灌区广义水资源不确定性多目标优化配置
发布时间：2021-10-09 14:45
针对农业水资源配置系统的复杂性和不确定性,构建模糊可信性随机多目标农业水资源优化配置模型,以农业灌溉净经济效益最大和绿水利用占比最大为目标,对丰水年、平水年和枯水年下不同分区各生育阶段的水稻灌溉水量进行优化配置。将模型应用于湖北省漳河灌区,目标权重组合分别为（0.5, 0.5）、（0.75, 0.25）和（0.25, 0.75）,可信性水平取0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0,得到不同情景下农业水资源配置方案。结果表明:多目标规划模型能够很好统筹社会经济发展目标与资源节约目标,优化方案的绿水利用占比在0.835以上,经济效益最高达14.153亿元;更高的可信性水平对应更低的系统效益与更高的绿水利用占比,丰富的优化方案能够帮助决策者权衡系统收益与违规风险;当水资源短缺时,应该优先保证抽穗期和孕穗期的作物需水,使因缺水造成的水稻减产损失最小化。总的来说,优化模型所得到的水资源配置方案能够为漳河灌区水资源管理者提供理论指导,同时为类似地区的农业水资源优化配置提供参考。
【文章来源】：干旱地区农业研究. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同权重组合下优化目标值
图1 不同权重组合下优化目标值图2显示了不同水文年型下各灌溉分区不同水源水量分配比例(λ=1)。值得注意的是,随着来水流量降低,供水水源更加丰富,供水结构从单一的降水供给转变为降水、水库水源以及内部水源共同补给。丰水年时,仅靠降水就能满足作物生长基本需求,灌区内不需要人工灌溉;平水年时,灌区内中小型水库及塘堰的存储水量作为优先水源,被用于作物灌溉;枯水年时,降水只能满足约30%的作物需水量,内部水源和漳河水库在灌溉过程中共同发挥着重要的作用。其中,荆门市、荆州市和当阳市的内部水源分别占各自分区灌溉水总量的39%、29%和72%。由此可见,当阳市的储水能力最强,荆门市次之,而荆州市的储水能力亟需加强。此外,不同水文年型下的水资源分配方案差异显著,体现了本文设置不同来水情景的必要性。图3显示了不同水文年型下各灌溉分区水稻各生育阶段降水、需水和灌溉水分配情况(λ=1)。丰水年时灌区降水量大大超过作物需水量,有效存储剩余的降水资源或充分发掘其利用价值,将大大提升灌区的农业发展水平与资源利用效率。当来水量不充足时,模型倾向于优先满足抽穗期和孕穗期的水量需求,意味着这两个生育阶段对水分的敏感程度更高,因缺水产生的减产现象更严重,这样的结果与各生育阶段作物水分亏缺敏感指数直接相关。由于资源节约目标和来水水平的限制,枯水年作物实际总耗水量几乎达到了作物需水量的下限,建议采取工程节水措施与优化灌溉制度相结合,以实现有限水资源条件下的效益最大化。模型优化结果能够为灌区管理者及农户制定合理的灌溉制度提供理论指导。
图2显示了不同水文年型下各灌溉分区不同水源水量分配比例(λ=1)。值得注意的是,随着来水流量降低,供水水源更加丰富,供水结构从单一的降水供给转变为降水、水库水源以及内部水源共同补给。丰水年时,仅靠降水就能满足作物生长基本需求,灌区内不需要人工灌溉;平水年时,灌区内中小型水库及塘堰的存储水量作为优先水源,被用于作物灌溉;枯水年时,降水只能满足约30%的作物需水量,内部水源和漳河水库在灌溉过程中共同发挥着重要的作用。其中,荆门市、荆州市和当阳市的内部水源分别占各自分区灌溉水总量的39%、29%和72%。由此可见,当阳市的储水能力最强,荆门市次之,而荆州市的储水能力亟需加强。此外,不同水文年型下的水资源分配方案差异显著,体现了本文设置不同来水情景的必要性。图3显示了不同水文年型下各灌溉分区水稻各生育阶段降水、需水和灌溉水分配情况(λ=1)。丰水年时灌区降水量大大超过作物需水量,有效存储剩余的降水资源或充分发掘其利用价值,将大大提升灌区的农业发展水平与资源利用效率。当来水量不充足时,模型倾向于优先满足抽穗期和孕穗期的水量需求,意味着这两个生育阶段对水分的敏感程度更高,因缺水产生的减产现象更严重,这样的结果与各生育阶段作物水分亏缺敏感指数直接相关。由于资源节约目标和来水水平的限制,枯水年作物实际总耗水量几乎达到了作物需水量的下限,建议采取工程节水措施与优化灌溉制度相结合,以实现有限水资源条件下的效益最大化。模型优化结果能够为灌区管理者及农户制定合理的灌溉制度提供理论指导。2.3.2 多目标模型与单目标模型优化方案对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于生产水足迹的粮食作物种植结构优化研究——以辽宁省铁岭市为例[J]. 付国睿,黄子淇,景海钊,马晓晴,王硕. 资源开发与市场. 2019(11)
[2]基于Pareto解集的多目标农业水土资源优化配置模型[J]. 郭萍,单宝英,郭珊珊. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(10)
[3]基于SD-MOP模型的生态型灌区水资源优化配置研究[J]. 王安迪,康艳,宋松柏. 节水灌溉. 2019(08)
[4]黑河中游农业水资源多目标优化配置[J]. 张妍,郭萍,张帆. 中国农业大学学报. 2019(05)
[5]基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置[J]. 岳琼,郭萍,王友芝,张成龙,李鹏. 农业机械学报. 2019(04)
[6]基于模糊定权的模糊可信性约束二次规划模型[J]. 王友芝,郭萍,郭珊珊,刘潇. 排灌机械工程学报. 2018(09)
[7]农业水资源多目标优化配置模型应用探讨[J]. 王玉伟,王光军,王玉立. 山东水利. 2017(08)
[8]基于多目标模糊规划的灌区多水源优化配置[J]. 付强,肖圆圆,崔嵩,刘东,李天霄. 农业机械学报. 2017(07)
[9]考虑水足迹的区域作物种植结构分式规划模型研究[J]. 陈敏,李永平,王光谦,李铁键,周雅. 水力发电学报. 2017(03)
[10]基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置[J]. 李晨洋,张志鑫. 农业工程学报. 2016(12)
本文编号：3426594
【文章来源】：干旱地区农业研究. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同权重组合下优化目标值
图1 不同权重组合下优化目标值图2显示了不同水文年型下各灌溉分区不同水源水量分配比例(λ=1)。值得注意的是,随着来水流量降低,供水水源更加丰富,供水结构从单一的降水供给转变为降水、水库水源以及内部水源共同补给。丰水年时,仅靠降水就能满足作物生长基本需求,灌区内不需要人工灌溉;平水年时,灌区内中小型水库及塘堰的存储水量作为优先水源,被用于作物灌溉;枯水年时,降水只能满足约30%的作物需水量,内部水源和漳河水库在灌溉过程中共同发挥着重要的作用。其中,荆门市、荆州市和当阳市的内部水源分别占各自分区灌溉水总量的39%、29%和72%。由此可见,当阳市的储水能力最强,荆门市次之,而荆州市的储水能力亟需加强。此外,不同水文年型下的水资源分配方案差异显著,体现了本文设置不同来水情景的必要性。图3显示了不同水文年型下各灌溉分区水稻各生育阶段降水、需水和灌溉水分配情况(λ=1)。丰水年时灌区降水量大大超过作物需水量,有效存储剩余的降水资源或充分发掘其利用价值,将大大提升灌区的农业发展水平与资源利用效率。当来水量不充足时,模型倾向于优先满足抽穗期和孕穗期的水量需求,意味着这两个生育阶段对水分的敏感程度更高,因缺水产生的减产现象更严重,这样的结果与各生育阶段作物水分亏缺敏感指数直接相关。由于资源节约目标和来水水平的限制,枯水年作物实际总耗水量几乎达到了作物需水量的下限,建议采取工程节水措施与优化灌溉制度相结合,以实现有限水资源条件下的效益最大化。模型优化结果能够为灌区管理者及农户制定合理的灌溉制度提供理论指导。
图2显示了不同水文年型下各灌溉分区不同水源水量分配比例(λ=1)。值得注意的是,随着来水流量降低,供水水源更加丰富,供水结构从单一的降水供给转变为降水、水库水源以及内部水源共同补给。丰水年时,仅靠降水就能满足作物生长基本需求,灌区内不需要人工灌溉;平水年时,灌区内中小型水库及塘堰的存储水量作为优先水源,被用于作物灌溉;枯水年时,降水只能满足约30%的作物需水量,内部水源和漳河水库在灌溉过程中共同发挥着重要的作用。其中,荆门市、荆州市和当阳市的内部水源分别占各自分区灌溉水总量的39%、29%和72%。由此可见,当阳市的储水能力最强,荆门市次之,而荆州市的储水能力亟需加强。此外,不同水文年型下的水资源分配方案差异显著,体现了本文设置不同来水情景的必要性。图3显示了不同水文年型下各灌溉分区水稻各生育阶段降水、需水和灌溉水分配情况(λ=1)。丰水年时灌区降水量大大超过作物需水量,有效存储剩余的降水资源或充分发掘其利用价值,将大大提升灌区的农业发展水平与资源利用效率。当来水量不充足时,模型倾向于优先满足抽穗期和孕穗期的水量需求,意味着这两个生育阶段对水分的敏感程度更高,因缺水产生的减产现象更严重,这样的结果与各生育阶段作物水分亏缺敏感指数直接相关。由于资源节约目标和来水水平的限制,枯水年作物实际总耗水量几乎达到了作物需水量的下限,建议采取工程节水措施与优化灌溉制度相结合,以实现有限水资源条件下的效益最大化。模型优化结果能够为灌区管理者及农户制定合理的灌溉制度提供理论指导。2.3.2 多目标模型与单目标模型优化方案对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于生产水足迹的粮食作物种植结构优化研究——以辽宁省铁岭市为例[J]. 付国睿,黄子淇,景海钊,马晓晴,王硕. 资源开发与市场. 2019(11)
[2]基于Pareto解集的多目标农业水土资源优化配置模型[J]. 郭萍,单宝英,郭珊珊. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(10)
[3]基于SD-MOP模型的生态型灌区水资源优化配置研究[J]. 王安迪,康艳,宋松柏. 节水灌溉. 2019(08)
[4]黑河中游农业水资源多目标优化配置[J]. 张妍,郭萍,张帆. 中国农业大学学报. 2019(05)
[5]基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置[J]. 岳琼,郭萍,王友芝,张成龙,李鹏. 农业机械学报. 2019(04)
[6]基于模糊定权的模糊可信性约束二次规划模型[J]. 王友芝,郭萍,郭珊珊,刘潇. 排灌机械工程学报. 2018(09)
[7]农业水资源多目标优化配置模型应用探讨[J]. 王玉伟,王光军,王玉立. 山东水利. 2017(08)
[8]基于多目标模糊规划的灌区多水源优化配置[J]. 付强,肖圆圆,崔嵩,刘东,李天霄. 农业机械学报. 2017(07)
[9]考虑水足迹的区域作物种植结构分式规划模型研究[J]. 陈敏,李永平,王光谦,李铁键,周雅. 水力发电学报. 2017(03)
[10]基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置[J]. 李晨洋,张志鑫. 农业工程学报. 2016(12)
本文编号：3426594
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