灌区水资源优化配置模型

　　　　　　42243长春工程学院学报(自然科学版)2004年第5卷第1期

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　J.ChangchunInst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2004,Vol.5,No.1

ISSN1009284　　　　　CN2221323/N

灌区水资源优化配置模型

王怀章1,姜相镐2

(1.长春工程学院水利工程系,长春130012;21和龙市水利局,和龙133500)

摘　要:围绕我国干旱、半干旱地区的灌区如何利用

紧缺的水资源,获取最好的作物品质和最大的作物产量问题,提出了水资源优化配置模型。此模型可用于灌区的科学计划用水与配水。

关键词:水资源;LP模型;计划用水;约束条件中图分类号:TV213文献标识码:A文章编号:1009284(2004)0120042202

在我国大部分干旱、半干旱地区的灌区,水资源紧缺,作物的品质与产量得不到保证,争抢水资源现象严重。上级主管部门为分配水资源,常根据上游(水库、河道等)来水状况及基层上报的用水申请,经过逐级商讨、协调,制定出大家能够接受的年度配水计划,最后按计划分配水资源。这种配置模式,不仅缺乏严格的科学依据,而且易造成盲目引水,浪费水资源或分配不均,更不利于改善作物品质提高作物产量。为改变传统分配模式的不足,现介绍一种水资源优化配置新模型,使水资源配置与作物需水、作物生育期、大气降雨相结合,通过工程适时适量供水,达到改善作物品质提高作物产量之目的。

数η调查资料等,用下式确定(如i;本系数可由试验、

第2干渠):

ηηηηη2干水=η2干・支・斗・农・田式中:η——2干渠范围内的灌溉水利用系数;2干水—ηηηη——分别为2干渠道及其下2干、支、斗、农—

辖的典型支渠、典型斗

渠和典型农渠的渠道水利用系数;

η——2干渠范围内的农田水利用系数。田—

(4)与气象部门合作,不断索取本区的短期降

1　水资源优化配置模型的前期工作

(1)收集不同灌溉控制区(如第一支渠下辖的)

雨资料Pk。如5日降雨,用于指导近日是否灌水;10日降雨,用于指导制定旬用水计划。

(5)根据资料或实验确定不同灌渠系统(主要是干渠、支渠两类)的最大输水流量Qimax及最小输水流量Qimin。

(6)由试验或资料确定本灌区不同作物的适宜灌水延续时间TSj,k和对产量能造成一定影响的较长灌水延续时间TCj,k,并进一步确定各种作物不同生育期不同灌水延续时间对产量的增产系数(其中应包括因品质改善而增加的价值系数)βj,k和减产系数βj,k,同时记载传统配水方式下的作物单产量Cj,k。一般而言,对于大中型灌区,应以典型地块的轮灌时间5—7日为基准,确定全灌区的作物适宜灌水延续时间。若轮灌时间超过10日,将对作物的品质及产量造成一定的影响。对于传统配水方式下的作物单产Cj,k,应通过调查统计,用多年(丰水年、平水年及枯水年)加权平均法算出。

的各种作物在各个生育期的净灌水定额Mi,j,k(即第i灌渠第j种作物在第k次灌水的每公顷净水量)(m3/hm2)。该资料对作物产量影响很大,可通过收集本区(或相近、相似地区)的高产灌水经验、半理论水量平衡方程及高产灌水试验等取得;

(2)收集各种作物在不同灌溉控制区的种植面积Ai,j;

(3)收集不同灌溉控制区的年均灌溉水利用系

收稿日期:2003-03-07

作者简介:王怀章(1956,10-),男(汉),山东龙口,副教授

主要研究农田水利学教学与科研工作,(0431)59559912

2269。

2　水资源优化配置模型

本模型采用LP规划方法,充分考虑缺水灌区的降雨资源,以作物产量(含品质)最大化为追求目标。

211　约束条件

21111　配水总量

对于第i灌渠下辖的第j种作物第k次灌水的用

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王怀章,等:灌区水资源优化配置模型43

水量为:

Wi,j,k=Ai,j,k・Mi,j,k/ηi

任一灌渠上的所有作物的灌溉用水量,受限于用水计划制定的分配给本灌渠的年度用水量指标

WS,即

S・Ti,j,k

∑(A

∑X∑X∑X

i,j,k

・Mi,j,k/ηi)≤WS≤Qimax≥Qimin≤Q首

S

i,j,ki,j,ki,j,k

∑W

≤WS　(i=1,2,…,M)

Xi,j,k=Qi-Xi,m,k　(m≠j)

Xi,j,k(当|Xi,j,k・tsj,k-Pk|/PK≤30%)=0t≤tsj,k≤tcj,kXi,j,k≥0

21112　流量

设:第i灌渠第j种作物第k次灌水的引用流量为Xi,j,k,对于任一渠道应有

∑X

∑X

i,j,ki,j,k

≤Qimax　(j=1,2,…,N)≥Qimin　(k=1,2,…,L)

再将其编写为微机代码,即可实现微机控制下的自动优化配水工作。

3　对水资源优化配置模型的讨论

曾有许多农业水利方面的专家学者,对农业水资源优化配置问题进行过研讨[1],但本模型具有以下显著特点:

(1)从年度用水计划到任一次实际灌水,均能结合灌区的实际情况,如年度用水、渠道流量,特别是充分利用了当地的降雨资料,节约了水量,从而增强了模型的实用性;

(2)本文的水资源优化配置模型不仅考虑了如何增产,同时还考虑了提高作物的品质与档次,尤其在当今市场经济状况下,作物品质与档次的提高,比增产的效益可能更大;

(3)本模型中首次将灌水与主要作物、次要作物及关键生育期、大面积丰产等与灌水延续时间建立了联系,从而为目标函数的实现奠定了基础。参考文献

[1]　林延江.水利土木工程系统分析方法[M].北京:水利

其中:L、N、M分别代表灌水次数、作物种类及同级渠道的数量。

若灌区首部枢纽的设计引水流量为Q首,则应有

∑X

i,j,k

≤Q首

21113　同级渠道的流量分配

S

Xi,j,k=Qi-Xi,m,k　(m≠j)

式中,Qsi———上级渠道分配给本级渠道的流量,S=1或2;对于干渠s=1,支渠s=2。21114　作物及时供水要求

t≤tsj,k≤tcj,k

其中,对于灌区内主要作物的全生育期和次要作物的关键生育期,应力争保证t≤tsj,k,以确保全灌区大面积丰产;对于次要作物的非关键生育期,在水量受限时,灌水延续时间可适当延长,但至少应做到t≤tcj,k,使减产的幅度尽可能少。21115　降雨资源的利用

电力出版社,1985.

[2]　邢文训.现代优化计算方法[M].北京:清华大学出版

当|Xi,j,k・tsj,k-Pk|/PK≤30%时,本次灌水可以省去。212　目标函数

社,1999.

[3]　刘肇礻韦.灌排工程系统分析[M].北京:中国水利电力

以灌区总产量(含品质)最大化为目标,有βj,k・Cj,k・t

∑Mi,j,k/ηi・Xi,j,k)-β’j,k・Cj,k・t(∑Mi,m,k/ηi・Xi,j,k)

式中第一项为及时灌水所获得的效益,第二项

Max

Z

=

(

出版社,1997.

Optimalmodelofdistributionof

irrigationwaterresource

(Dept.ofHydraulicEngineering,Changchun

InstituteofTechnology,Changchun130012,China)

WANGHuai2zhang,etal.

为延后灌水所损失的效益。

至此,已得到灌区水资源优化配置的LP模型βj,k・Cj,k・t

∑Mi,j,k/ηi・Xi,j,k)

β’j,k・Cj,k・t(∑Mi,m,k/ηi・Xi,j,k)

Max

Z

=

(

-

Abstract:Inaccordancewithmakinguseofwaterre2

sourceindryorsemi-dryirrigationfieldsofChinasoastoobtainabetterqualityandhigheryieldofcrops,thepa2perdevelopsanoptimalwaterresourcedistributionmodelholding.Thismodelcanbeusedinscientificwaterdis2tributionandplanning.

Keywords:waterresource;LPmodel;planningofirriga2

tionwater;restriction

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