單塊灘涂圍墾進度決策優化

陳新華　顧麗瓊　潘張宇

摘 要：針對單塊灘涂土地利用優化規劃與最優開發進度決策問題，使灘涂圍墾達到預期的目的，并獲得良好的經濟效益。確定灘涂圍墾工程的規模和空間布局、開發方案及實施策略。以單塊灘涂階段末總凈效益現值最大為目標，各階段開發面積為決策變量，充分考慮各階段單位籌集資金、灘涂總面積、適宜墾殖面積、各墾殖項目面積上下限為約束條件，構建以單塊灘涂計算期末總凈效益最大為目標函數的單塊灘涂優化圍墾進度模型。采用大系統分解?動態規劃聚合法求解該模型，獲得單塊灘涂各墾殖項目各階段最優開發面積，以及對應的最大總凈效益現值。提出的模型求解方法對今后開展單塊灘涂開發建設具有一定實用價值，也為進一步開展多塊灘涂優化圍墾進度研究提供理論基礎。

關鍵詞：單塊灘涂圍墾；決策優化；大系統分解?動態規劃聚合法

中圖分類號：P458.1+21.2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180431022

1 概述

灘涂圍墾必須建立在科學利用的基礎上，科學的處理好自然條件和社會因素的影響，確定出圍墾工程的空間布局和規模、開發利用方案等。系統工程理論和方法在灘涂決策研究中[1-7]得到越來越多的應用，灘涂圍墾的墾區排澇排水系統最優規劃、最優分期圍墾面積等研究課題都得到了預期的成果。吳玉柏等[8]利用線性規劃方法對大喇叭墾區分期開發進行了研究，制定了墾區中長期發展規劃；郭元裕等[9]利用動態規劃原理對灘涂圍墾進行了最優規劃。但尚存在一定不足：數學模型適用范圍小，適應范圍小，僅適應于特定墾區；在多塊灘涂的最優圍墾決策研究方面尚未展開；土地利用規劃、分期圍墾進度與排澇排水規劃之間的內在聯系沒有充分考慮。

構建以單塊灘涂計算期末總凈效益最大為目標函數的單塊灘涂優化圍墾進度模型，采用大系統分解-動態規劃聚合法[10-15]求解該模型，獲得單塊灘涂各墾殖項目各階段最優開發面積，以及對應的最大總凈效益現值，提出的模型求解方法對今后開展單塊灘涂開發建設具有一定實用價值，也為進一步開展多塊灘涂優化圍墾進度研究提供理論基礎。

2 單塊灘涂土地利用優化規劃與最優開發進度決策模型

建立的模型不考慮各塊間匡圍時公共工程（如隔堤）等問題。為體現長期效益最大，設開發規劃期為T年，分為NN個階段，每個階段D年，T=D×NN。將土地利用優化規劃與最優進度決策相結合，以單塊灘涂從匡圍初期到計算期末開發的總凈效益現值最大為目標，各階段各墾殖項目的開發面積為決策變量，考慮各階段開發單位籌集資金、灘涂總面積、適宜墾殖面積、以各墾殖項目面積的上下限為約束條件，構建單塊灘涂土地利用優化規劃與最優開發進度決策模型，以期確定各階段優化墾殖布局及開發進度。

2.1 目標函數

3.2 子模型單純形法優化

上述模型是線性規劃模型，可用單純形法求解。

對于墾殖項目K，將各階段籌集資金KJ（n）按一定步長m離散，即m=1，2，…KJ（n，m），分別進行一系列不同資金約束KJ（n，m）下的子模型優化求解，獲得一系列給定各階段資金約束下，各階段最優種植面積分配X（n，m），及對應的最大凈效益現值PP（m），即PP（k，m）～X（n，m）。

對每一個墾殖項目K，共需進行K組子系統優化方法，最終獲得一系列PP（k，m）～X（k，n，m）關系。

3.3 大系統動態規劃聚合模型構建及求解

以各墾殖項目各階段的籌集資金為決策變量，將原模型（1）～（5）轉換為如下聚合模型。

3.4 聚合模型優化成果回查尋優

根據獲得的各墾殖項目各階段最優資金分配值，回查子模型優化成果中各子系統給定籌集資金下對應的優化種植面積分配，最終獲得各墾殖項目各階段最優種植面積分配。

以上采用基于單純形法的大系統分解-動態規劃聚合法求解思路如圖1所示。

4 計算實例

4.1 墾區基本情況

鹽城市蒲港墾區主要以鹽業和對蝦養殖為開發項目，灘涂總面積393.33hm2，基本情況及墾殖經濟指標如表1所示。

規劃期共30a，均分為6個階段，每階段5a，圩堤及排灌設施壽命30a，資金年折現率7%。項目開發初期一次性投資300萬元。采用前述方法，進行單塊墾區最優化決策計算。

4.2 蒲港墾區土地利用優化規劃與最優開發進度決策成果

最優化決策結果如表2所示。各階段墾殖項目面積如圖2所示。

由圖2可以看出，采用基于子系統單純形法優化的大系統分解-動態規劃聚合法，對蒲港墾區不同墾殖項目優化決策計算分析，鹽業項目和對蝦項目的最大墾殖面積分別位于開發期的第5階段和第6階段，結合表2可知，可獲得合計800萬元的最大開發凈效益值。

5 結論

本文針對單塊灘涂土地利用優化規劃與最優開發進度決策問題，以單塊灘涂階段末總凈效益現值最大為目標，各階段開發面積為決策變量，考慮各階段單位籌集資金、灘涂總面積、適宜墾殖面積、各墾殖項目面積上下限為約束條件，構建了單塊灘涂土地最優開發進度數學模型，采用基于子模型單純形法優化的大系統分解-動態規劃聚合法求解，以鹽城市蒲港墾區為計算實例，獲得了較好的優化開發進度成果。本文方法有效可行，獲得的成果效益明顯，可為單塊灘涂土地優化開發進度決策提供借鑒與參考；同時也為開展多塊灘涂優化圍墾進度決策研究提供理論支撐。

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