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.     

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.     

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.     

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。     

遗传算法双层次优化模型在精细灌溉决策中的应用

精细灌溉决策支持系统采用基于遗传算法的双层次优化模型,第1层实现单一作物在不同生长期内的配水优化,第2层实现多种作物间的配水优化,并与专家系统相结合,有效的避免了遗传算法在解决局部搜索问题上的局限性,采用MapInfo作为人机交互界面,实现了决策的可视性和系统的易操作性。该决策支持系统在运行结构上分为灌区数据采集模块、灌区信息管理模块、作物配水模拟模块、遗传算法优化模块以及灌区信息显示模块。     

基于RS和GIS的灌区增产净效益最大配水模型

在有限供水条件下,为了使全灌区增产净效益达到最大。研究依据非充分灌溉中的调亏灌溉原理和作物的水分生产函数,推导出作物产量与土壤含水率之间的函数关系,并建立了全灌区某次供水增产净效益最大的优化配水模型。根据RS技术能够快速获取信息的特点,以陕西关中冯家山水库北干十一支灌区为例,用RS技术获取灌区土壤含水率情况,再用GIS计算出不同作物灌溉需水量数据,并根据来水量用Matlab计算软件对模型进行求解,可快速获得各斗渠优化配水量。模型在求解时不受灌区类型的限制,因此,模型具有较强的通用性、可操作性和推广性。     

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。     

基于多年降雨资料的作物灌溉制度多目标优化

在非充分灌溉制度条件下,基于农田水量平衡模拟模型和作物产量计算模型并考虑随机降雨的影响,以灌溉日期和灌溉水量为决策变量,将多年作物相对产量均值最大、多年作物相对产量方差最小以及作物全生育期的总灌溉水量最小作为优化目标,建立了能够同时对灌溉日期和灌溉水量进行优化的多目标优化模型.以玉米的非充分灌溉制度优化为例用上述模型及算法进行了计算分析,并与典型年法得到的优化结果进行了对比,结果表明:基于多年降雨资料的优化灌溉制度具有较强的适应性和鲁棒性,可以避免由于灌溉日期安排不合理而导致的减产或绝收问题.     

基于Kuhn-Tucker条件的灌溉水量优化分配

建立了基于作物水分生产函数的灌溉水量优化分配模型。采用Kuhn-Tucker条件获取该模型的最优解条件,并给出了最优解的计算方法,包括单一作物全生育期缺水条件下灌溉水量在不同阶段的优化分配计算,以及多种作物某同一生育期缺水条件下灌溉水量在不同作物之间的分配方法。利用2个实例对所给方法进行了分析,与传统优化方法相比,思路清楚,计算过程简单,工作量少,便于灌区管理人员在实际生产中应用。     

Optimal irrigation planning model for an existing storage based irrigation system in India

A weekly irrigation planning LP model is formulated for determining the optimal cropping pattern and reservoir water allocation for an existing storage based irrigation system in India. Objective of the model is maximization of net annual benefit from the project. In an irrigation planning of a storage based irrigation system, initial storage of the reservoir at the beginning of the reservoir operation, expected inflows into the reservoir during each intraseasonal period, capacity of channels, crop calendar and yield response to water deficit in each growth stage of crop play a vital role in deciding acreage and water allocation to each crop. The planning model takes into account yield response to water deficit in each intraseasonal period of the crop, expected weekly inflows entering into the reservoir, storage continuity of reservoir, land and water availability, equity of water allocation among sub areas and proportionate downstream river release. One year comprising of 52 weeks is considered as planning horizon. To account for uncertainty in water resources availability, the model is solved for four levels of reliability of weekly inflows entering into the reservoir (90%, 85%, 80% and 75%). Alternative optimal cropping patterns and weekly releases to crops grown in each sub area under each main canal are obtained for various states of initial storage at the beginning of reservoir operation and for various levels of weekly inflows into the reservoir. Results reveal the importance of initial state of reservoir storage for feasible solution and shows the impact on cropping pattern with the change in initial storage of reservoir for different levels of reliability of weekly inflows.     

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.     

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。     

引黄灌区灌溉效益优化计算模型

以引黄灌区为研究对象 ,在分析传统灌溉效益计算方法不足的基础上 ,按水资源合理配置的要求 ,基于作物的节水灌溉制度 ,提出引黄灌区灌溉效益优化计算的双层线性规划模型 ,开发了相应的计算软件。模型考虑了引黄水量在不同作物间和同种作物不同灌溉时段间的优化配置 ,使灌溉效益计算更趋合理     

Water balance and irrigation performance analysis: La Violada irrigation district (Spain) as a case study

Diagnosis of water management at the irrigation district level is required for the rational modernisation of the irrigation schemes and the subsequent increase in the efficiency of water allocation and application. Our objectives were to: (i) evaluate the global irrigation performance in the 5282 ha La Violada surface-irrigated district (Ebro River Basin, northeast Spain), and (ii) estimate the water that could potentially be conserved under two scenarios of modernisation and three increased irrigation efficiencies. The main district’s water inputs and outputs were measured (irrigation, precipitation, and outflow surface drainage) or estimated (canal releases, lateral surface runoff, municipal wastewaters, and actual evapotranspiration of crops) during the 1995–1998 hydrological years. The annual average water outputs were 23% higher than the corresponding water inputs, presumably due to canal seepage and lateral groundwater inflows from the 14 355 ha dry-land watershed. The district-level irrigation performance was poor (mean 1995–1998 seasonal irrigation consumptive use coefficient (ICUC)=48%), due to the low distribution (DE) and on-farm (ICUCf) efficiencies (i.e., mean estimates of 83% (DE) and 61% (ICUCf) for the 1995–1996 irrigation seasons). Thus, despite the high volume of applied irrigation water, the actual district ET was 16% lower than the maximum achievable ET, indicating that the water-stressed crops yielded below their maximums. Potential reductions in water allocation were estimated for three ICUC values (65, 75 and 85%) and two scenarios of modernisation (I and II). In scenario I, where the aim was to achieve maximum ET and crop yields, water allocation could be reduced from 8 to 30% of the current allocation. In scenario II, where the aim was to achieve the maximum conservation of water under the actual ET and crop yields, reductions in water allocation would be much higher (from 26 to 43% of current allocation). Thus, significant volumes of water could be conserved in the rehabilitation of this 50-year-old district by increasing the distribution efficiency and, in particular, the on-farm irrigation efficiency.