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.     

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。对和物种植规划，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。     

分式两阶段随机优化模型在作物种植结构优化中的应用

以甘肃省武威市民勤县为例,构建了以单方水效益期望值最大为目标的分式两阶段随机规划模型对地区5种主要作物进行种植结构优化,该模型可以在满足粮食安全基础上得到不同水文年不同可用水量下的作物种植结构。比较优化结果与现状水平年种植结构下的指标,现状种植面积比优化结果种植面积多出50.68%,耗水量多出36.91%,但现状水平年的种植收益比优化结果少了0.33亿元,单方水效益低1.33元/m~3。优化结果充分满足了作物的灌溉需求,极大提高了农业生产的用水效率,为民勤县以及类似灌区作物种植结构优化提供了理论依据与决策支持。     

基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

基于水足迹的河套灌区多目标种植结构优化调整与评价

针对黄河水量逐年减少和农业面源污染日趋严重等因素导致内蒙古河套灌区农业用水短缺、生态环境不断恶化的问题,本文将水足迹概念（蓝水足迹、绿水足迹、灰水足迹）引入多目标优化模型和多目标决策评价模型,对灌区有限的水资源进行合理配置。以河套灌区为例,本文选取小麦、玉米、葵花、瓜类、番茄5种典型作物,从经济、社会、资源以及生态4个角度对作物的种植结构进行优化,并耦合模糊层次分析和TOPSIS法对多种优化方案（多目标优化方案、单目标优化方案、现状情景方案）进行评估优选。结果表明,在保障粮食作物产量的基本需求下,减少粮食作物小麦、玉米的种植面积,增加经济作物葵花、番茄和瓜类的种植面积,可以达到增加经济收入、保证社会公平性、提高水资源利用效率及减少粮食生产过程中给环境带来负面效应的目的。并且,评价结果表明多目标优化方案兼顾经济、社会、资源和生态多方面,优化结果优于单目标优化结果和现状情景。研究可为河套灌区及类似地区作物种植结构调整提供相应的理论依据和决策支持,助力灌区可持续发展。     

基于遥感和蚁群算法的多目标种植结构优化

针对农业种植结构与水资源不匹配的问题,以主要作物不同生育期需水特点和区域降水特点吻合性为基础,建立了考虑灌区节水效益、经济效益和生态效益的多目标种植结构优化模型,并以宝鸡峡五泉灌区为例,利用遥感快速获取灌区种植结构信息,并以不同口粮面积约束为条件建立2种优化方案,采用蚁群算法对模型在不同约束下的2种优化方案进行优化求解.结果表明：方案1,2的灌区需水总量为现状的85.4%和83.4%,纯收入比现状在平水年低5.4%和高7.1%,在干旱年低5.9%和高7.3%,降雨耦合度分别在平水年高12.6%和15.6%,干旱年高17.5%和28.6%,对2种不同约束方案优化结果比较得出,方案2为最优调整方案.该研究在未改变原有灌区种植面积的条件下,经种植结构优化调整后,既可保持灌区生态环境的可持续发展,又使灌区经济收入有很大的提高.这对农业节水规划具有较高的实用价值和理论意义.     

基于NSGA-Ⅱ的灌区水资源优化配置模型及应用

【目的】解决灌区水资源短缺、农业用水效率不高的问题,为灌区水资源管理提供科学依据。【方法】基于大系统分解协调原理构建了包含灌区作物种植结构和作物灌溉制度的层次优化模型,并剖析第1层模型中灌水时间对灌溉制度优化的影响,以及第2层模型中生态效益对作物种植结构优化的影响。以宝鸡峡五泉灌区为研究对象,构建了2层协调优化模型,并利用非支配排序遗传算法,实现了灌区水资源的优化配置。【结果】(1)以灌水量和灌水时间为优化对象的优化设计方案,可以提高灌区整体经济效益。第2层模型不考虑生态效益时,灌水量与灌水时间同时优化时的经济效益较只优化灌水量时增加1.87%,而第2层模型考虑生态效益时,对应的增长率为1.32%。(2)在作物种植结构的优化模型层引入生态效益优化目标,虽然经济效益有所降低,但优化后的经济效益依然显著高于现状种植结构下的经济效益,方案1、方案2、方案3和方案4与现状情况下的经济效益相比,增长率分别为15.72%、15.27%、15.99%和15.07%。(3)考虑生态效益后,优化后的生态耦合度值与现状相比也有所提升,提高23.5%。【结论】采用第1层模型优化灌溉水量和灌水时间,且第2层模型考虑经济效益和生态效益的方案,可实现水资源最优配置。     

有限供水条件下灌区优化配水

以水库灌区为例，以次灌水量田间优化配水为基础，研究了由多水源供水，种植多种作物的一般灌区在有限供水条件下的优化配水问题，实例研究表明，在干旱年本模型比传统的模拟配水模型能增加较多的效益。     

滦河下游灌区生态作物优化布局与地下水调控

选择我国沿海灌区-滦河下游灌区,构建地下水模拟模型(GBM)和水资源优化配置模型(OPM),通过模型验证、模型耦合与优化控制计算,得出地下水的储蓄动态变量,合理调控地下水,得出土地优化利用和生态作物优化布局方案。结果显示,从2016年到2030年,地下水净储量恢复10万m³/a,地下水储量恢复79.2%。预测到2030年基本恢复地下水下降漏斗。滦河下游灌区生态作物优化布局结果显示,到2030年可获得作物种植效益33.326 1亿元。与传统种植模式对比,生态作物种植总收益提高一倍以上。生态环境与社会经济效益十分显著。研究方法与成果可供制定农业水管理战略参考。     

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.     

农业生产作物优化组合模型

讨论干旱地区农业生产中的喷灌问题，提出了喷灌条件下农作物种植的经济一数学模型。该模型能帮助人们做出最合理的农作物组合选择，使干旱地区的水资源和土地资源得到充分利用，保证获得最好收成。文章将此称作“收成规划工艺”。文章所讨论的经济-数学模型对中国西部地区的节水农业生产有一定的借鉴意义。     

GIS技术在高原灌区灌溉管理中的应用研究

通过对GIS技术在蜻蛉河大型灌区的应用研究,建成灌区灌溉管理系统。本系统采用分层和模块化的设计原则,建成一个应用型的灌区灌溉管理GIS系统,实现灌区管理中图、文、表、管理一体化及灌区水利工程管理、作物种植、供需水平衡以及灌溉引水配水等工作的电子化管理模式。     

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。     

河套灌区种植结构变化对农田系统水量平衡的影响

种植结构调整是灌区农业节水的重要措施。1990年以来,河套灌区种植结构发生了剧烈变化,小麦等粮食作物种植面积大幅减小,葵花等经济作物种植面积大幅增加,对灌区水循环系统带来显著影响。针对这一问题,系统解析了灌区种植结构变化对农田系统的影响机制,采用阿维里扬诺夫经验公式、修正的Penman公式(1948)、Penman-Monteith公式(1973)等分别计算了河套灌区1990—2013年潜水蒸发量、蒸散耗水量等各水量平衡要素的变化情况,并从多个时间尺度分析了种植结构的变化对灌区农田系统水量平衡要素的影响。结果表明,1种植结构变化对垂向水量平衡要素蒸发耗水量和潜水蒸发量影响最为显著,其通量值明显减小;其次是对灌溉水量和田间入渗量的影响;对水平向水量平衡要素地表排水量影响最小。2潜水蒸发量、蒸发耗水量、灌溉用水量和田间入渗量在丰、平、枯3种典型年均呈不同程度的减小趋势,而地表排水量在不同水平年变化差异较大。3月尺度上,5月灌溉水量和6月潜水蒸发量与经济作物种植比例增加显著相关。4农田系统总输入水量与总输出水量总体呈下降趋势,水循环通量减小,水循环强度减弱。1990—2005年水分蓄变量整体呈现负平衡的状态,2006—2013年土壤层水分蓄变量为正,但由于实际土壤层增厚、土壤含水率仍然呈下降趋势。     

灌溉模式优选理论与应用研究

为了提高灌区规划中灌溉模式选择的科学性，本文提出一套灌溉模式选择综合评价指标体系及优选评价计算方法。其成果在典型灌区取得了良好的效果，可在灌区规划、设计及改造中普遍推广应用。     

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。     

提高单井效益优化模型的研究

利用地下水灌溉是我国北方旱区发展水浇地的一种主要手段，在市场经济的影响下，如何充分利用机电井设备，提高单井效益是值得研究的一项重要课题，作物的不同种植比例直接影响着单井效益，为此以系统工程理论为依据，采用线性规划方法进行研究，提出了优化作物种植结构提高单井效益的模型。     

沿海经济发达缺水区节水农业高效用水管理模式研究

针对山东省沿海经济发达地区水资源匮乏、节水灌溉标准高、管理落后的现状,在威海市环翠区羊亭镇节水灌溉示范区进行运行管理机制的改革、创新,重点对水权划分、工程产权的归属及运行管理模式等问题进行研究与探讨。实施农业高效用水管理模式后,促进了作物种植结构调整,阻止了海水地下入侵,节水工程维护有了保障,水资源得到了合理调配。     

重盐碱地膜下滴灌土壤盐分运移规律研究

根据对重盐碱地进行滴灌种植打瓜试验,钻孔取土,测定土壤总盐含量进行分析,试验表明在重盐碱地上利用膜下滴灌进行种植,滴头下的盐分淡化区稍向棵间偏移,并主要集中在二膜中间,可以为作物提供较好的水盐环境;经过1年膜下滴灌种植打瓜后,40 cm深度土壤总盐含量下降57%,100 cm深度总盐下降30.8%。     

变化环境下农业需水量演变趋势及驱动力

根据宝鸡峡灌区11个气象站近30 a的气象及近20 a种植面积资料,分析了气候及作物种植结构的变化特征,计算了作物需水量和农业需水量,研究了灌区农业需水量的演变趋势,并利用主成分回归分析法揭示了影响农业需水量变化的驱动因素.结果表明:灌区气温呈显著上升趋势,相对湿度和风速呈显著下降趋势,蒸发量和日照时数略有增多,降水量有所减少.灌区农业种植结构变化较大,粮食作物与经济作物种植面积比例显著降低,由1991年的4.08减小为2010年的1.83;粮食作物与农作物总播种面积比例也呈下降趋势,由1991年的0.46减小为2010年的0.40.灌区小麦、玉米、油菜、棉花等4种主要作物需水量呈递增趋势,其中油菜需水量递增速率最快,约为3.558 mm/a;灌区农业需水量呈递减趋势,其递减速率为3.35×107m3/a.影响农业需水量变化的主要驱动因素为种植面积、降水量和蒸发量.降水量的减少和蒸发量的增多使得作物需水量明显增多,而农作物种植面积的减少,引起农业需水量的显著减少.