試析有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水

王鵬

【摘要】過去對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉時(shí)經(jīng)常采用的是全灌區(qū)渠系用水計(jì)劃方式，此時(shí)各用水單位均衡受益，在配水方式上采用毛灌溉需水量或者投勞折資等固定配水比例去使水資源得以配置，那么在干旱季節(jié)，很難保證農(nóng)作物田間灌溉管理的水平，建立健全一個(gè)NLP模型，有利于強(qiáng)化骨干水庫、灌區(qū)內(nèi)水庫、塘堰三者之間的聯(lián)系，保證在有限供水的條件下，各個(gè)灌區(qū)內(nèi)作物能夠獲得充足的水源以供自體的生長。

【關(guān)鍵詞】有限供水；灌區(qū)；優(yōu)化配水；分析

現(xiàn)階段，很多作物灌區(qū)采用的是多水源供水的方式，而有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水問題是值得關(guān)注的，因?yàn)椴粌H僅要考慮對水庫的優(yōu)化調(diào)度問題，也要綜合田間優(yōu)化配水問題，分析有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水，需要將全灌區(qū)分解為多個(gè)子區(qū)，將每種作物所在的田塊視為一個(gè)土壤水庫，以此去達(dá)到對優(yōu)化配水研究的目標(biāo)。

一、灌區(qū)內(nèi)水利工程調(diào)度模擬模型的建立

中型水庫

對于普通的灌區(qū)，一般采用的是控制全灌區(qū)的骨干水庫或者是能夠?qū)植繀^(qū)域控制的中小型水庫，在這些水利工程的聯(lián)合作用下完成對灌區(qū)供水的任務(wù)。中型水庫應(yīng)用于有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水進(jìn)程中時(shí)，首先需要將灌區(qū)整體等分，劃分為多個(gè)子區(qū)，各個(gè)子區(qū)之間處于相對獨(dú)立的模式中，每一個(gè)子區(qū)內(nèi)部涵蓋很多塘堰，小型的水庫聚合在一起，將其考慮為一個(gè)中型水庫，繼而參照水資源供應(yīng)的先后順序?qū)ψ訁^(qū)內(nèi)水量的平衡值進(jìn)行計(jì)算，而子區(qū)內(nèi)水利工程供水的先后順序一般如下；先是塘堰，然后是小型水庫，最后是中型水庫。在供水量極為短缺的情況之下，一個(gè)中型的水庫可能在相同的時(shí)間點(diǎn)上對多個(gè)子區(qū)的水庫進(jìn)行管理與控制，與此同時(shí)，還要完成對這些水庫的調(diào)度與水量計(jì)算工作內(nèi)容。如果發(fā)生灌區(qū)內(nèi)水利工程供水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)作物生長的需要，短缺的部分可以在骨干水庫的輔助下得以完善。總之，中型水庫在有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水作業(yè)中的應(yīng)用，這一模型可以作為灌區(qū)內(nèi)水利工程的調(diào)度模擬，從而使灌區(qū)內(nèi)各水利工程供水量與缺水量明確化；

（一）調(diào)度計(jì)算

在上述公式中，t代表的是時(shí)段編號，與時(shí)段起始的編號具有統(tǒng)一性。由公式可見，人為時(shí)段t水庫產(chǎn)水量；而人為蒸發(fā)、滲漏損失水量為Lt；尺為中型水庫灌溉供給的水量；尺那那之為中型水庫對非農(nóng)業(yè)區(qū)域提供的水量；Smin、Smax分別代表的含義為塘堰最小、最大蓄水量；Rmax為水庫在某一時(shí)段之內(nèi)發(fā)放出的最大出庫水量；

（二）作物灌溉區(qū)域?qū)λ枨罅康挠?jì)算

這里，我們以旱作物灌區(qū)灌溉為例進(jìn)行分析，如果某一時(shí)間段內(nèi)剛好有雨水降臨，那么雨停之后土壤中有效含水量必然會大于適宜含水量，此時(shí)不需要灌區(qū)優(yōu)化配水作業(yè)的開展；如果是在水量處于不飽和的狀態(tài)中，灌區(qū)灌溉的水量為與土壤所含水分達(dá)到田間持水率，此時(shí)該旱作物灌區(qū)需要的水量數(shù)值可以由以下公式計(jì)算出來：

那么在這種有限供水條件下，灌區(qū)水量是怎樣分配的呢？本文作者做出如下較為詳細(xì)的論述：

如果該時(shí)段骨干水庫提供的數(shù)量灌區(qū)的需水量，那么參照灌溉目標(biāo)需水量開展供水工程；如果骨干水庫供水量略微小于全灌區(qū)灌溉目標(biāo)需水量，此時(shí)為了確保全灌區(qū)所有農(nóng)作物不處于缺水的狀態(tài)下，就應(yīng)該先按照作物正常生長對水的需求量進(jìn)行供應(yīng)，多余的小部分按比例分配；另一種情況是該時(shí)段骨干水庫所持水庫遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足全灌區(qū)作物對水源的總需求量，那么灌區(qū)灌溉人員需要對不同子區(qū)作物的性質(zhì)進(jìn)行分析，就是研究其在缺水條件下的生存狀態(tài)，因?yàn)椴煌訁^(qū)作物對水分的需求量存在差異性，因此可以以此為依據(jù)，開展田間水量優(yōu)化配置作業(yè)活動。

二、目標(biāo)函數(shù)

該田間作物灌溉模型的建立健全是以達(dá)到全灌區(qū)灌溉效益為最終目標(biāo)的，而作物水分生產(chǎn)函數(shù)一般使用的是Jensen模型，對某一時(shí)段的灌水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果設(shè)定以后各個(gè)時(shí)段的供水量都是充分的，那么就可以擬定下列目標(biāo)函數(shù)：

其中Ft為t時(shí)段內(nèi)全灌區(qū)所取得的灌溉效益，Yc max為1hm2 作物c隱含的產(chǎn)量（15kg/hm2），PRc為作物c的單價(jià)；Aic代表的是子區(qū)i中作物c覆蓋的面積（666.7hm2）；tc：作物c的時(shí)段序號；AET：作物實(shí)際蒸發(fā)量；PET：作物潛在蒸發(fā)量。在有限供水條件下，作物實(shí)際蒸發(fā)量分為三個(gè)階段：當(dāng)土壤含水量大于適宜含水量下限值時(shí)，作物蒸發(fā)不受干擾，AET與PET相等；當(dāng)前者小于后者時(shí)，作物蒸發(fā)受抑制，AET不斷壓縮；當(dāng)兩者之間存在線性關(guān)系時(shí)，作物死亡，不存在蒸發(fā)量。

三、分析約束有限供水條件下灌區(qū)優(yōu)化配水的因素

一是全灌區(qū)水量平衡約束，其實(shí)質(zhì)上就是骨感水庫（灌溉供水量）與灌區(qū)內(nèi)水庫（全灌區(qū)灌溉灌水量）之間的平衡約束。公式如下：

其中，Rt、RMit、RS1it、RS2it、RTit分別代表的是骨干水庫、中型水庫、?。ㄒ唬┬退畮?、?。ǘ┬退畮?、塘堰向灌溉區(qū)域提供的水量，……表示子區(qū)內(nèi)水利用系數(shù)、子區(qū)至高級水庫的渠道水利用系數(shù)、管控不同子區(qū)的水庫至骨干水庫的渠道水利用系數(shù)；

二是最大灌水定額約束，就是控制對每一種類型的作物灌溉水量的數(shù)額小于其目標(biāo)數(shù)量，可以用如下公式對這一約束條件進(jìn)行表示：

結(jié)束語：

總之，在有限供水條件的制約下，水庫調(diào)度模擬模型與田間配水模擬模型的建設(shè)健全，使各個(gè)田塊毛灌溉需水量得以確定，從而完成水源有效分配的工作任務(wù)；除此之外，NLP優(yōu)化配水模型的應(yīng)用，可以使灌溉水量在空間上將水源準(zhǔn)確的分配給邊際效益較高的子區(qū)，以此途徑去協(xié)助農(nóng)田獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益?？傊e極對整合優(yōu)化模型進(jìn)行研究與擴(kuò)建，在有限供水條件下，應(yīng)用NLP、LP等各種模型，為田間作物供水作業(yè)順利運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，以提升我國農(nóng)作物產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]周祖昊，袁宏源，崔遠(yuǎn)來，羅強(qiáng).有限供水條件下水庫和田間配水整合優(yōu)化調(diào)度[J].水科學(xué)進(jìn)展，2003，02：172-177.