灌区水资源优化配置模型的建立及应用

茨淮新河灌区中长期供水优化调度建模与分析
李杰
【期刊名称】《水利规划与设计》
【年(卷),期】2022()9
【摘要】灌区水资源优化配置方案的制定对于提升水资源高效利用率,减少抽水能耗,促进灌区经济发展有重要作用。

文章以茨淮新河灌区为例,在考虑供水保证率和总抽水能耗的基础上,建立了中长期供水优化调度模型,采用多目标优化算法求解,得到了调度结果方案集,其结果表明:提高供水保证率会增大总抽水能耗,对比多年实际运行结果,优化调度方案最高可减少上桥枢纽37%总抽水能耗,提高了灌区的综合供水效益。

文章研究的梯级枢纽长周期多目标调度建模方法可作为今后智慧水利业务应用的一个方向。

【总页数】7页(P19-24)
【作者】李杰
【作者单位】安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV213
【相关文献】
1.茨淮新河灌区2011年春旱调度运用分析
2.茨淮新河灌区续建改造项目实践及效益分析
3.茨淮新河灌区2010年旱情分析
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5.茨淮新河灌区现代化改造需求分析及改造思路探讨
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水资源优化调度模型及算法研究一、绪论随着人口的不断增加和经济的不断发展，水资源的供需矛盾日益凸显。

为有效保障水资源的合理利用和管理，研究水资源优化调度模型及算法迫在眉睫。

本文旨在探讨水资源优化调度模型及算法的研究进展。

二、水资源优化调度模型1. 基于线性规划的水资源优化调度模型线性规划是一种常见的数学方法，可以用于优化许多实际问题，包括水资源优化调度。

该方法的优点在于能够快速得到一个最优解。

线性规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad cx $$$$ s.t. \quad Ax \leq b $$其中，x是优化变量，c和A是常数矩阵，b是常数向量。

这个模型的含义是在满足约束条件Ax≤b的情况下，使目标函数cx最大化。

2. 基于动态规划的水资源优化调度模型括水资源优化调度。

该方法的优点在于可以考虑到历史时刻的决策对未来的影响。

动态规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad \sum_{t=1}^{T}f_t(x_t,u_t) $$$$ s.t. \quad x_{t+1}=g_t(x_t,u_t) $$其中，x是状态变量，u是决策变量，f是收益函数，g是状态转移函数。

这个模型的含义是在满足状态转移方程x_{t+1}=g_t(x_t,u_t)的情况下，使收益函数f最大化。

3. 基于遗传算法的水资源优化调度模型遗传算法是一种常见的优化方法，可以用于许多实际问题，包括水资源优化调度。

该方法的优点在于可以在多个解空间中搜索最优解。

遗传算法模型的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是种群数量。

这个模型的含义是在种群中搜索最优解x。

三、水资源优化调度算法1. 基于模拟退火的水资源优化调度算法括水资源优化调度。

该方法的优点在于可以在温度下降的过程中逐渐减小搜索范围。

模拟退火算法的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是样本数量。

河东灌区水资源利用现状及优化配置措施秦汉渠管理处唐凤琴水作为一种重要的自然资源，是人们生活生产中不可缺少的一项重要资源。

随着经济社会快速发展，工业、农业、城市、生态用水日益增加，农业粗放用水方式已不能适应经济社会发展要求。

优化农业水资源利用，节约用水，满足工业、城市用水增长是今后发展的方向。

在这种形势下，加强河东灌区水资源优化配置就显得尤为重要。

一、河东灌区水资源利用现状青铜峡河东灌区又称秦汉渠灌区，南起牛首山，北至灵武与内蒙交界的明长城，东靠鄂尔多斯高原，西临黄河。

灌区现有秦渠、汉渠、东干渠、马莲渠四条干渠，农场渠、波浪渠两条支干渠。

农业在册灌溉面积60万亩，实际灌溉面积122万亩（包括盐环定扬水22万亩）。

灌区自然条件优越，农业种植以玉米、春小麦和水稻为主，以豆类和经果林蔬菜为辅。

（一）灌区以引黄河水灌溉为主灌区农业发达，属于大（二）型灌区，属于自流灌区，主要引黄河水灌溉。

灌区工业、生态用水量少，近三年各业用黄河水量情况如下表:（二）水库水资源利用情况灌区现有四座应急水源水库，分别是平原水库，东干渠上的盐环一泵站对面、桃树湾、老金鱼池水库。

平原水库长期没有使用，东干渠上的三座水库于2015年底才开始建设，目前正在建设中，还没有投入使用。

四座水库主要作用为蓄水，在灌溉用量少的月份将干渠部分水量储存在库内，在用水高峰期将水库水量补给到干渠供农业用水。

（三）山洪水利用情况东干渠是一条沿牛首山山麓而建的傍山渠道。

干渠右岸原有5座滞洪水库，主要作用是滞留山洪，消减洪峰，再将洪水导入干渠或干支沟排走。

因洪水冲刷及山洪淤积，双吉沟水库已不能使用。

现存的扁担沟、黄羊沟、涝池子和小洪沟水库因风化、淤积于2012年进行了除险改造。

在山洪爆发的年份，洪水资源没有能够有效利用。

（四）地下水、沟水利用情况河东灌区有三个井灌区，分别是灵武市东塔镇马场湖、崇兴镇杜木桥、崇兴镇老鼠嘴井灌区。

在每年7—8月份，农业用水高峰期，三个井灌区抗旱井开启，抽取地下水缓解干渠稍段农作物缺水，起到了一定积极作用。

灌区信息化管理系统构建及实施第一部分灌区信息化管理系统概述 (2)第二部分系统需求分析与设计 (4)第三部分技术方案选择与实施 (7)第四部分数据采集与处理模块构建 (11)第五部分信息管理与决策支持功能开发 (15)第六部分系统集成与测试策略 (19)第七部分应用效果评估与优化建议 (23)第八部分灌区信息化发展趋势与挑战 (28)第一部分灌区信息化管理系统概述灌区信息化管理系统是现代水利管理领域的重要组成部分，其目的是通过综合运用信息技术、自动控制技术、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）等手段，实现对灌溉工程设施、水资源、农业生产和生态环境的全面、实时监控和管理。

本文将从灌区信息化管理系统的概念、构成和功能等方面进行概述。

首先，我们需要明确灌区信息化管理系统的概念。

灌区信息化管理系统是指以计算机技术为核心，集成多种信息技术手段，构建一个综合性的、多层次的信息服务平台，用于支持灌区管理部门对灌区内各种资源进行有效管理和决策。

该系统旨在提高灌区管理水平和效率，保障灌区可持续发展，并为社会经济提供高效、优质的服务。

其次，灌区信息化管理系统的构成主要包括以下几个部分：1.数据采集层：负责收集灌区内的水文气象数据、土壤含水量、水质参数、农田作物生长状况等信息。

这一层次通常采用传感器、无人机遥感等设备和技术进行实时监测和采集。

2.数据传输层：主要负责将数据采集层获取的数据进行传输和存储。

常用的传输方式有无线通信、卫星通信、光纤通信等。

数据存储则包括数据库、云存储等手段。

3.数据处理与分析层：通过对收集到的各种数据进行整理、清洗、融合和挖掘，形成具有价值的信息。

这些信息可应用于灌区调度、灾害预警、农业生产指导等领域。

4.业务应用层：根据灌区管理的实际需求，开发一系列的应用软件和服务，如灌区调度优化、水资源配置、农业信息服务等。

用户可通过网页、移动终端等方式访问这些应用。

5.综合展示层：以图形化、可视化的方式将各类数据和信息呈现给管理者和使用者，便于理解和决策。

中型灌区水资源论证水资源配置是依据实际情况的不断变化所进行的实时优化控制过程，同时也是动态水资源配置过程。

动态过程主要表现在我国经济和社会的发展对水资源需求量和供水量在时间上的两个动态变化过程。

水资源优化配置以水资源的承载能力为基础，对存在形式不同的有限水资源加以科学配置，保证有限的水资源发挥出最大的经济和环境效益，使得可持续发展战略稳步进行下去。

目前，我国水资源需求和供给之间形成了矛盾，同时也使得我国的社会系统和生态环境系统受到了威胁，尤其是农业用水，水资源是有限的，对灌区水资源进行科学的优化配置，获得更大的灌区效益已经成为人们关注的焦点。

所以，水资源优化配置成为解决水资源问题的手段和方法，因此，水资源优化配置的研究具有重要的意义和实用价值。

一、灌区水资源优化调度的基本理论1.灌区水资源调度内涵灌区水资源优化配置指的是在一有限灌区范围内，根据灌区的需水要求，遵循有效性和可持续性的原则，采用多种工程和非工程措施，依据市场经济发展的规律以及资源配置的要求，在保证供给需求、维护生态系统平衡和改善生态环境质量的前提下，将各种水资源在区域灌区用户进行人为配置。

获得最大的效益是灌区水资源优化配置的主要目的，而水资源优化配置的最终目标就是水资源的可持续利用和实现社会的可持续发展，最终实现有限水资源社会、经济、生态环境相统一发展。

灌区水资源进行优化配置指的是在全面考虑水资源开发、利用、保护和防洪的基础上，通过水资源合理、科学的配制管理工作，提高水资源利用率，对各种形式的水资源利用工程论理的方法，建立符合实际的水资源优化配置模型，从而确定水资源配置的方案，对水资源加以科学分配，保证水资源和经济、生态环境能够协调发展，发挥水资源在各个系统中的资源价值。

2.灌区水资源优化调度的模型早期的灌区水资源优化配置模型主要包含动态规划、模糊优化和大系统优化理论，这三个是水资源优化配置运用较多的模型，而非线性规划、随机规划、多目标规划这三者则应用较少。

水利水电技术第51卷2020年第12期杜丽娟，陈根发，柳长顺，等.基于GW A S 模型的灌区水资源优化配置研究：以淠史杭灌区为例[J ].水利水电技术，2020, 51 (12)： 26-35.DU Lijuan, CHEN Genfa, LIU Changshun, et al. GWAS model-based optimal allocation of water resources in irrigation district[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2020，51( 12): 26-35.基于G W A S 模型的灌区水资源优化配置研究；以淠史杭灌区为例杜丽娟U 2，陈根发1’2，柳长顺u ，王雪妮3，刘金林4，汪海伦5(1.中国水利水电科学研究院，北京100038; 2.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟 与调控国家重点实验室，北京100038; 3.太原理工大学，山西太原030024; 4.华北水利水电大学，河南郑州 450003; 5.河北工程大学，河北邯郸 056038)摘要：针对淠史杭灌区“蓄、引、提、调”相结合的“长藤结瓜”式灌溉系统，为实现灌区间、上下游的优化联合配置，采用GWAS 模型，通过划分水资源配置子单元和设置调蓄节点，采用公平 性最优和供水缺水率最小作为目标函数，总量控制、供水能力、分质供水等作为约束条件，将水资源 优化配置问题模拟为生物进化问题，采用基于精英策略的非支配遗传改进算法求解，建立了适用于淠 史杭灌区的水资源优化配置模型。

配置结果表明：灌区引水量最大，其次为当地地表水和边界提水站 提水，中水和浅层地下水作为补充。

通过序列年水资源配置，发现相同频率年在处于不同丰枯年份 时，可供水量存在明显差异，因此在进行区域水资源配置时，仅分析50%、80%或90%几个频率年往 往不能真实反映可供水情况，需进行长序列调配分析。

灌区水利建设与管理工作中的问题与优化建议摘要：灌区水利建设与管理工作中存在的问题主要包括科技创新能力不足、水资源浪费和管理不善等。

为了解决这些问题，提出了一些优化建议。

首先，在科技创新方面，可以加强科研机构的支持和合作，提高科技人员的技术水平，推动灌区水利工程的智能化和自动化。

其次，在水资源利用与管理方面，应制定科学合理的水资源配置方案，加强水资源监测和管理，推广节水技术和措施，减少水资源浪费。

关键词：灌区水利建设；管理工作；问题；优化建议随着社会经济的发展和人口的增长，灌区水利建设与管理工作变得越来越重要。

这项工作不仅关系到农业生产的稳定发展和农民的收入增加，也直接影响到水资源的合理利用和生态环境的保护。

然而，在实际工作中，不可避免地会面临一些问题和挑战。

本文将对灌区水利建设与管理工作中存在的问题进行浅谈，并提出一些建议和优化方案，以期为相关决策和实践提供一些参考和借鉴。

1.灌区水利建设与管理工作的重要性农业生产保障：灌区水利建设与管理是确保农业生产正常进行的重要保障措施。

通过合理规划和建设灌溉设施，能够有效解决农田不适宜耕作或缺水问题，提供稳定的水资源供应，保证农作物的灌溉需求，从而保障农业生产的持续发展。

提高农业生产效益：优良的灌区水利建设与管理在提高农业生产效益方面起着至关重要的作用。

它可以有效利用有限的水资源，实现灌溉的精细化管理，提高作物的生长质量和产量，降低灌溉用水成本，提高农民的经济收益。

水资源管理与调配：灌区水利建设与管理也承担着水资源管理与调配的任务。

通过灌区的管网建设和管理，可以对水资源进行有效统筹和调配，使得各个用水单位得到公平合理的供水，并且合理利用雨水等非常规水源，提高水资源的利用效率，减少水资源的浪费。

生态环境保护：合理的灌区水利建设与管理有助于保护生态环境。

通过科学规划和管理，可以减少土地沙漠化、水资源污染和湿地退化等问题，保持和恢复水域生态系统的平衡，保护水生态环境的稳定性和完整性[1]。