灌溉渠系优化配水模型研究
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灌溉渠道支斗渠轮灌配水与引水时间优化模型
大型灌区配水渠道较多时若各级配水渠道进水闸均需多次调节到全关势必造成对其上一级渠道水流的频繁干扰也不便于该级渠道流量调配为流量调节量调节后的实引流量应在实际渠道的加大流量与允许最小流量qm在被配水渠道取水量w已定的情况下显然引水时间个轮灌组引水时间t1tm中选定一个与其平均时间接近的值作为19942013chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse
目标函数: 设决策变量 x ij = {0, 1} 表示第 i 轮灌组第 j 出 水口的开关状态, x ij = 0 为出水口关闭, x ij = 1 为出 水口开启; tj 为第 j 个出水口以流量 q j 引取规定水量 所需的时间, 下标 i = 1, 2, …, M , 为轮灌组序数; j
= 1, 2, …, N , 为出水口序数。 按01 线性整数规
- 1
引水时间
t0 h
200 200 200 200 200 200 200 200 200 1. 8 m 3 s
329 329 329 329 329 329 329 329 329
1. 2 (1)
退水, 12, 8
21, 15, 13, 5 20 18, 6, 1
0. 8 (1) 0. 2 (2)
M ≤ Q净 qi
划模型建立配水渠道输水时间为最小的目标函数为
M N ij j
Z = m in
∑∑x
i= 1 j = 1
t
( 2)
式中 M —— 被配水渠道的轮灌分组总数; N —— 配水渠道上全部出水口总数, 即被配水渠道总数。 约束条件为 轮期约束: 设配水渠道最大允许输水时间为 T , 则每一轮灌组内各出水口轮流引水时间之和不大于 轮期 T 。
目标函数: 设决策变量 x ij = {0, 1} 表示第 i 轮灌组第 j 出 水口的开关状态, x ij = 0 为出水口关闭, x ij = 1 为出 水口开启; tj 为第 j 个出水口以流量 q j 引取规定水量 所需的时间, 下标 i = 1, 2, …, M , 为轮灌组序数; j
= 1, 2, …, N , 为出水口序数。 按01 线性整数规
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引水时间
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1. 2 (1)
退水, 12, 8
21, 15, 13, 5 20 18, 6, 1
0. 8 (1) 0. 2 (2)
M ≤ Q净 qi
划模型建立配水渠道输水时间为最小的目标函数为
M N ij j
Z = m in
∑∑x
i= 1 j = 1
t
( 2)
式中 M —— 被配水渠道的轮灌分组总数; N —— 配水渠道上全部出水口总数, 即被配水渠道总数。 约束条件为 轮期约束: 设配水渠道最大允许输水时间为 T , 则每一轮灌组内各出水口轮流引水时间之和不大于 轮期 T 。
多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究
多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究赵文举;马孝义;刘哲;甘学涛【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2008(24)2【摘要】合理安排各级渠道的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,减小整个渠系的渗水损失,是目前灌区管理中亟需解决的技术问题.该文基于大系统分解协调的思想,以陕西省冯家山灌区为例,建立了一种解决多级渠系配水优化编组问题的分解协调模型.针对模型中存在多约束条件和大搜索空间问题,设计了基于自适应遗传算法模型求解方法,并比较分析了用该文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明该文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水方案下级渠道配水过程搭配合理,上级渠道配水流量较为均匀且总输水损失小等优点,能解决多级渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要.【总页数】6页(P11-16)【作者】赵文举;马孝义;刘哲;甘学涛【作者单位】西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,杨凌,712100;西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,杨凌,712100;陕西水利电力勘测设计研究院,西安,710001;西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】S274.3;TP311.52【相关文献】1.渠系配水优化编组通用化软件的研发与应用 [J], 马孝义;于国丰;李安强;何自立2.两级灌溉渠系优化配水模型及算法研究 [J], 刘叶;殷国玺3.下级渠道流量不等时渠系优化配水模型与算法研究 [J], 马孝义;刘哲;甘学涛4.渠系配水优化模型和多目标遗传算法研究 [J], 周美林;吕宏兴;韩文霆5.灌溉渠系优化配水模型研究 [J], 何春燕;何新林;蒲胜海;王小兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
农业领域中的灌溉控制模型优化方法研究与应用
农业领域中的灌溉控制模型优化方法研究与应用在农业领域，灌溉是一项至关重要的活动，它对保障农作物的正常生长和产量起着关键作用。
然而，不合理的灌溉方法和控制策略可能导致水资源浪费和土壤质量下降。
因此，优化灌溉控制模型成为实现可持续农业发展的关键。
在灌溉控制模型的优化方法研究中，如何合理利用现有的技术手段和数据资源，实现灌溉系统的高效控制成为关注的焦点。
以下将介绍几种常用的灌溉控制模型优化方法及其在农业领域中的应用。
首先是基于水平线的灌溉控制模型优化方法。
该方法的核心思想是根据土壤水分状况，调整灌水时间和灌水量，以实现灌溉的高效利用。
根据土壤含水量的监测数据，可以建立土壤水分平衡方程，通过计算水分的蓄积和消耗，确定合理的灌水量和灌水时间。
此外，结合气象数据和农作物需水量模型，也可以进一步优化灌溉控制模型，实现对不同气候和作物生长阶段的适应。
其次是基于传感器网络的灌溉控制模型优化方法。
随着无线传感器技术的不断发展，利用传感器网络实时监测土壤水分和气象条件的方法成为可能。
通过部署传感器网络，在不同地点收集土壤水分和气象数据，并利用这些数据优化灌溉控制模型。
传感器网络可以帮助农民更加准确地了解土壤水分的分布和变化情况，从而实现精准灌溉。
通过将传感器网络与决策支持系统相结合，可以实现实时监测和调节灌溉系统，提高农业生产效益。
另一种常用的灌溉控制模型优化方法是基于机器学习算法的模型。
机器学习算法可以通过对历史数据的学习和分析，建立预测模型，并根据实时数据调整模型参数，实现灌溉控制的优化。
通过利用机器学习算法，可以实现对灌溉系统的自动化控制，减少人工干预的需求，并提高灌溉的准确性和效率。
同时，机器学习算法还可以帮助农民更好地理解和应对不同气候和土壤条件下的灌溉需求，提高农作物的产量和质量。
除了上述提到的方法，还有一些新兴的技术和方法在灌溉控制模型的优化中得到了应用。
例如，基于无人机和卫星遥感技术的灌溉控制模型优化方法，可以利用高分辨率的遥感数据来监测植被状态和土壤水分变化，以实现灌溉的精准控制。
关于石河子灌区水资源优化配置模型研究
关于石河子灌区水资源优化配置模型研究摘要:针对石河子灌区地处西北干旱半干旱地区日益严重的水资源短缺与生态环境不断恶化的问题,以系统分析的思想为基础,建立了面向生态与节水的灌区水资源优化配置序列模型系统。
提出了综合考虑节水,水权,生态环境等因素的多目标多情景模拟计算方法,并以石河子灌区为例,得出了比较合理的水资源优化配置方案。
石河子灌区的应用表明,在现有的水资源情况下,随着社会经济发展,当地水资源紧缺的供需矛盾将更加严重。
2010和2030年分别为工农业及城乡生活提供的水资源量6641.5万立方m,6796.7万立方m和6657.2万立方m,缺水量则达到1944.6万平方m2800.3万平方m 4627.9万平方m。
关键词:水资源优化配置灌区规划节水生态环境用水石河子灌区石河子地处天山北麓准葛尔盆地南缘,本地区干旱少雨,水资源短缺,生态系统极其脆弱。
社会经济,生态三大效益之间的矛盾日益突出[1],灌区水资源配置优化不仅直接关系到地区水资源与土地资源的高效合理利用,而且还可能影响到石河子地区经济产业结构发展与生态环境保护等。
所以本地区水资源优化配置需要以科学的可持续发展战略为指导,通过对水资源水资源时空变化规律的科学分析,在满足最小生态环境用水量的前提下,提出不同的工农业用水部门之间的水资源合理分配方案,以及实现这些方案的各项措施,以达到本地区人与水,与经济,与生态环境及水资源与土地资源的协调发展。
当然,对石河子灌区水资源优化配置研究,即要充分利用水源水库调节功能和本地区河流流域水量协调,通过水资源优化调度调整水库进出水量的时间分布差异,提高水资源利用效率。
还要根据灌区各农牧团场渠系之间的用水需求规律,对满足最小生态环境需水量后本区域供水量进行优化分配,充分体现工农业不同用水户和灌区间渠系之间的水资源利用价值与土地利用价值,最大化的现实水资源分配的效率与公平原则。
为此,本文建立了水库水资源优化调度模型和面向生态环境的灌区内部不同用水户的优化分配模型。
基于遗传算法的灌区渠系优化配水模型研究
２ ． Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｂ ａ ｉ ｓ ｈ ａ Ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ Ａ ｄ ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ， Ｙｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ６ １ ６ ７ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｒ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ，ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ —
提 高 了水资源利 用率 ， 取得 了较好的 配水效 果。
关
键
词 ：遗传算法 ；渠 系优化 配水 ；层 次分析 法；轮 灌；灌区
文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — １ ３ ７ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ２ ２
Ｚ ＨＡＮ Ｇ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ． ｃ ａ ｉ ，ＭＡ Ｔ ａ ｏ ，ＤＯＮ Ｇ Ｈｏ ｎ ｇ — ｔ ａ ｏ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ｅ ’ （ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ＆ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
灌区水资源实时优化调度模型与实例分析
图３—１欢迎界面Ｆｉｇｕｒｅ３－１ＷｅｌｃｏｍｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ图３－２计算主界面Ｆｉｇｕｒｅ３－２Ｃａｃｕｌａｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ计算主界面如图３－２，主菜单有Ｋ文件目Ⅱ数据库日Ｋ实时调度ｌⅡ数据显示目Ⅱ图表显示目和Ⅱ帮助目六部分，其中Ⅱ文件∞菜单中包含有＆打开目Ⅱ编辑ｌⅡ保存日Ｋ关闭日等项，是数据文件的操作命令。
Ｋ数据库目下拉菜单中有Ｋ历年降雨资料目Ⅱ引黄水资料数据库日Ⅱ作物种植结构目Ｋ渠系情况目Ⅱ典型年作物灌溉制度日五个数据库，Ⅱ历年降雨资料Ｉ数据库中，有１９６１．２００１年共４１年降雨资料，根据它进行一２１．聚类识别，按Ⅱ读入降雨资料目按钮，则自动从文本文件中读取数据到数据库；Ｋ引黄水资料数据库日中是历年引黄水资料；Ⅱ作物种植结构日是各区的种植作物以及种植面积，在配水计算中用到；Ⅱ渠系情况日中是总干渠及干渠的资料；Ⅱ作物灌溉制度目内存有历年的灌溉制度计算成果。
图３－３降雨资料数据库Ｆｉｇｕｒｅ３－３ＤａｔａｂａｓｅｆｏｒＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎＤａｔａ＆实时调度目主菜单下，是Ｋ降雨聚类ａＫ引黄水聚类目Ⅱ灌溉制度计算ｌ及Ⅱ实时调水目四部分，也是本软件的核心部分，其中Ｋ降雨聚类ｌ和＆引黄水聚类目中，均由历史资料和指标数据库两部分，按＆聚类目按钮，则系统自动从历史资料中读入数据，计算当前指标，进行聚类分析，计算所得聚类中心、各年相对于各类的相对优属度以及所属类别均列于指标数据库中。
按《退出目返回计算主界面。
图３－４引黄水聚类Ｆｉｇｕｒｅ３－４ＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇｏｆＲｅｃｅｐｔｉｏｎｆｒｏｍＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．２２．图３－５降雨聚类Ｆｉｇｕｒｅ３－５ＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇｏｆＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎＫ实时调水日中，按Ⅱ实时调水日按钮，则弹出对话框，询问是否已对上一阶段预测降雨量进行修正，询问所要调水的时段数，询问当前阶段预测降雨量ｆ可根据短期天气预报给出），然后根据已有信息，进行本阶段配水。
基于WebGIS的盈科灌区渠系优化配水模型与系统研究
基于WebGIS的盈科灌区渠系优化配水模型与系统研究
科学管理水资源对提高水资源利用率和保障粮食安全具有重要意义,同时节水灌溉是灌区现代化发展的一个重要标志。
本文对盈科灌区的观测资料、采集的数据同历史资料进行整理分析,在了解灌区管理工作的基础上,将WebGIS技术应用到灌区管理工作中,实现灌区高效、科学的管理,为灌区管理者提供配水决策。
1在灌区某次配水过程中,如何把有限的水量通过各级渠系分配到田间地块,实现灌区尺度上的水资源合理分配。
本文采用自上向下的全灌区整体协调的配水策略,建立多级渠系优化配水模型以实现灌区内渠系大流量、短历时配水,减小整个渠系的渗水损失,为盈科灌区优化配水提供理论依据,并采用智能算法中的粒子群算法对模型进行求解。
实例研究表明,各级渠系流量变化范围在设计流量的60%-98%之间,干渠渠
首流量变化平稳,最大配水时间30.86个配水时段,结果低于传统人工制定的38个配水时段的原配水计划。
2建立基于WebGIS的渠系优化配水系统,系统发挥WebGIS技术框架优势,使WebGIS技术和渠系优化配水模型紧密的联系在一起,使灌区的管理者和决策者通过交互方式更加高效的进行灌区管理。
五家渠灌区灌溉水资源优化调配模型及应用研究
五家渠灌区浇灌水资源优化调配模型及应用探究摘要：本文针对五家渠灌区的浇灌水资源优化调配问题，提出了一种基于水资源思量的浇灌决策模型，并在实际应用中进行了验证。
该模型通过对不同浇灌需求、需水量、浇灌效率等因素进行综合思量，实现了浇灌水资源的最优配置，提高了灌区水利效益。
关键词：五家渠灌区；浇灌水资源；优化调配模型；浇灌效率；水利效益1. 引言五家渠灌区位于新疆维吾尔自治区，是我国重要的农业生产基地之一。
然而，由于地处干旱地区，该灌区的浇灌水资源一直存在合理调配和利用的挑战。
为了提高水资源的利用率、降低水资源浪费，需要建立一套科学合理的浇灌水资源优化调配模型。
2. 模型建立2.1 浇灌需求评估通过调研五家渠灌区不同农作物对浇灌水的需求状况，确定了不同作物的浇灌需求系数，并结合当地气候条件，进行了作物需水量的评估。
2.2 浇灌供水源分析对五家渠灌区的浇灌供水源进行分析，包括地下水、河流水和雨水资源。
通过调查和监测，了解各水源的水量和质量状况，为后续的水资源配置提供基础数据。
2.3 水资源优化调配模型构建基于以上浇灌需求和供水源分析结果，建立了一套浇灌水资源优化调配模型。
通过制定不同作物的浇灌规划，并结合浇灌效率模型，从而计算出每个浇灌区域的浇灌需水量和供水量，实现了浇灌水资源的最优配置。
3. 模型应用与验证为了验证模型的实际应用效果，我们选取了五家渠灌区的一个农业示范基地进行实地试验。
通过与传统的按需供水模式进行对比，结果显示，接受优化调配模型后，农田的浇灌效率得到了明显的提高，作物的产量也有了显著的增加。
4. 探究结果分析依据试验结果分析，浇灌水资源的优化调配模型能够对五家渠灌区的农田进行科学合理的浇灌决策，最大限度地提高了水资源的利用率。
同时，通过优化水资源的配置，可以防止水资源的浪费，降低了对地下水的过度开采，对环境保卫和可持续进步具有乐观意义。
5. 结论与展望本文基于五家渠灌区的实际状况，提出了一种基于水资源思量的浇灌水资源优化调配模型，并在实地应用中进行了验证。
新疆五家渠灌区渠系优化配水研究
新疆五家渠灌区渠系优化配水研究
李旭;乔长录;刘延雪;胡永旭;邵珠林
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】通过建立多目标渠系优化配水模型,优化渠系配水过程,为新疆农业节水灌溉提供科学依据。
以新疆五家渠灌区新东干渠作为研究对象,采用多目标粒子群优
化算法以配水渠道的渗漏损失量最小,水流稳定为优化目标,建立多目标渠系优化配
水模型,并与回溯搜索算法就配水时间和渗漏损失量进行比较。
研究表明,多目标渠
系优化配水模型能将配水时间从15 d缩短至约11 d,渠系配水量为71.58万
m^(3),与回溯搜索算法相比,配水时间从14 d缩短至11 d,渗漏量减少了8.39万
m^(3)。
采用多目标粒子群优化算法对新疆五家渠灌区新东干渠进行配水过程优化,不但满足了优化目标,减少了渠系渗漏,缩短了配水时间,且比回溯算法更具有实用性。
【总页数】6页(P169-174)
【作者】李旭;乔长录;刘延雪;胡永旭;邵珠林
【作者单位】石河子大学水利建筑工程学院;寒旱区生态水利工程兵团重点实验室;
第六师水利工程管理服务中心
【正文语种】中文
【中图分类】TV93;S27
【相关文献】
1.基于SHAW模型的河套灌区秋浇渠系优化配水模型研究
2.灌区渠系实时多目标优化配水模型研究及应用
3.基于天牛群优化算法的灌区渠系配水研究
4.河套灌区渠系优化配水模型应用研究
5.基于改进多目标蚁群算法的辽阳灌区渠系优化配水研究
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灌溉渠系优化配水模型研究
分生产函数。通过试验成果确定作物缺水敏感指数 i 。 根据前述, Jensen 公式为:
n
∃ Y a / Y m =
( ET a/ ET m ) ii
( 1)
i= 1
式中: Y a 为各阶段产量; Ym 为充分 灌溉的 产量; ET a 为各阶 段 蒸发蒸腾量; ET m 为充分灌蒸发蒸 腾量; i 为作 物第 i 阶段 的 缺水敏感指数。
HE Chun yan, HE Xin l in, PU Sheng hai , WANG Xiao bing
( K ey L abor ator y of O asis Eco lo gy Ag r iculture of X injiang Bingt uan, Colleg e of Wat er Conser vancy and A r chit ectura l Eng ineering , Shihezi U niver sity, Shihezi 832000, X injiang , China) Abstract: T he optimal wat er allocatio n of ir rigation canal system may divide int o tw o kinds: ir rig atio n water allocation and optimal scheduling. On the basis of no n full irr ig ation ex periment, w ater pr oduction function of cotto n dr ip irr ig ation under plastic film o f no rthw est dr ought ir rig atio n dist rict is achiev ed. A cco rding to cro p water pro ductio n functio n, an o pt imal w ater distr ibut ion mo del o f ir rig atio n canal system is established. W ith t he highest o vera ll g oal of economic benefits o f ag ricultur e benefits and ir rig atio n manage ment depar tments. T he economic benefit s o f the ir rig atio n distr ict is improv ed. In the meant ime 0 1 linear integ ral pr og ramming model is established fo r o ptimal r eg ulation of dischar ge in a distr ibut ion channel. T his model is suitable fo r the decisio n of optimal distr ibution under the conditions of the intake dischar ge . O ut let flow fo r each canal r ema ins co nstant w ith the ro tational ir rigation met ho d o f fix ed flow and v aried time . Solutions are found to the model thro ug h examples. Key words: irr ig ation canal system; water pr oduction functio n; optimal water allocatio n mo del
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1. 1 田间试验
2007 年在兵团灌溉中心试验站进行棉花膜下滴灌的试验。 试验地点地理位置处于 N 43∀59', E 87∀22', 海拔高 度 551~ 557 m。常年降雨量 267 mm, 常年蒸发量 700 mm。灌 溉方式采 用 膜下滴灌。全 部 采用 宽窄 行种 植, 行距 0. 3 m+ 0. 6 m + 0. 3 m, 株距 0. 10 m, 一膜 4 行 2 管, 滴灌带 布置 在窄行 中间, 棉 花 品种选用新陆早 13 号。滴头流量 2. 6 L/ h, 滴头间距 30 cm, 滴 灌带间距 0. 9 m。试验地面积为 5 亩, 土壤质地为中壤土, 容重 为 1. 57 g/ cm3 , 田间持 水率 为 22. 4% 。 田间 土壤 水分 含量 采 用美国 CPN 公司的 503DR ! 9 中 子仪测 定。利用实 验中心 站 无人自动气象站记录影响作物生长和产量 的标准气象 参数, 主 要测量风速、风向、太阳辐射、空气温 度、土 壤温度、降雨量和 相
令 ln( Ya / Ym ) = Z, ln( ET a / E T m ) = X i, 并假 定因变量的 估
计值 Z 与多元自变量 X i 具有线 性关系, 则可 将此模 型转化 为 多元线性回归模型:
n
% Z = 1 x 1 + 2 x 2 + & nx n =
ix i
( 3)
i= 1
式中: i 为回归系数代 表水 分敏 感指标, 可 用多 元回归 最优 化
在干旱半干旱地区, 随 着工 农业生 产的 迅速发 展, 各部 门 需水量急剧增长, 水资 源供 需矛 盾更加 突出, 水 资源短 缺和 不 合理的用水方式导致生态 环境 恶化及 其抵 御自 然灾害 的能 力
收稿日期: 2009 02 10 基金项目: 国家 十一 五 科技 支撑 计划项 目( 2007BAC17B02) ; 新
对湿度等。 采用田间小区对 比试 验。试验共 设 12 个 小区, 每 个小 区
的形状为 50 # 5. 70= 285. 0 m2 。土壤 水分含量测 定的深度 为 每隔 10 cm 测定一次, 一直测 到 1m, 试 验共设 5 个处 理, 每 个 处理重复 2 次。左右 两个 边行小 区为 保护区。 棉花膜 下滴 灌 非充分灌溉试验处理如表 1。
方法求得。
根据 Jensen 相 乘 模: 型, 式 中 的 作 物 实 际 蒸 发 蒸 腾 量
( ET a ) 与作物潜在蒸发蒸腾量(E T m )由田间水量平 衡原理计算 计算结果见表 2 。
ET a = M a + P + G + SW
( 4)
ET m = Mm + P + G + SW
( 5)
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
式中: M a 为 某阶段非充 分灌溉的 灌水定额; M m 为 某阶段充 分 雨量; G 为地下水补给灌 溉的灌水定额; P 为某 阶段有 效降量;
S W 为作物计划湿润层土壤储水量的变化量。
表 2 阶段蒸发蒸腾量与籽棉产量
编号 处理特征 1 充分灌溉
苗期
阶段腾发量/ mm 蕾期 花铃期
全生育期
籽棉产量/
注: 正 代表按各阶段充分灌水量进 行灌溉, 充分灌灌溉定额 为3 750 m3 / hm2; 其余各处理的灌水量为阶段充分灌水量乘以计划灌水系数。
1. 2 作物水分生产函数的求解
本模型的指数是通过 非充 分灌溉 试验 研究 的成果 分析 得
到的。根据 试验资料利用 Jensen 模型[3] , 求解棉花膜下滴灌 水
2
灌溉渠系优化配水模型研究 何春燕 何新林 蒲胜海 等
花膜下滴灌水分生产函数, 以此为基础 将农民收 入和灌溉管 理 部门的经济收入看成一个总体, 以其总 体的经济 效益最高为 目 标, 建立了灌溉渠系优化配水数学模 型。在提高 灌区经济效 益 的同时, 建立了 0- 1 线性整数规划模型, 对渠系 水量进行了 优 化调配。
腾发量/
吐絮期
( kg ! hm- 2 ) mm
59. 73 110. 73 207. 19 29. 64 407. 29 4 129. 35
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。
关键词: 灌溉渠系; 水分生产函数; 优化配水模型
中图分类号: N 3
文献标识码: A
Research on Optimal Water Allocation Model ofms
灌溉渠系的优化配水问题可分为两类: 一是 以弃水或水 量 损失最小为目标的灌区各级渠道流量的优 化调度; 二是以某 种 指标最优为目标的灌溉水量分配[2] 。在干 旱半干旱地 区, 由 于 各灌区普遍缺水, 来水 与用 水矛 盾突出, 各 灌溉 用水部 门普 遍 感兴趣的问题是某次灌水时, 有限的灌 溉水量如 何在全灌区 进 行分配, 才能使各灌区净增产值最大或 使灌溉管 理部门的经 济 效益最高, 既水费 收入最 高。本 论文通 过田 间试验, 做 出了 棉
低下。供水与需水之间的平 衡关 系往 往不 能保 持。因 此合 理 利用有效水资源, 将有限的灌溉水量在 作物不同 生育期进行 优 化配置, 以获取更大的效益, 对指导农业生 产, 实 现流域农业 可 持续发 展 及 干 旱 区 水 资 源 的 可 持 续 利 用 具 有 重 要 的 科 学 意义[1] 。
1 作物水分生产函数的研究
灌区的灌溉范围涉及整个当地, 因各地土壤 状况、气候、降 雨、作物以及农事不同 步等 差异 的结果, 各 地作 物生育 阶段 的 进程是不同步的。在此种情况下, 要适 时适量地 确保全灌区 农 田的灌溉, 必须 要实 时 掌握 灌区 范 围内 各地 农 作物 生育 期 进 程, 才能根据生育阶段满足其对水分 的需求。因 此灌区进行 优 化配水, 首先通过非充 分灌 溉试 验, 得 到作 物产 量和耗 水量 关 系的水分生产函数, 通过作 物水 分生产 函数 计算出 作物 产量, 从而建立灌溉渠系优化 配水 数学模 型, 使农 作物在 一定 气候、 土壤和农作物耕作等条件下获得最大增产效益。
对此乘法模型经过数学演绎的适当变 换, 可 化为多元线 性
回归方 程, 利 用 最 小 二 乘 法 原 理 求 回 归 系 数 的 最 优 解。 在
Jensen 乘法模 型中, 方 程 两边 同时 取 对数 转化 相 乘为 相 加 关
系得:
% ln
Ya Ym
=
n i= 1
i
ln
ET ET
a m
( 2)
中国农村水利水电 ! 2010 年第 1 期
1
文章编号: 1007 2284( 2010) 01 0001 05
灌溉渠系优化配水模型研究
何春燕, 何新林, 蒲胜海, 王小兵
( 石河子大学水利建筑工程学院/ 兵团绿洲生态农业重点实验室, 石河 子 832000)
摘 要: 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
疆维 吾 尔 自 治 区 十 一 五 科 技 攻 关 重 大 项 目 ( 200731137 1) 。 作者简介: 何春燕( 1981 ), 女, 硕 士研究生, 研究方向: 水资源开 发 利用与管理。 通讯作者: 何新林( 1966 ), 男, 教 授, 博士, 主 要从事农 业高效用 水 技术及农业信息化技术研究。
表 1 棉花膜下滴灌非充分灌溉试验处理
小区编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
各阶段 缺水 处理
苗期 蕾期 花铃期 吐絮期
正 正 正 正 正 正 正 正 70% 70% 正 正 正 正 正 85% 85% 正 正 正 正 正 85% 正 85% 正 正 正 正 正 正 70% 正 正 正 正 正 70% 正 正
分生产函数。通过试验成果确定作物缺水敏感指数 i 。 根据前述, Jensen 公式为:
n
∃ Y a / Y m =
( ET a/ ET m ) ii
( 1)
i= 1
式中: Y a 为各阶段产量; Ym 为充分 灌溉的 产量; ET a 为各阶 段 蒸发蒸腾量; ET m 为充分灌蒸发蒸 腾量; i 为作 物第 i 阶段 的 缺水敏感指数。
HE Chun yan, HE Xin l in, PU Sheng hai , WANG Xiao bing
( K ey L abor ator y of O asis Eco lo gy Ag r iculture of X injiang Bingt uan, Colleg e of Wat er Conser vancy and A r chit ectura l Eng ineering , Shihezi U niver sity, Shihezi 832000, X injiang , China) Abstract: T he optimal wat er allocatio n of ir rigation canal system may divide int o tw o kinds: ir rig atio n water allocation and optimal scheduling. On the basis of no n full irr ig ation ex periment, w ater pr oduction function of cotto n dr ip irr ig ation under plastic film o f no rthw est dr ought ir rig atio n dist rict is achiev ed. A cco rding to cro p water pro ductio n functio n, an o pt imal w ater distr ibut ion mo del o f ir rig atio n canal system is established. W ith t he highest o vera ll g oal of economic benefits o f ag ricultur e benefits and ir rig atio n manage ment depar tments. T he economic benefit s o f the ir rig atio n distr ict is improv ed. In the meant ime 0 1 linear integ ral pr og ramming model is established fo r o ptimal r eg ulation of dischar ge in a distr ibut ion channel. T his model is suitable fo r the decisio n of optimal distr ibution under the conditions of the intake dischar ge . O ut let flow fo r each canal r ema ins co nstant w ith the ro tational ir rigation met ho d o f fix ed flow and v aried time . Solutions are found to the model thro ug h examples. Key words: irr ig ation canal system; water pr oduction functio n; optimal water allocatio n mo del
2007 年在兵团灌溉中心试验站进行棉花膜下滴灌的试验。 试验地点地理位置处于 N 43∀59', E 87∀22', 海拔高 度 551~ 557 m。常年降雨量 267 mm, 常年蒸发量 700 mm。灌 溉方式采 用 膜下滴灌。全 部 采用 宽窄 行种 植, 行距 0. 3 m+ 0. 6 m + 0. 3 m, 株距 0. 10 m, 一膜 4 行 2 管, 滴灌带 布置 在窄行 中间, 棉 花 品种选用新陆早 13 号。滴头流量 2. 6 L/ h, 滴头间距 30 cm, 滴 灌带间距 0. 9 m。试验地面积为 5 亩, 土壤质地为中壤土, 容重 为 1. 57 g/ cm3 , 田间持 水率 为 22. 4% 。 田间 土壤 水分 含量 采 用美国 CPN 公司的 503DR ! 9 中 子仪测 定。利用实 验中心 站 无人自动气象站记录影响作物生长和产量 的标准气象 参数, 主 要测量风速、风向、太阳辐射、空气温 度、土 壤温度、降雨量和 相
令 ln( Ya / Ym ) = Z, ln( ET a / E T m ) = X i, 并假 定因变量的 估
计值 Z 与多元自变量 X i 具有线 性关系, 则可 将此模 型转化 为 多元线性回归模型:
n
% Z = 1 x 1 + 2 x 2 + & nx n =
ix i
( 3)
i= 1
式中: i 为回归系数代 表水 分敏 感指标, 可 用多 元回归 最优 化
在干旱半干旱地区, 随 着工 农业生 产的 迅速发 展, 各部 门 需水量急剧增长, 水资 源供 需矛 盾更加 突出, 水 资源短 缺和 不 合理的用水方式导致生态 环境 恶化及 其抵 御自 然灾害 的能 力
收稿日期: 2009 02 10 基金项目: 国家 十一 五 科技 支撑 计划项 目( 2007BAC17B02) ; 新
对湿度等。 采用田间小区对 比试 验。试验共 设 12 个 小区, 每 个小 区
的形状为 50 # 5. 70= 285. 0 m2 。土壤 水分含量测 定的深度 为 每隔 10 cm 测定一次, 一直测 到 1m, 试 验共设 5 个处 理, 每 个 处理重复 2 次。左右 两个 边行小 区为 保护区。 棉花膜 下滴 灌 非充分灌溉试验处理如表 1。
方法求得。
根据 Jensen 相 乘 模: 型, 式 中 的 作 物 实 际 蒸 发 蒸 腾 量
( ET a ) 与作物潜在蒸发蒸腾量(E T m )由田间水量平 衡原理计算 计算结果见表 2 。
ET a = M a + P + G + SW
( 4)
ET m = Mm + P + G + SW
( 5)
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
式中: M a 为 某阶段非充 分灌溉的 灌水定额; M m 为 某阶段充 分 雨量; G 为地下水补给灌 溉的灌水定额; P 为某 阶段有 效降量;
S W 为作物计划湿润层土壤储水量的变化量。
表 2 阶段蒸发蒸腾量与籽棉产量
编号 处理特征 1 充分灌溉
苗期
阶段腾发量/ mm 蕾期 花铃期
全生育期
籽棉产量/
注: 正 代表按各阶段充分灌水量进 行灌溉, 充分灌灌溉定额 为3 750 m3 / hm2; 其余各处理的灌水量为阶段充分灌水量乘以计划灌水系数。
1. 2 作物水分生产函数的求解
本模型的指数是通过 非充 分灌溉 试验 研究 的成果 分析 得
到的。根据 试验资料利用 Jensen 模型[3] , 求解棉花膜下滴灌 水
2
灌溉渠系优化配水模型研究 何春燕 何新林 蒲胜海 等
花膜下滴灌水分生产函数, 以此为基础 将农民收 入和灌溉管 理 部门的经济收入看成一个总体, 以其总 体的经济 效益最高为 目 标, 建立了灌溉渠系优化配水数学模 型。在提高 灌区经济效 益 的同时, 建立了 0- 1 线性整数规划模型, 对渠系 水量进行了 优 化调配。
腾发量/
吐絮期
( kg ! hm- 2 ) mm
59. 73 110. 73 207. 19 29. 64 407. 29 4 129. 35
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。
关键词: 灌溉渠系; 水分生产函数; 优化配水模型
中图分类号: N 3
文献标识码: A
Research on Optimal Water Allocation Model ofms
灌溉渠系的优化配水问题可分为两类: 一是 以弃水或水 量 损失最小为目标的灌区各级渠道流量的优 化调度; 二是以某 种 指标最优为目标的灌溉水量分配[2] 。在干 旱半干旱地 区, 由 于 各灌区普遍缺水, 来水 与用 水矛 盾突出, 各 灌溉 用水部 门普 遍 感兴趣的问题是某次灌水时, 有限的灌 溉水量如 何在全灌区 进 行分配, 才能使各灌区净增产值最大或 使灌溉管 理部门的经 济 效益最高, 既水费 收入最 高。本 论文通 过田 间试验, 做 出了 棉
低下。供水与需水之间的平 衡关 系往 往不 能保 持。因 此合 理 利用有效水资源, 将有限的灌溉水量在 作物不同 生育期进行 优 化配置, 以获取更大的效益, 对指导农业生 产, 实 现流域农业 可 持续发 展 及 干 旱 区 水 资 源 的 可 持 续 利 用 具 有 重 要 的 科 学 意义[1] 。
1 作物水分生产函数的研究
灌区的灌溉范围涉及整个当地, 因各地土壤 状况、气候、降 雨、作物以及农事不同 步等 差异 的结果, 各 地作 物生育 阶段 的 进程是不同步的。在此种情况下, 要适 时适量地 确保全灌区 农 田的灌溉, 必须 要实 时 掌握 灌区 范 围内 各地 农 作物 生育 期 进 程, 才能根据生育阶段满足其对水分 的需求。因 此灌区进行 优 化配水, 首先通过非充 分灌 溉试 验, 得 到作 物产 量和耗 水量 关 系的水分生产函数, 通过作 物水 分生产 函数 计算出 作物 产量, 从而建立灌溉渠系优化 配水 数学模 型, 使农 作物在 一定 气候、 土壤和农作物耕作等条件下获得最大增产效益。
对此乘法模型经过数学演绎的适当变 换, 可 化为多元线 性
回归方 程, 利 用 最 小 二 乘 法 原 理 求 回 归 系 数 的 最 优 解。 在
Jensen 乘法模 型中, 方 程 两边 同时 取 对数 转化 相 乘为 相 加 关
系得:
% ln
Ya Ym
=
n i= 1
i
ln
ET ET
a m
( 2)
中国农村水利水电 ! 2010 年第 1 期
1
文章编号: 1007 2284( 2010) 01 0001 05
灌溉渠系优化配水模型研究
何春燕, 何新林, 蒲胜海, 王小兵
( 石河子大学水利建筑工程学院/ 兵团绿洲生态农业重点实验室, 石河 子 832000)
摘 要: 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
疆维 吾 尔 自 治 区 十 一 五 科 技 攻 关 重 大 项 目 ( 200731137 1) 。 作者简介: 何春燕( 1981 ), 女, 硕 士研究生, 研究方向: 水资源开 发 利用与管理。 通讯作者: 何新林( 1966 ), 男, 教 授, 博士, 主 要从事农 业高效用 水 技术及农业信息化技术研究。
表 1 棉花膜下滴灌非充分灌溉试验处理
小区编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
各阶段 缺水 处理
苗期 蕾期 花铃期 吐絮期
正 正 正 正 正 正 正 正 70% 70% 正 正 正 正 正 85% 85% 正 正 正 正 正 85% 正 85% 正 正 正 正 正 正 70% 正 正 正 正 正 70% 正 正
分生产函数。通过试验成果确定作物缺水敏感指数 i 。 根据前述, Jensen 公式为:
n
∃ Y a / Y m =
( ET a/ ET m ) ii
( 1)
i= 1
式中: Y a 为各阶段产量; Ym 为充分 灌溉的 产量; ET a 为各阶 段 蒸发蒸腾量; ET m 为充分灌蒸发蒸 腾量; i 为作 物第 i 阶段 的 缺水敏感指数。
HE Chun yan, HE Xin l in, PU Sheng hai , WANG Xiao bing
( K ey L abor ator y of O asis Eco lo gy Ag r iculture of X injiang Bingt uan, Colleg e of Wat er Conser vancy and A r chit ectura l Eng ineering , Shihezi U niver sity, Shihezi 832000, X injiang , China) Abstract: T he optimal wat er allocatio n of ir rigation canal system may divide int o tw o kinds: ir rig atio n water allocation and optimal scheduling. On the basis of no n full irr ig ation ex periment, w ater pr oduction function of cotto n dr ip irr ig ation under plastic film o f no rthw est dr ought ir rig atio n dist rict is achiev ed. A cco rding to cro p water pro ductio n functio n, an o pt imal w ater distr ibut ion mo del o f ir rig atio n canal system is established. W ith t he highest o vera ll g oal of economic benefits o f ag ricultur e benefits and ir rig atio n manage ment depar tments. T he economic benefit s o f the ir rig atio n distr ict is improv ed. In the meant ime 0 1 linear integ ral pr og ramming model is established fo r o ptimal r eg ulation of dischar ge in a distr ibut ion channel. T his model is suitable fo r the decisio n of optimal distr ibution under the conditions of the intake dischar ge . O ut let flow fo r each canal r ema ins co nstant w ith the ro tational ir rigation met ho d o f fix ed flow and v aried time . Solutions are found to the model thro ug h examples. Key words: irr ig ation canal system; water pr oduction functio n; optimal water allocatio n mo del