查哈阳灌区水资源多目标优化配置

黑龙江省是我国的重要商品粮基地之一,但单位面积水资源占有量较少,水资源时空分布不均。针对灌区普遍存在的水资源分配问题，以查哈阳灌区为研究对象，应用大系统多目标方法建立了水资源优化配置模型，并应用MATLAB语言编制程序进行模型求解，研究探讨黑龙江省灌区水资源优化配置问题。解决了多水源多用户的水源分配问题，可以使决策者选出最佳均衡方案合理调配利用灌区水资源，从而使有限的水资源和水利工程发挥更大效益，对加强灌区水资源的现代化管理意义重大。研究成果可为同类灌区水资源优化配置提供参考依据。     

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.     

灌溉用水优化配置模型研究进展

概述了灌溉用水优化配置模型的研究进展,并分别从目标函数个数、时空尺度差异、作物种类、灌溉水源、模型个数、优化方法等角度进行了分类。通过分析各类灌溉用水优化配置模型的优缺点,指出了根据灌区水源情况联合调度地表水和地下水,并充分考虑灌区各因子的时空差异,建立多目标、多约束耦合模型,同时兼顾生态用水,是今后灌溉用水优化配置模型的研究重点。通过对灌溉用水优化配置模型的综述,旨为有效地缓解灌溉用水紧张的状况,实现灌区水资源的可持续发展提供决策支持。     

基于非充分灌溉原理的灌区水资源优化配置模型及决策软件研究

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。在理论研究基础上,还对灌区水资源的优化利用引入决策支持系统知识,研制"大型灌区水资源决策支持系统"软件。经实际运行,该程序具有友好的图形界面,较强的计算功能和数据库的管理功能,可为水资源优化配置和水资源管理研究作参考。     

大型水稻灌区高产节水灌溉优化配水模型研究

根据江苏省北部地区水资源供需矛盾突出的现状,以大型水稻灌区为研究对象,研究水资源的优化分配问题,从水稻水分生产函数和作物需水模型入手,建立了外引河湖水、内提回归水两种水源供水条件下的水稻全生育期适时调度优化配水数学模型。以灌区典型年供水资料,对优化配水模型进行了复核验证。所建立的模型,与灌区实际用水条件基本相符,为水稻灌区用水管理提供了一条新路。     

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。     

基于NSGA-Ⅱ算法的锡林浩特市多水源工业供水优化配置

应用NSGA-Ⅱ算法对锡林浩特市多水源工业供水进行多目标优化配置,设置了经济效益、社会效益和环境效益三个目标函数.通过计算得出一组各水源针对不同工业用户供水量分配的Pareto解集合.此方法处理多目标优化问题具有效率高、计算准确以及使用简便等特点,对于区域水资源优化配置具有较强的实用性.     

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。     

基于线性规划和MODFLOW耦合技术的人民胜利渠灌区水资源优化配置研究

【目的】确定人民胜利渠灌区合理的农业水资源优化配置方案,为灌区水资源管理和机井布置提供科学依据。【方法】针对人民胜利渠灌区水资源分配不合理及灌区生态环境恶化问题,按照灌区地形地貌、工程类型和灌溉水源特点将灌区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个计算单元,基于线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型对灌区各计算单元进行不同水文年水资源优化配置,并模拟优化配置后地下水位动态变化。【结果】确定了不同水文年灌区的水资源优化配置方案:灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区不同水文年的井渠比例有所不同,平水年井渠比分别为1/3.14、1/3.25、1/2.92,丰水年分别为1/3.47、1/3.66、1/3.24,枯水年分别为1/2.75、1/2.77、1/2.60;平水年计算单元Ⅰ区模拟地下水埋深相比初始埋深下降0.01 m,水资源总量基本处于平衡状态;计算单元Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相对于初始埋深分别上升了0.12、0.15 m;丰水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别上升了0.1、0.23、0.3 m;枯水年灌区计算单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区模拟地下水埋深相比初始埋深分别下降了0.17、0.08、0.04 m。【结论】线性规划方法和MODFLOW地下水数值模型相结合能较好地模拟灌区地下水流场和预测地下水动态变化趋势,进而确定合理的水资源优化配置方案。     

基于pareto front的多目标遗传算法在灌区水资源配置中的应用

为了解决灌区非充分灌溉时,灌区作物产量最高与供水部门收益最大之间的矛盾,建立了灌区一次灌水水资源配置的多目标优化数学模型.该模型目标函数之一为高度非线性的,为了克服传统方法在求解非线性多目标优化问题时容易陷入局部最优点的缺点,引入了基于Pareto front的多目标遗传算法来解该模型.实例应用表明,基于Pareto front的多目标遗传算法可以快速求解灌区多目标优化问题,并为之提供非劣集,以便决策者参考.     

基于Pareto蚁群算法和3S技术的灌区水资源空间优化配置

为了解决灌区水资源配置中的信息采集方法落后和多目标模型求解易陷入局部最优等问题,通过伪随机并行搜索和最近邻域选择等策略对Pareto蚁群算法进行改进,然后将Pareto蚁群算法与3S技术耦合,以宁夏银北灌区为仿真对象,利用改进的Pareto蚁群算法计算灌区多目标、多约束的水资源空间优化配置模型,获得最优的井灌水量、渠灌水量、排水量以及最优的经济效益和灌排费用。基于Pareto蚁群算法和３S技术的灌区水资源空间优化配置,能加快算法的收敛速度,获得全局最优解,使优化结果更接近实际,对灌区的水资源宏观调度具有一定的参考价值。     

基于复合多目标方法的灌区水资源优化配置

针对传统灌区水资源多目标模型求解过程中难以兼顾多维配置要求的问题,基于目标协调度、可持续发展指数、目标实现度3个指标提出了一种复合多目标方法。为验证该方法有效性,以甘肃省黑河中游17个灌区间水资源优化配置为例,以经济效益、社会效益、生态效益为目标函数构建多目标优化模型,并分别使用传统方法与复合多目标方法进行求解。结果表明,使用复合多目标方法所获得的优化配置方案可以将灌溉水利用系数提高5.42%~7.57%。结果验证了传统多目标模型在协调多个冲突目标方面较单目标模型有显著优势,而复合多目标方法所获得的优化方案更能体现决策者对研究区域种植业发展与灌区水资源配置的多元要求。     

小开河灌区地表水沙及地下水联合优化配置模型

水资源供需矛盾、地下水环境保护以及泥沙长距离输送是小开河灌区面临的3个重要问题。针对灌区水资源开发利用现状和长距离输沙的特点,以水资源配置的总体经济效益为目标建立了水量分配效益模型,以地下水合理埋深为目标建立了地下水位控制模型,并将当前水沙优化调度的具体措施模型化建立了输沙效果模型;利用分层序列法按水量模型、水量-水沙模型、水量-水沙-地下水模型的求解次序逐步将三个不同目标的模型耦合在一起,得出了50%及75%水平年时引黄水和灌区地表、地下水联合优化配置方案。该优化模型综合考虑了水资源利用的经济与环境问题,对促进小开河灌区以及黄河下游其他引黄灌区的可持续发展有参考价值。     

黑龙江省不同规模与水源类型典型样点灌区用水评价

为了研究黑龙江省不同规模灌区的用水情况,实现灌区用水科学管理以及水资源的优化配置.选取黑龙江省不同规模典型样点灌区80个,计算GINI系数,得到不同规模与水源类型灌区灌溉用水量与灌溉面积的匹配度,采用主成分分析法对灌区用水影响因素进行分析.结果表明:各规模灌区灌溉用水量与灌溉面积的匹配度自流引水灌区均优于提水灌区,纯井灌区的匹配度较差.灌溉用水量与灌溉面积的匹配度同时受到人为因素和自然因素的影响,其中管理因素和工程因素对匹配度具有正面影响,自然因素中当年降水量对匹配度具有一定的负面影响.     

井渠结合灌区水资源多目标优化配置模型与应用

将灌区的经济效益和生态环境效益结合在一起综合考虑，在灌区水资源配置时不仅只追求获得最大经济效益，同时尽量将地下水位控制在适宜范围内，以维持地下水资源的采补平衡，实现水资源的可持续利用。按此原则，建立了井渠结合灌区水资源多目标优化配置模型。实例计算表明：应用此模型指导井渠结合灌区的水资源配置可实现真正意义上的地表水和地下水联合运用，提高水资源利用效率。     

武汉市水资源合理配置

结合武汉市多水源、多输水工程、多用户的复杂水资源系统的实际状况，并针对目前大多数配置模型只考虑水源、用户之间的配置，忽略了供水工程的配置调度作用，提出了基于水源－供水工程－用户的大系统多目标配置模型，并综合运用大系统分解协调，总体线性优化及Matlab优化工具箱求解模型。该模型能突出供水工程在水资源配置中的作用，通过计算，明晰了水源－工程－用户之间的供水关系，为指导武汉市水资源合理开发，优化配置提供切实可行的依据。     

基于区间两阶段鲁棒优化模型的灌区水资源优化配置

为避免由灌区水资源配置系统存在的诸多不确定因素导致的配水过程风险性,在区间两阶段随机规划方法的基础上加入了鲁棒优化方法,构建区间两阶段鲁棒优化模型,引入鲁棒系数表示系统风险,将系统风险体现在模型中,克服了系统风险不可控的不足。以三江平原牡丹江灌区为例,对灌区水资源进行优化配置,得到灌区多水源、多作物、不同鲁棒系数下的配水目标。结果表明:随着鲁棒系数增大,导致缺水量增加,系统稳定性增强,但成本也随之增加,系统经济性降低;当鲁棒系数为3时,缺水量不再增加,系统达到稳定的状态,此时系统的成本在[1. 903 27×10~9,2. 634 75×10~9]元之间变化。优化结果可为决策者提供决策空间,为农业水资源的合理配置提供技术支持。     

考虑气象因子的不确定性灌溉水资源优化配置

基于不确定性区间作物水分生产函数,选取春小麦、玉米、棉花和白兰瓜这4种典型作物,建立不确定性条件下灌溉水资源优化配置模型,并将气象因子(蒸发蒸腾量和相对湿度)的不确定性引入其中,以反映气候变化对灌区配水的影响.结果表明,在石羊河流域民勤地区,玉米单方水经济效益较低,故其优化灌溉定额相比现状灌溉定额变化较大.棉花是单方水经济效益最大的作物,其次是白兰瓜,所以当可用水量短缺时,在确保粮食安全的前提下,为降低因灌溉缺水而带来的经济损失,要优先保证棉花和白兰瓜灌溉用水.引入气象因子的灌区水资源优化配置模型区间优化配水定额范围更广,反映出气象因子对灌区配水的影响.本研究验证了不确定性方法在实际应用的可行性,可为灌区水资源合理分配提供更可靠的科学依据.     

考虑城市生态环境供水的灌区水资源配置

随着灌区水资源用途的多元化,各用水户用水量的不断增加,进行适宜的灌区水资源配置具有很强的现实意义。本次研究考虑灌区农业、工业、生活以及城市生态环境的用水,以灌区内各用水户缺水率最小为目标,建立了灌区水资源配置模型并采用权重法进行求解,制定了不同降水年的灌区水资源配置方案。通过年尺度与用水高峰月份的配置结果表明:灌区的缺水情况受降水影响大;在等权重的分配方案中,水量缺口集中于农业;灌区工程性缺水问题与资源性缺水问题并存。提高用水效率、推行节水灌溉是解决灌区用水竞争激烈的有效途径。     

粒子群算法的改进及在农业水资源配置的应用

为了合理分配大荔县农业水资源,提高大荔县的农户总收益,建立农业水资源优化配置模型,得到大荔县主要农作物的合理种植面积以及灌水量优化配置方案,解决将大荔县灌区有限农业水资源在不同作物中合理分配的问题,实现总收益最大化的目标.模型求解中使用粒子群算法,对算法同时进行线性递减惯性权值及限速粒子群的2种改进,解决了粒子逃离函数定义域导致程序中断的问题.结果表明:经过优化后大荔县丰水年(降雨频率P=25%)总收益为29.78亿元,平水年(P=50%)总收益为29.75亿元,枯水年(P=75%)总收益为29.50亿元,与优化前的总收益28.98亿元相比均有所增长,水资源更多分配给经济作物棉花,农作物种植面积和水量均实现最优分配.对改进前后的粒子群算法求解进行比较,改进后粒子群算法寻优能力强,结果可靠合理,为区域水资源优化配置提供了新的解决思路.