率低、农业缺水严重、生态环境恶化等突出问题,将多水源联网工程技术与优化调度技术相结合,建立了井渠结合灌区多水源联网优化调度模型,大大提高了灌区水资源的利用效率和灌溉保证率。采用该技术及其他节水措施后,威海井渠结合节水示范区全部耕地可得到灌溉,灌溉后的粮食产量由原来的9000 kg/hm2提高到11550 kg/hm2,示范区平均增产25%。经济、社会与环境效益显著。     

韩董庄引黄灌区水资源优化调配研究

应用线性规划数学模型对河南省韩董庄引黄灌区作物种植布局和引黄水及地下水联合运用进行了分析.对作物种植规划,作物灌溉增产效益,引黄工程及井灌工程运行费用,引黄供水能力等参数进行了详细分析计算,建立了灌溉水资源优化调配模型,应用计算机求解提出了灌区作物种植优化布局方案及水资源优化调配方案,并给出了各种灌溉方案条件下的灌溉效益,所得结果对灌区规划与发展具有重要参考价值.     

山西晋中井渠结合灌溉水资源综合平衡分析与模拟

在对灌区水资源系统进行概化分析基础上,建立了区域水量平衡方程、区域地下水平衡方程,利用实测与调查资料对平衡方程各要素进行了分析计算,并对现状条件下及节水灌溉实施后二种情况不同水平年水资源进行了模拟分析。计算结果表明,在现状种植结构、灌溉条件、产量水平下,项目区中等干旱年缺水量达到710万m~3,缺水形势相当严峻。实施各种节水措施后,项目区水资源量在多年平均及现状引水条件下基本上能满足用水需求,但需保证节水资金的投入。     

Performance based irrigation planning under water shortage

A linear programming (LP) based optimization model and a simulation model are developed and applied in a typical diversion type irrigation system for land and water allocation during the dry season. Optimum cropping patterns for different management strategies are obtained by the LP model for different irrigation efficiencies and water availability scenarios. The simulation model yields the risk-related irrigation system performance measures (i.e. reliability, resiliency and vulnerability) for the management policies defined by the optimization model. The alternative strategies are evaluated in terms of all performance criteria (i.e. net economic benefit, equity and reliability) simultaneously through a trade-off analysis using a multi-criteria decision making method (compromise programming). For the case study of the Kankai irrigation system in Nepal, with equal preference to the objectives, a management strategy with equal share of water among the project subareas appears to be the most satisfactory alternative under water shortage conditions. The existing water allocation policy is not economically efficient. Deficit irrigation in Early paddy appears attractive under favorable hydrologic scenario, particularly if accompanied by measures to improve existing irrigation system efficiency.     

淠史杭灌区水资源优化配置研究

基于系统优化的理论，应用模拟计算对淠史杭灌区水资源优化配置问题进行了探讨，并在设计引水流量中引入一个随机均匀变量进行随机模拟优化。并与传统的确定性计算方法进行比较分析，计算结果表明，得到的最优引水流量能更好的提高城市供水保证率与农业灌溉保证率，能充分发挥灌区水资源的综合利用效益。