应用大系统递阶模型优化配置区域农业水资源

基金项目

作者简介山东人

主要从事水资源与水环境方面的研究

应用大系统递阶模型优化配置区域农业水资源

张长江

徐征和

　汝安

河海大学

水资源环境学院江苏

南京

山东省水利厅山东

济南山东省水利科学研究院山东

济南

山东大学山东济南

摘要以经济效益最大为目标然后以区域大系统作为第二层建立不同作

在此基础上提出了协调模型求解方法步骤根据作物布局和地下水分布给出了不

关键词区域农业水资源优化配置承载能力区域农业水资源优化配置研究的目的是在一定区域农业水资源供给量不满足的条件下以经济效益最大为目标建立农业水资源优化配置模型以提高区域农业水资源承载把大系统理论用于区域农业灌溉用水优化配置研究就目前所

有些模型概量的动态规划

线性规划大系统递阶模型

模型概述

针对区域总灌溉水量不足的现实一定灌溉水量后适合用大系统分解协调模型求解模型第一层

物的生育期内进行最优分配第二层模型为求解水源缺水时多种作物之间水量最优分配的线性规划模

把有限的总灌溉水量在多种作物之

每个子系统在给定

第二层根据反馈

得到一组新的效益函数

灌溉供水量最优分配的分解协调模型

单作物各生育期的灌水量优化是以作物水分生产

阶段变量根据作物生育过程把全生育期划分为

状态变量另一个是各阶段

计划湿润层的土壤平均含水率

决策变量决策变量为各生育阶段的灌水量

系统方程

式中为第阶段初可用于分配的水量为第分别为第阶段可用于分配水

第二个为旱作物土壤计划湿润层的水量平衡方程

式中为第阶段计划湿润层土壤平均含水量为第为第阶段实际腾发

为第阶段排水量对旱作物其值为为第

值为为第对采用节水措施进行灌溉时其值可近似假定为所有单位均为

作物耗水量

萎

分别为田间持水

式中

目标函数作物水分生产函数采用

式中为第

约束条件

初始条件初始计划湿润层土壤平均含水率为

作物全生育期初可用于分配的有效水量为协调层分配给该种作物的净水量即

递推方程本模型是一个动态规划问题递推方程为

和

多种作物之间水量最优分配模型解决地表水和

变量和时段划分在作物生育期内按

全年共划分多种作物面积分别为表示

约束方程

式中为为种作物

式中

式中

分别为地表水和地下水灌溉利用系数

目标函数以各种作物净效益之和

式中分别为第种作物的

大系统递阶模型平衡协调求解步骤为

初拟协调变量针对子系统分别初拟分配的灌溉定额

各子系统最优化在给定对各子系统采用一般动态规划分别择

即各种作物各时段的灌水定额

同步化因为第一层优化模型以作物生育阶段为时段需

把第一层求得的以作物生育阶段为时段的灌水定额根据生育期时段在每月的分配数量转变为第二

层以月为时段的灌水定额

第二层平衡协调模型最优化采用改进单纯形法进行线性规划计算得各子系统各时段地表水引

用量同时改变协调变量得新的各种作物

的灌溉定额

返回第一层再优化将送入第一层再进行子系统优化得到新的

层进行平衡协调

山东省桓台地区农业水资源优化配置应用实例

农业及水资源状况

种植面积分区山东省桓台县农田面积

县划分为个子区南部井灌

作物生育阶段划分

表冬小麦各生育阶段特性

特性

播种分蘖分蘖越冬越冬返青返青拔节抽穗抽穗成熟生长时间

缺水敏感指数

最大需水量

在作物需水完全得到满足的情况下

表夏玉米各生育阶段特性

特性

播种

拔节

拔节

灌浆

灌浆

生长时间缺水敏感指数

最大需水量

元?考虑水元

降水状况

全县多年平均大气降水量

为

通过对桓台地区多年降水资料分析计算并考虑降雨大小和当地土壤条件等

降雨有效利用系数取

土壤含水率上下限

本地区农田以中壤土为主

田间持水率为

田间持水率的

经济作物假定

假定该地区经济

水资源可利用量

桓台地区保证率代表年

表

作物种植模式和实际产量

作物

冬小麦

玉米

种植面积

产量?

子区农业水资源优化配置方

案

子区最优总经济效益为

表

阶段总灌水量

冬小麦玉米

表各时段各种作物最优分配净水量

表

作物种植模式和实际产量

作物

冬小麦

玉米

种植面积

产量?

子区农业水资源优化配置方

案

子区最优总

经济效益为

表

阶段总灌水量

冬小麦玉米

表各时段各种作物最优分配净水量

表

作物种植模式和实际产量

作物冬小麦

玉米

见表全区最优总经济效益为

表各时段各种作物最优分配净水量

结语

计算结果分析

在

月

降水量

利用大系统递阶模型进行区域农业灌溉用水优化的优点

致谢

参考文

献

朱道立

郭元裕等

崔远来等

桓台水资源管理办公室

水利部农村水利司