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。     

基于模拟优化模型的渠井结合灌区多目标水资源优化配置

为协调渠井结合灌区灌溉经济效益、灌溉用水效率、作物缺水、地下水可持续利用和渠系配水公平度5个目标,确定各作物合理的灌溉用水量与适宜的渠井用水比例。采用基于Python开发的MODFLOW模块FloPy构建地下水数值模拟模型,在此基础上采用优化框架Pymoo中的NSGA-Ⅲ算法构建了紧密耦合的灌区多目标水资源优化配置模拟优化模型,获得了一个假想渠井结合灌区的多目标水资源优化配置方案。结果表明：与57个非劣解集的平均值相比,经济效益最优方案,经济效益高1.10%;地下水可持续利用方案中地下水平均累计降深低4.52%;作物缺水量最小方案中缺水量低14.25%;配水公平度最高方案中公平度高32.84%;用水效率最高的方案中用水效率高19.72%;采用博尔达计数规则优选出的最优方案中,经济效益高0.14%,地下水平均累计降深低4.49%,缺水量低0.15%,用水效率高16.90%,但用水公平度低52.2%。基于模拟优化模型通过调整渠井用水比例和灌溉水量来进行渠井结合灌区多目标水资源优化配置,并采用博尔达计数规则确定最优配置方案,可为灌区地表水地下水可持续安全高效利用,地下水取水总量和地下水水位双...     

非充分灌溉下作物优化灌溉制度仿真

以非充分灌溉理论为基础，建立了灌区单一作物优化灌溉制度的动态规划模型。建模时考虑了灌区的降水、地表水、土壤水及地下水等多种水资源联合使用问题，在模型中体现了地表水的使用优先于地下水的事实。将模型应用于华北某灌区，并对不同的初始条件进行了仿真，利用逐次渐近法求得了多种灌溉方案，计算结果对估计作物的水分生产函数、建立灌区水资源优化配置的大系统协调分解模型具有重要意义。     

基于内外环境条件的流域水资源管理思考

为实现流域水资源管理和谐发展目标,从外部环境和内部条件两个角度,分析流域存在产权关系不清、流域管理与行政区域管理界定不明、水资源管理部门分散的问题,探讨流域近期与中长期发展、水量调配与农业生产、水资源优化配置与灌区节水改造、地表水与地下水合理利用,以及供水服务问题,提出流域管理发展思路。     

灌区水资源优化配置决策支持系统——以蜻蛉河灌区为例

采用AcrEngine作为开发平台,建立了灌区水资源优化配置决策支持系统。该系统包含数据库、模型库、方法库以及人机交互界面。其中模型库中包含水库优化调度模型和渠系工作制度优化模型。其中水库优化调度模型以年总引水量最大为总目标,以各水库月引水量之和最大为阶段目标,考虑库容约束、引水量约束、引水沟过流限制、水库库容瞬时约束以及非负约束5个约束条件。渠系工作制度优化模型是建立在3个目标函数基础上的多目标优化模型,即上级渠道流量波动最小、渠道渗漏损失最小、配水量与需水量的差值最小,同时考虑配水连续性、配水量、流量以及灌溉可供水量4个约束条件。以蜻蛉河灌区为例,优化结果表明水库优化调度模型可以解决多水库向单一水库引水问题,模型可得到不同频率下水库优化调度方案,优化结果合理。渠系工作制度优化模型能很好地解决云南高原灌区灌溉系统的渠系配水问题,缩短了渠系运行时间,提高了渠系运行的稳定性,减少了渠系渗漏损失,使得灌溉供需更加平衡。基于AcrEngine平台建立的水土资源优化配置支持系统,解决了水资源优化调度以及山丘区渠系调水配水不合理的问题,提高了云南高原灌区灌溉用水管理水平,并为抗旱减灾提供了决策支持。     

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。     

查哈阳灌区水资源多目标优化配置模型及其应用研究

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SD-MOP模型的生态型灌区水资源优化配置研究

为解决传统灌区日益严重的水资源短缺和生态环境问题,构建以"资源节约、高产高效、生态环境良好"为理念的生态型灌区,开展灌区水资源优化配置研究。以陕西省泾惠渠灌区为例,基于节水-经济-生态多重目标,构建系统动力学-多目标规划(System Dynamics-Multi-Objective Programming,简称SD-MOP)耦合模型,仿真模拟生态型灌区各子系统因果反馈关系,开展"P=50%"水平年的生态型灌区水资源优化配置研究。结果显示:到2030年,当灌区农业需水量、工业需水量、生活需水量和生态环境需水量分别为3.23、0.58、0.37和1.16亿m3时,可实现生态型灌区节水效益、经济效益以及生态效益最佳,泾惠渠灌区总需水量下降7.93%,经济效益和生态效益分别提高67.78%、9.09%。与单目标SD模型仿真结果相比,工业需水量和生活需水量分别增加3.57%和2.78%,农业需水量和生态环境需水量分别下降14.10%、9.38%的情况下,灌区总需水量下降10.40%,经济效益、生态效益分别增加27.28%、10.20%。研究表明,基于SD-MOP模型的水资源优化配置方案更有利于生态型灌区的实现,该成果可为生态型灌区水资源可持续利用和生态环境良性发展提供科学依据。     

基于水循环及水资源转化率的农业用水策略

结合我国实际分析农业水循环结构以及农业水资源转化效率,通过农业水循环来提高我国农业用水效率,提出一些建议,以促进我国农业的健康发展。      

多级粗滤料滤床─慢滤综合净水工艺研究

为了寻找一种工艺简单、设备耐用、操作管理方便的净水工艺 ,对多级粗滤料滤床慢滤综合净水工艺进行了试验研究。根据所设计的试验流程 ,对两种水质的原水进行试验。苯酚采用 4-氨基安替比林直接光度法测定 ,氨氮采用氨测定的蒸馏滴定法中的预处理方法 ,溶解氧采用碘量法测定 ,浊度用光电浊度仪测定。最终得出了多级串联粗滤成熟期有机物去除率与时间关系、氨氮的浓度变化曲线 ,并对试验结果进行了分析讨论。     

多级粗滤料滤床一慢滤综合净水工艺研究

为了寻找一种工艺简单、设备耐用、操作管理方便的净水工艺，对多级粗滤料滤床-慢滤综合净水工艺进行了试验研究。根据所设计的试验流程，对两种水质的原水进行试验。苯酚采用4-氨基安替比林直接光度法测定，氨氮采用氨测定的蒸馏滴定法中的预处理方法，溶解氧采用碘量法测定，浊度用光电浊度仪测定。最终得出了多级患联粗滤成熟期有机物去除率与时间关系、氨氮的浓度变化曲线，并对试验结果进行了分析讨论。     

微咸水间歇供水方式土壤水盐分布分析

为了研究间歇供水微咸水不同入渗方式对土壤水盐分布的影响,开展了一维积水间歇入渗试验,研究了微咸水矿化度分别为1.75、3和5g/L,及不同周期数和循环率入渗条件下的入渗特性,并对比了不同矿化度、不同周期数与不同循环率对间歇入渗后土壤水盐分布的影响。结果表明,微咸水间歇入渗与一般的间歇入渗规律相同,但在试验取用范围内高矿化度、小周期数和高循环率可以有效促进水分入渗,矿化度提高土壤中盐分含量也随之增加,盐分含量随着间歇入渗周期数的增大而增大。     

基于灰水足迹的流域水环境评价

为实现更加科学的评价流域水环境,基于水足迹理论,提出了更为全面的流域灰水足迹核算评价方法,解决了以往流域灰水足迹评价中污染核算不全面、参数选取原则不统一的问题.以大连市复州河流域为例,从工业、居民生活、畜禽养殖业和种植业四个污染源分析了2018年流域灰水足迹量值与空间特征,同时进行流域水环境评价.结果显示:2018年复...     

优化调度水资源促进节约用水

优化调度水资源,是实现水资源合理利用,节约用水,扩大灌溉面积,为农业高产和持续发展创造条件的重要举措。以位山灌区为例,介绍了引黄灌区搞好水量调配,促进节约用水的实践经验。     

水资源合理利用与节水灌溉

本文提出水资源的概念，指出水资源量不仅取决于水量，还取决于水资源的可利用程度，水资源合理利用主要考虑水资源利用前后水的可利用程度是否充分发挥效用，而不是单纯考虑水资源利用前后水的总量的变化。节水灌溉对水资源的合理利用已经和将发挥重大作用。     

咸水灌溉下土壤水盐变化的试验研究

2002年在内蒙古河套灌区红卫节水示范园进行了咸水灌溉试验,分析试验结果得出:咸水灌溉下的土壤经过秋浇后含盐量可以降到咸水灌溉前水平。以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤水分大气作物系统模拟软件SWAP为工具,应用示范园的土壤、水、盐分试验资料对模型的参数进行了率定和验证,模型模拟结果和田间试验结果符合较好。     

淡水与微咸水入渗特性对比分析

为了研究淡水与微咸水连续和间歇入渗特性的差异,采用矿化度1.33g/L的淡水与矿化度3g/L的微咸水,在黏质土壤条件下进行了一维积水连续入渗及间歇入渗试验。研究结果表明,采用微咸水入渗可以改变土壤的结构特性,从而增大土壤的入渗能力;利用一维代数入渗模型对试验资料进行处理,结果表明模型可以比较精确地描述微咸水入渗过程;入渗水为淡水时,间歇入渗减渗,而入渗水为微咸水时,间歇入渗增渗;间歇入渗的循环率不同,其减渗效果及增渗效果都略有差异。     

基于水市场的水权水资源税博弈分析

我国水资源紧缺日益严重,这就要求我们对有限的水资源量进行合理配置。以博弈论为基本理论框架,建立序贯博弈模型,在水市场存在的条件下对初始水权和水资源税进行博弈分析,运用倒推法求解子博弈精炼纳什均衡,从而得出如何分配初始水权分配和水资源税征收数额,实现对流域水资源的优化配置。同时对建模思路和解决方法进行阐述,并给出算例予以解释。