灌溉用水绝对缺水量最小目标函数探讨

现行的灌区水资源优化配置模型中以整个系统水量损失最小（即供水量最大、缺水量最小）为目标函数的不在少数,但是在配水方式、路径等确定,且渠系输配水损失仅考虑沿程损失的条件下,按水量损失最小为目标的配水方法与传统的“水先到先得”配水方法在本质上并没有多大区别。以经典的水力学公式为基础,从数学角度分析证明了这两种方法是建立在同样的理论基础上的。     

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。     

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.     

船行灌区渠系工作制度优化调度

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。     

新疆五家渠灌区渠系优化配水研究

通过建立多目标渠系优化配水模型,优化渠系配水过程,为新疆农业节水灌溉提供科学依据。以新疆五家渠灌区新东干渠作为研究对象,采用多目标粒子群优化算法以配水渠道的渗漏损失量最小,水流稳定为优化目标,建立多目标渠系优化配水模型,并与回溯搜索算法就配水时间和渗漏损失量进行比较。研究表明,多目标渠系优化配水模型能将配水时间从15 d缩短至约11 d,渠系配水量为71.58万m3,与回溯搜索算法相比,配水时间从14 d缩短至11 d,渗漏量减少了8.39万m3。采用多目标粒子群优化算法对新疆五家渠灌区新东干渠进行配水过程优化,不但满足了优化目标,减少了渠系渗漏,缩短了配水时间,且比回溯算法更具有实用性。     

基于多目标规划模型的黑河中游绿洲用水结构优化配置

针对水资源优化配置过程中存在的缺水风险、经济效益、配水公平性等问题,构建了确定性多目标规划模型,该模型能够兼顾配水风险、效益及公平性,实现多目标之间的协调,且能够反映水资源配置系统中存在的不确定性。在确定性多目标规划的基础上,构建了不确定条件下基于模糊Me测度的多目标规划模型。另外,根据不同的乐观-悲观因子,将Me测度转换为必要性测度、可信性测度和可能性测度。将所构建的两个模型应用于甘州区、临泽县和高台县的农业、工业、生活、生态部门的配水中,结果表明,两个模型均适用于该地区的水资源配置,不确定性条件下基于Me测度的多目标规划模型相较于确定性模型具有更高的鲁棒性。必要性测度约束的配水量最小,可信性测度约束的配水量居中,可能性测度约束的配水量最大。结构性缺水风险与配水量成反比,经济效益与配水量成正比,在当前可利用水量条件下,GINI系数与配水量成正比。因此,必要性测度更适用于最小化目标值的情况,可能性测度更适合于最大化目标值的情况,可信性测度的结果则是两者的折衷。在3种置信条件约束下,配水量、结构性缺水风险、经济效益随着测度水平的增加而减少,GINI系数随着测度水平的增加而增加。因此,决策者可以基于多目标规划方法,通过选择合适的乐观-悲观因子和测度水平优选最佳配水方案和目标值。     

实行流量包段、水量包干——再谈灌区计划用水

流量包段、水量包干,是确保灌区均衡受益的水量调配方法。将干、支渠道按便于管理和行政区域等条件划分为若干段,每段由一个管理单位负责,并向上一级管理机构承担流量包段,水量包干任务,负责管好本渠段的水量。具体要求是:1.按计划配水比例向下游交好水;2.按灌溉面积、灌水定额和渠道损失包干水量,在本渠段内用好水;贯彻节约归己,浪费不补的配水原则。实践     

基于改进多目标决策模型的大桥水库灌区渠系自适应规划方法

提出基于改进多目标决策模型的大桥水库灌区渠系自适应规划方法,合理规划大桥水库灌区渠系配水,提高水资源利用率,降低无效弃水以及对生态环境的影响。以配水结束后灌区各渠系缺水量、渠道输水损失量以及农作物生产带来的灰水足迹三者最小为大桥水库灌区渠系规划多目标决策函数,以渠道输水能力、水量和时间为约束条件,构建大桥水库灌区渠系规划的多目标决策模型;以栅格法构建路径规划的运行环境,通过移动几率优化、信息素挥发系数自适应调整两方面改进蚁群算法,通过改进蚁群算法寻优获取渠道缺水量、输水损失量、灰水足迹最小的水库灌区渠系规划结果。实验证明：该方法可以有效规划大桥水库灌区渠系的水资源,规划后的灌区渠系在缺水量、渠道输水损失量以及灰水足迹方面都有较好的表现,且效率高、应用性强。     

遗传算法和粒子群算法求解渠系多目标优化模型

目前高原灌区灌溉用水管理相对落后,渠系渗漏损失较大、渠道闸门运行调度不合理等问题十分突出。因此,开展渠系工作制度优化的研究,对缓解灌区用水供需矛盾有着重要意义。考虑不同时刻各配水渠道流量标准差最小和各配水渠道平均日渗漏损失最小两个目标函数,以配水连续性和灌溉可供水量作为约束条件,建立渠系工作制度多目标优化模型。以云南省蜻蛉河灌区为例,采用遗传算法和粒子群算法进行优化求解。结果表明,遗传算法和粒子群算法都可以解决渠系工作制度优化问题,对各渠道闸门开关时间进行优化,能够满足灌区需求,从而减少渠系渗漏损失,达到节约灌溉用水量的目的。两种算法相比,粒子群算法运算速度更快,优化闸门运行调度更合理。     

基于多目标模糊规划的灌区多水源优化配置

以黑龙江省和平灌区为例,构建基于多目标模糊规划的灌区多水源优化配置模型,该模型能够在提高农业灌溉用水净效益的同时有效减少农业灌溉水量,促进和平灌区多水源高效配置。采用具有非线性隶属度函数的模糊多目标规划求解模型,得到不同流量不同水源下的最优配水方案。结果表明:不同流量水平下水稻不同生育阶段均存在缺水现象,低流量下需从柳河水库引入外调水才能保证水稻的最小需水量。为保证灌区整体效益,按照引水工程、提水工程、井灌工程的先后顺序进行配水,并得到多目标配水模型在不同情景下的运行稳定情况。该模型可以高效地进行灌区多水源在作物各生育阶段的优化配置。     

灌溉渠系优化配水模型与算法研究进展北大核心

为实现田间科学用水,优化灌溉渠系配水模型,发挥灌区用水调度决策能力,提高灌区现代化水平,针对现有的渠系优化配水模型与算法进行了梳理总结。灌溉渠系优化配水模型主要分为两种:以特定指标最优为目标函数和被配水渠道采用轮灌编组时输水损失最小为优化目标。在掌握国内灌溉渠系用水调度以及灌区管理规范的前提下,系统论述了两类模型的建模思想、目标函数以及算法机理的研究,重点分析当前主流的灌溉渠系配水优化目标函数,并总结了求解模型引用的智能算法。在深入探究应用实例的基础上,通过对渠系优化配水模型的综述,讨论未来研究新方向,旨在精炼出一种适用于我国灌区的多目标优化模型,拟解决当前渠系水利用率低等问题;研究结论还提出嵌入算法的渠系间形成远程管理、联合调度、智慧调控、高效配水的新思路,这为灌区构建输配水模型和落实信息化管理提供借鉴与理论指导。     

配水渠道轮灌组合优化模型及其遗传算法

为满足渠系优化配水中轮灌分组的需要,对配水渠道轮灌组合优化模型进行了改进,在使渠系输水损失最小的基础上,以轮灌组数最少为目标函数,建立轮灌分组的０－１规划模型,用新兴的遗传算法加以优化计算。在基本遗传算法的基础上设计了应用于配水渠道轮灌组合优化的算法,尤其对其编码方式的设计较为巧妙,该算法能更为迅速地得到满意解。     

基于RS、GIS和蚁群算法的多目标渠系配水优化

针对渠系配水优化方法存在通用化程度不高的问题,依据作物的水分生产函数,建立以土壤含水率为基础,灌区各种作物该次灌水增产效益最大和灌区水费收入最高的多目标优化配水模型.通过RS技术快速获取灌区土地利用和土壤含水率信息,并以像元为求解单元,通过蚁群算法在GIS系统中对模型进行求解,获得各斗渠满足多目标条件下的最优灌溉配水量.所得结果符合灌区灌溉用水的实际情况,该优化配水方法具有通用性.     

适用半干旱灌区某次配水的优化模型

该文介绍了两种适用于半干旱灌区某次配水的实用优化模型。第一种以作物水分生产函数为基础,以全灌区净灌溉增产值最大为目标函数;第二种根据灌溉管理部门的要求,以某次灌水全灌区的水费收入最高为目标函数。这两种配水模型以陕西省洛惠渠灌区 1989、1990年夏灌的实际用水资料进行了验证,可供各自流引水灌区在渠系水量调配中实际应用。     

基于RS、GIS和蚁群算法的多目标渠系配水优化

针对渠系配水优化方法存在通用化程度不高的问题，依据作物的水分生产函数，建立以土壤含水率为基础，灌区各种作物该次灌水增产效益最大和灌区水费收入最高的多目标优化配水模型。通过RS技术快速获取灌区土地利用和土壤含水率信息，并以像元为求解单元，通过蚁群算法在GIS系统中对模型进行求解，获得各斗渠满足多目标条件下的最优灌溉配水量。所得结果符合灌区灌溉用水的实际情况，该优化配水方法具有通用性。     

感应式电子数字水位流量计在新疆灌区的应用

精确量水是节水农业发展的必然趋势,先进的量水设备是实现此目标的关键。感应式电子数字水位流量计可按照预先设定的量测要求自动记录整个水位,并通过预先设定的水位流量关系或标准堰槽进行流量与累积水量过程的计算,数据以数字形式直接储存、显示、传输。通过在新疆灌区的应用,使灌区的量水真正做到了实时监测,精确测量。确保了数据准确、真实,透明公开,配水量和用水量基本达到一致,做到计划配水、定额用水,达到节水灌溉的目的,逐步实现灌区"量水到户、按方收费"的目标。     

渠系配水优化模型和多目标遗传算法研究

目前国内外渠道优化配水都是在下级渠道配水流量相等这一假定的基础上建立单目标优化模型,这与多数渠系的实际配水要求不符。针对这一问题,建立了下级配水渠道流量不等时的双目标优化配水模型,该模型分别以引水流量和引水时间差异最小为目标函数,并应用改进的遗传算法进行求解,确定了灌区最优轮灌组组合。实例计算结果表明该模型能够有效提高灌溉效率,减少配水渠道闸门调控次数,取得较好的配水效果。     

基于天牛须搜索算法的渠系优化配水初步研究

灌区渠系优化配水研究对灌区从用水管理向需水管理转变具有重要意义.目前,天牛须搜索算法已被广泛应用于生产实际,而在渠系优化配水方面的应用较少.为探究天牛须搜索算法在渠系优化配水领域的可行性与合理性,以大功灌区西一干渠干支2级渠系输水过程中渗漏量为优化目标,渠道运行时间及输水流量为决策变量,构建渠系配水模型,并采用天牛须搜索算法进行模型优化求解.结果表明,天牛须搜索算法求解结果中配水时间较传统配水时间缩短7 d,配水效率提高35％.渠系渗漏量为34.99万m3,占总配水量6.69％,干支2级渠系水利用系数提高为0.704.天牛须搜索算法在解决高维渠系优化配水问题上表现良好,能够贴近渠系实际运行情况并合理进行水资源配置.     

计算渠道输水损失及配水流量的积分解法

在《计算渠道渗漏损失及水的利用系数的改进公式》一文中,作者从考斯加可夫公式出发,推导了一组渠道配水计算的实用公式。这组公式计算简便而准确,无疑是一种行之有效的改进算法。但笔者认为,建立渠道输水微分方程时,必须以渠道的水量平衡原理为依据,以便充分地揭示渠道输水的内在物理规律。此外,为了扩大计算方法的应