引黃灌區(qū)多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置－調(diào)度雙層模型

馮濤 閆豐 左其亭 朱大炯 于磊

摘 要：為合理優(yōu)化調(diào)配水資源，實現(xiàn)灌區(qū)綜合效益最大化，以趙口引黃灌區(qū)二期工程為研究對象，構(gòu)建多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置－調(diào)度雙層模型。采用遺傳算法，優(yōu)化求解得到２０３０ 年５０％、７５％、９５％設(shè)計頻率的灌區(qū)各用水戶（居民與牲畜、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)、環(huán)衛(wèi)綠化和河湖生態(tài)）最優(yōu)分配水量及渠系調(diào)水方案。研究結(jié)果表明：不同設(shè)計頻率的最優(yōu)水量分配方案均能滿足灌區(qū)各用水戶發(fā)展基本需求，居民與牲畜用水、工業(yè)用水、服務(wù)業(yè)用水均能優(yōu)先得到滿足，農(nóng)業(yè)用水供需比保持在０．７６ 以上；５０％、７５％、９５％設(shè)計頻率的灌區(qū)各渠道引黃水占比分別為４６．６１％、４２．２８％和４８．５８％。

關(guān)鍵詞：多目標(biāo)優(yōu)化；水資源優(yōu)化配置；渠系調(diào)度；雙層模型；引黃灌區(qū)

中圖分類號：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻標(biāo)志碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０１２

引用格式：馮濤，閆豐，左其亭，等．引黃灌區(qū)多目標(biāo)水資源優(yōu)化配置－調(diào)度雙層模型［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：６５－７０．

高質(zhì)量灌區(qū)建設(shè)是發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、響應(yīng)國家糧食安全中長期規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)的重要舉措，對保障國家糧食安全具有重要意義［１］ 。灌區(qū)作為重要的糧食生產(chǎn)基地，如何科學(xué)合理地調(diào)配灌區(qū)水資源、最大限度地發(fā)揮水資源綜合效益，是灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)面臨的重要課題［２］ 。灌區(qū)水資源調(diào)度是一個復(fù)雜的多水源多用戶多層次調(diào)控問題，不僅涉及過境水、地下水、當(dāng)?shù)氐乇硭⒃偕榷喾N水源，生活、生產(chǎn)、生態(tài)等多個用水部門，而且涉及渠首供水、渠道輸配水、田間引水等多個層級，各層級之間相互關(guān)聯(lián)，形成遞階關(guān)系［３］ 。因此，采用多層優(yōu)化模型處理不同層級的水資源配置問題，成為灌區(qū)配水研究的主流方法［４］ 。劉移勝等［５］ 建立了基于多水源、多用水戶拓撲關(guān)系的水資源優(yōu)化配置模型，可有效解決從灌區(qū)分區(qū)供水到各用水戶的優(yōu)化配置問題。陳曉楠等［６］ 將大系統(tǒng)優(yōu)化理論應(yīng)用于灌區(qū)不同分區(qū)與作物各生長階段之間的用水調(diào)配，推算出作物層級的最優(yōu)灌溉制度。然而，在對灌區(qū)進行層級調(diào)控時，面臨多水源、多部門之間復(fù)雜的協(xié)調(diào)匹配問題，需要綜合考慮經(jīng)濟、社會、生態(tài)目標(biāo)來解決高效用水、經(jīng)濟產(chǎn)出和環(huán)境效益之間的矛盾［７］ 。為此，王芊予等［８］ 開發(fā)了基于第三代非支配排序遺傳算法（ＮＳＧＡ－Ⅲ）的多目標(biāo)層級水資源配置模型，得出灌溉經(jīng)濟效益、用水效率、作物缺水、地下水可持續(xù)利用和渠系配水公平等不同目標(biāo)的配水方案。楊改強等［９］ 建立了基于不確定性的多目標(biāo)層級模型，并應(yīng)用于不同灌片、不同作物以及不同生育期內(nèi)的配水方案研究，以提升汾河灌區(qū)經(jīng)濟效益和灌溉效率。多目標(biāo)與層級相結(jié)合的方法能夠有效處理灌區(qū)水資源系統(tǒng)供－輸－配－排環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，同時可以滿足灌區(qū)水資源配置的多元化要求。