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.     

灰色预测模型在广西达开水库灌区农业灌溉用水管理中的应用

在分析现有灌溉用水量预测方法的基础上,运用灰色系统理论,以达开水库灌区1967-2011年农业灌溉用水量为样本,建立了GM(1,1)预测模型,对该灌区未来5年农业用水量进行外推预测。根据预测结果,提出了优化达开水库灌区灌溉用水管理的措施,促进了灌区的管理。     

宁夏汉延渠灌区灌溉用水量变化影响因素分析

汉延渠灌区农业灌溉历史悠久,近年来灌溉用水量持续减少。开展汉延渠灌区用水量规律分析研究,探索用水量变化影响因素,对于灌区优化水资源配置和现代化节水型灌区建设意义重大。以宁夏汉延渠灌区为研究对象,分析灌区灌溉制度、有效灌溉面积及种植结构的变化趋势,建立了3种影响因素与灌溉用水节水量数学模型,计算分析几种影响因子贡献率,得出该灌区灌溉用水量减少原因的排序是灌溉面积萎缩及种植结构调整、渠系水利用系数提升、优化灌溉制度的结论,对类似灌区水资源优化配置和现代化节水型灌区建设具有一定参考价值。     

气候变化对汾西灌区灌溉用水量的影响研究

研究灌区气象要素长期变化特征及其对灌溉用水量的影响对掌握灌区灌溉用水规律从而进行更科学合理的灌溉具有一定的指导意义和实际参考价值。基于山西汾西灌区3个气象站点1975-2018年的实测气象资料，采用线性倾向估计、M-K检验等方法分析降水和气温的时间变化特征，用作物系数法计算灌区作物需水量和灌溉用水量，综合分析气候变化对灌溉用水量的影响，建立了不同水文典型年降水、作物需水量与灌溉用水量之间的关系。结果表明：44 a来汾西灌区降水量以2.7 mm/10a的速率下降，在1977年第一次突变；平均气温以0.471℃/10a的速率显著上升，在1997年突变；灌区气候向暖干方向发展，灌溉用水量以25.4 mm/10a的速率上升。气温突变伴随着降水骤降为多年最低值，灌溉用水量比多年均值增加了396.8 mm，远大于降水突变年。作物需水量增加1 mm，灌溉用水量就会增加1.92 mm；降水增多，其对灌溉用水的影响减小，单位降水量在丰、平、枯水年可分别引起1.29、1.74、2.72单位灌溉用水量的变化，枯水年的灌溉定额比丰、平水年多出20%。     

河套灌区小麦套种向日葵田间灌水有效性评价

春小麦套种向日葵是河套灌区主要的粮食作物与经济作物种植模式之一。针对河套灌区目前典型种植结构以及地下水位埋深比较浅的独特情况,应用土壤水动力学理论和SPAC系统理论知识,定量分析计算作物生长季节大气水、土壤水、灌溉水、作物水和地下水的相互转换关系;同时应用FAO推荐的Penman-Monteith方法及套种模式作物系数计算方法,对作物实际腾发量进行计算;最后应用水量平衡原理对田间灌溉水有效性进行评价,为河套灌区灌溉制度改进与优化提供理论依据。     

查哈阳灌区水资源优化调度的大系

针对黑龙江省西部典型半干旱区的降水时空分布不均、水资源短缺等供水问题,运用大系统分解协调原理,以查哈阳灌区为例,建立了具有两层结构基于RAGA大系统分解协调的灌区水资源优化调度模型。对地表水和地下水统筹考虑,满足工业、生活、农业和生态环境等不同用水需求, 实现区域水资源合理调度。同时优化作物非充分灌溉制度,节约了灌溉用水量,实现了有限水资源获得最大的经济效益。RAGA能够解决模型中目标函数非线性的特点,具有计算效率高、全局搜索能力和鲁棒性强等优点, 实例研究表明可为查哈阳灌区水资源的优化利用提供科学依据。     

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.     

井渠结合灌区地下水动态预报及适宜渠井用水比分析

以陕西泾惠渠井渠结合灌区为例,根据灌区多年降雨量、渠灌用水量、井灌用水量资料及渠井灌溉用水量的比值,利用多元非线性相关分析法建立了灌区地下水动态预报的数学模型。对减少渠灌用水量增加井灌用水量、增加渠灌用水量减少井灌用水量、渠灌与井灌用水量合理比值3种情况下地下水动态进行了预测,提出了适宜的渠井用水比例。为灌区地下水合理开采和灌溉水资源优化配置提供依据。     

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。     

灌区节水灌溉用水量的计算

灌区灌溉用水量的计算,过去多是采用水量平衡方法,即根据土壤水分平衡原理,计算出作物需水量,进而推算出高产条件下的灌溉制度,然后根据作物组成和灌溉面积计算出总用水量。这种计算方法没有考虑经济问题。本文利用农业生产投入与产出的关系,用极值法确定合理节水用水的灌溉定额,由此计算出产值最大时的灌溉用水量,即经济效益最大时的灌溉用水量。     

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。     

东线南水北调规划中黄河以北灌溉制度是怎样拟定的

在南水北调规划中,为了计算主要农作物的灌溉用水量,从而得出各典型年灌溉用水过程线,拟定了黄河以北灌区(分为天津、运东黑龙港及鲁北四个灌区)旱作物(小麦、玉米、谷子及棉花等四种作物)和水稻的灌溉制度.     

北方灌区近年灌溉效益衰减原因调查分析

根据详细的调查和数据分析，北方灌区灌溉效益和用水量衰减的原因有：灌溉面积减少，直接影响用水量；农作物种植成本增大，农户收益太小；水价调整对灌区用水量影响很大；近年作物种植结构调整影响用水量；基层管理中存在不合理现象的影响。     

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。     

小麦套葵花节水型优化灌溉制度研究

以2009年内蒙古河套灌区春小麦套种向日葵田间实测资料为基础,分别应用水量平衡原理与作物系数法得到套种作物生育各生育阶段实际腾发量;然后以作物-水模型为基本原理,采用多元线性回归方法对作物不同生育阶段水分敏感指标进行求解,其变化规律为:分蘖-拔节＞拔节-抽穗＞抽穗-灌浆＞苗期-分蘖,最后应用基于实数编码的遗传算法对作物灌溉制度进行优化,结果表明,作物生育期内适宜的灌水量为250mm.     

灌区经济灌溉面积分析

<正> 在发展灌溉的地区,水资源不足已成为制约因素。利用外调补充的地上水源发展灌溉,既昂贵而又十分有限,这就要求改革现行的灌溉制度和采取节流措施,限制灌溉次数,扩大灌溉面积、取得大面积粮食均衡增产,提高灌区的总体经济效益。 本文从水资源经济利用观点出发,应用“边际原理”,提出了以作物经济用水量为依据的、确定灌区最优规模的新方法。     

基于两层协调模型的多级扬水灌区供水调配优化

针对宁夏回族自治区扬水灌区水资源紧缺、供水扬程高、不同灌溉方式并存、供水调配困难、运行成本高等问题,开展了多级扬水灌区的供水调配优化研究。考虑研究区供水具有多层次、相互联系、组成复杂、影响因素众多等特点,建立了具有二层递阶结构的供水调配多目标优化模型。模型以各层缺水量平方和最小和运行功耗最小为目标,考虑不同灌溉时段影响,第1层建立单个泵站供水调度优化模型,以进行单个泵站控制区内各时段输蓄水量分配优化;第2层建立多级泵站供水调配优化模型,以优化系统内各级泵站系统各时段供水量和提水量。两层之间以供水量作为协调变量,依据大系统分解-协调原理进行求解,充分考虑了不同层次之间水量调配和主体利益的协调。灌区应用表明,所构建模型能有效进行多级扬水灌区水量调配优化,给出了核定水量下各级泵站系统水量分配优化方案,优化方案较好地缓解了各级泵站间的供水调配时空矛盾,显著减小了系统缺水量。研究结果可为灌区管理者进行实际水量调配和管理提供决策支持和技术支撑。     

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.     

河套灌区经济作物番茄节水型优化灌溉制度研究

以2009年内蒙古河套灌区经济作物番茄的田间实测资料为基础,分别应用水量平衡原理与作物系数法得到经济作物生育各生育阶段实际腾发量;然后以作物-水模型为基本原理,采用多元线性回归方法对作物不同生育阶段水分敏感指标进行求解,其变化规律为：开花着果-结果盛期＞苗期-开花着果＞结果盛期-结果末期,最后应用基于实数编码的遗传算法对作物灌溉制度进行优化,结果表明,作物生育期内适宜的灌水量为60mm。     

基于C#和ArcEngine技术的灌区需水量计算系统

为了及时准确获取灌区需水量数据,利用ArcEngine和C#作为开发平台和语言,结合GIS和RS的数据分析与影像处理功能,开发灌区需水量计算的应用系统。系统以遥感热红外波段反演的不同农作物土壤体积含水率与灌区的土地分类影像为依据,并根据不同作物的灌溉制度设置计算参数,经过系统运算可以快速得到灌区灌溉需水量的大小。通过对陕西泾惠渠灌区实例数据的计算结果分析表明,系统具有动态监测和实效性,为指导灌区进行水资源优化配置和精准灌溉提供重要的基础数据。