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。     

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。     

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.     

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。     

陈垓引黄灌区渠系优化配水研究

该文以系统工程的原理方法,结合山东省陈垓引黄灌区北二干渠系统实际情况,分别以灌溉净效益最大和轮灌时间最短为目标,建立了作物最优种植面积和渠系优化配水模型,应用计算机求解,取得了满意的作物优化布局和优化配水成果。实践证明,本项成果在节水、灌溉增产、提高灌区科学管理水平等方面都有着十分重要的作用。     

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.     

基于水量平衡下的灌区用水计划编制方法综述

为了精准指导农田灌溉,合理优化渠系输配水,提高水资源的利用率、灌区的管理水平和总效益,对灌区用水计划的编制方法展开了理论研究.将用水计划的编制过程概括为实时灌溉预报和渠系配水两部分,分别进行归纳整理和分析.在对国内灌区用水计划的编制方式进行了解的基础上,着重介绍了利用土壤水分平衡方程进行实时灌溉预报的方法,总结各参数预测值和计算修正值的获取方法,分析对比各方法的适用范围,提炼普遍灌区实时灌溉预报中适用的方法.为了优化田间渠系配水次序和配水量,以保证作物得到及时有效灌溉,归纳总结了国内灌区常用的渠系配水模型,论述了常见的目标函数及相关约束的选取原则,并指出其局限性和可能的发展趋势.研究结果可为各灌区进行实时灌溉预报和建立优化配水模型提供借鉴与参考.     

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.