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。     

不确定条件下的区间两阶段模糊可信性约束规划配水模型研究

以黑河中游为研究对象,考虑农业灌溉系统的不确定性,建立了区间两阶段模糊可信性约束规划模型,用于区域农业水资源优化配置。该模型以经济效益最大为目标函数,引入模糊变量、概率分布和区间数来表示多重不确定性。通过设置不同的可信性置信水平,模型可解决带有违背约束的模糊风险问题。模型的结果可为黑河中游地区农业水资源优化管理和作物种植结构优化提供帮助。     

基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置

针对灌区水资源配置系统中的复杂性和不确定性,以湖北省漳河灌区为例,构建区间两阶段模糊可信性约束规划模型,实现灌区各用水户间水资源优化配置。模型以系统经济收益最大为目标函数,引入模糊变量、离散区间和概率分布表征系统中的多重不确定性,设置可信性置信水平解决带有违规概率的模糊风险问题。求解模型得到多种情景下水量、灌溉面积优化配置结果以及系统收益,结果表明,模型可以有效处理配置系统的不确定性问题,反映系统收益与风险之间的权衡,实现灌区水资源高效配置。优化结果有助于灌区管理者协调各用水户的利益冲突,制定合理的决策方案。     

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.     

基于多目标模糊优化模型的兰州市水资源优化配置研究

构建可持续发展视角下的兰州市水资源优化配置模型。以净效益系数、水利用系数和供水成本为指标,运用熵值法修正由层次法获得的各项指标的权重,并采用多目标模糊线性优化模型确定各用水部门的综合效益系数,代入线性规划法求解规划年2020年在不同用水保证率(多年平均、50%、75%、90%)下各用水部门分配水量。分配结果(多年平均)与预测结果相比工业用水量减少了1.363 5亿m~3,农业用水量和生态用水量分别增加了1.126 0和0.237 5亿m~3,该分配结果有利于实现兰州区域经济的可持续发展与水生态的协调发展。     

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。     

基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型

为提高地区农业综合效益的同时节约灌溉用水量,促进地区水资源高效利用,以人民胜利渠灌区为例,在分析计算农作物虚拟水量的基础上,建立了基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型。结果表明,灌区虚拟水量相对较大的作物为棉花、油菜和水稻,虚拟水量较小的作物为花生、小麦和玉米。通过模型的优化调整,最终优化方案与现有方案相比,水稻和油菜的种植面积均有所减少,而花生的种植面积有所增加。优化后灌区粮食总产量可达6.4亿kg,灌区的粮食安全得以保障。经济效益值增加了1.8亿元,占现状年效益的15.4%;生态效益值增加了1.2亿元,占现状年效益的3.1%;节约灌溉水6 370.7万m3,占现状年用水量的15.6%;节约虚拟水1 659.5万m3,占现状年虚拟水量的2.0%。可见,考虑虚拟水贸易来指导种植结构的调整,在提高灌区综合效益的同时,还促进了灌区水资源的高效利用,缓解了水资源压力,为灌区种植结构调整提供了一种新途径。     

“三条红线”约束下的种植结构多目标优化模型研究

【目的】通过调整种植结构,达到水资源利用与配置更加合理化,以有限的水资源促进当地农业可持续发展。【方法】根据玛纳斯县农业结构种植特点,建立了基于遗传算法的多目标作物种植结构优化模型,并结合"三条红线"相关指标,运用MATLAB软件进行求解,提出了2020、2030年玛纳斯县主要农作物种植结构优化方案。【结果】现状年小麦种植面积可以维持现状,适当增加玉米、葵花和甜菜的种植面积,减少棉花种植面积,优化后灌溉节水量为137.01万m3,2020、2030年优先增加玉米和葵花的种植面积,当种植面积一定时,随着灌溉水利用系数的提高,可以增加棉花的种植面积。【结论】通过种植结构的调整,可以在兼顾经济、社会和节水效益的基础上缓解农业用水供需矛盾。     

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。     

基于生态经济学的区域水质水量统一优化配置模型

指出了以传统经济学为基础的水资源优化配置的缺陷,从生态经济学的角度提出了水质水量统一优化配置的生态经济学概念;在分析水质配置要素内涵的基础上,以生态经济效益最大为目标,建立了区域水质水量统一优化配置方案生成模型;模型考虑了经济效益、社会效益和生态环境效益的耦合,以及水质和水量的耦合;以安阳市为例,对模型进行了应用研究,结果表明模型除可以得到水量在各分区、各用水部门配置结果外,还可得到水环境容量在各用水部门的优化配置结果,证明了模型的有效性和合理、可行性。     

温泉县保护性耕作经济效益分析

阐述了温泉县从2006至2007年推广保护性耕作技术取得的成效。从免耕播种小麦、油菜、牧草3种作物入手，分别从增产增收效益、节本效益、机械效益3方面对不同作物进行经济效益分析。通过可观的经济效益说服、引导农民充分认识该技术的社会效益和生态效益。以此加大保护性耕作的推广力度。     

气候变化对黑河流域典型作物灌溉需水量的影响

为研究气候变化对作物灌溉需水量的影响,在假定未来气温上升0.5~4℃,降水增加10%~30%的条件下,研究了黑河流域主要作物在不同种植条件下的作物需水量及灌溉需水量的变化。结果表明,生长期内气温每升高1℃,区域内小麦净作、玉米净作和小麦与玉米间作方式下作物需水量将分别增加3.1%(15.5 mm)、2.8%(18.5 mm)和3.0%(25.6 mm),黑河流域中游每年将增加灌溉量0.15×108m3,相当于国家给黑河干流区分水量的2.4%;降水每增加10%,灌溉需水量将分别减少1.9%(7.8 mm)2、.3%(12.4 mm)和1.8%(12.8 mm)。     

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。     

考虑水资源优化配置的作物种植结构的调整——以河北省邢台市为例

研究考虑水资源优化配置的作物种植结构的调整,为邢台市农业旱灾减灾供科学依据。在水资源日益减少的状况下,优化配置作物灌溉用水量,调整作物种植结构是适应干旱的一种手段。采用1991-2013年邢台市的粮棉油作物的灌溉面积、灌溉水量和作物产量数据,以系统理论为指导,引入种植风险系数,构建数学优化模型。模拟了研究区主要作物最优种植面积配置,采用规划求解法求得灌溉用水量和种植面积优化结果。种植效益1995年、2003年、2013年增加了6.15%、15.9%、18.5%,优化结果与近年来作物实际种植面积的变化一致。     

节水压采区农业种植结构多目标优化研究——以衡水市为例

针对节水压采区水资源紧缺、种植结构不合理、灌溉定额较大等问题,提出了基于作物水分生产函数的多目标种植结构优化模型。以衡水市为例,以种植结构和灌水量为优化变量,以经济效益最大和总灌溉水量最小为优化目标,建立了多目标优化模型,通过改进的NSGA-II算法进行优化计算,得出了不同灌溉水价水平下对应的种植结构和灌水量调整方案。结果表明,小麦种植面积比现状种植面积有所减少,玉米、花生等耗水量小的作物面积有所增加。通过优化,合理提高灌溉水价可促进高耗水作物种植面积的减少,扩大低耗水作物种植面积。     

石羊河流域高产高效节水种植模式的探索研究

为解决石羊河流域因种植结构不合理而引起的水资源供需矛盾问题,探索选用了制种油葵/复种冬油菜和制种西瓜/复种油葵2种种植模式,和常规的单作小麦和单做玉米从产量、经济效益、耗水量和灌水效益等多方面进行对比研究.试验结果表明:制种油葵/复种冬油菜和制种西瓜/复种油葵在灌水量分别与单做玉米和单作小麦一致的情况下,前者与小麦和玉...     

基于两阶段优化配置模型的济南泉域补给区灌溉水源置换研究

目前全球地下水能保持持续平衡的地区日趋减少,不合理农业灌溉成为很多地区地下水系统恶化的主要因素之一。济南市历城区地下水用于农业灌溉是当地地下水位下降的重要因素,对于济南泉域、白泉泉域喷涌有直接影响。针对研究区农业用水特点和水生态文明建设水源置换的要求,建立两阶段优化配置模型,将灌溉用水配置分为2个阶段,阶段一,以生态、节水和经济效益为目标,引入单位脉冲响应系数约束地下水利用量,实现区域地下水与地表水的合理配置;阶段二,以作物最大产量为目标,进行作物生育阶段水量配置和种植结构调整。结果表明,采取两阶段优化算法与用水结构调整后,可以有效减少地下水利用量,2011—2014年平均地表水与地下水用水结构由原来的3∶7调整为5.2∶4.8,较好地实现地下水源置换目标,同时地下水位计算值较实际年分别增加0.31、1.12、1.55和3.38 m,对保证泉域持续喷涌具有重要作用。     

水压采区农业种植结构多目标优化研究——以衡水市为例

针对节水压采区水资源紧缺、种植结构不合理、灌溉定额较大等问题，提出了基于作物水分生产函数的多目标种植结构优化模型。以衡水市为例，以种植结构和灌水量为优化变量，以经济效益最大和总灌溉水量最小为优化目标，建立了多目标优化模型，通过改进的NSGA-II算法进行优化计算，得出了不同灌溉水价水平下对应的种植结构和灌水量调整方案。结果表明，小麦种植面积比现状种植面积有所减少，玉米、花生等耗水量小的作物面积有所增加。通过优化，合理提高灌溉水价可促进高耗水作物种植面积的减少，扩大低耗水作物种植面积。