水資源配置方法和裝置制造方法及圖紙

一種水資源配置方法和裝置。所述方法包括：A、以土地利用最大化和用水量最小化為目標，以地表水量約束、地下水可用水量約束、地表水灌溉比例約束、灌溉需水量約束、土地利用約束、水庫容量約束和灌溉水量非負約束為約束條件，建立優化模型；B、根據區間交互式算法將所述優化模型拆解為上界子模型和下界子模型，再通過二型模糊降型方法引入懲罰系數，將所述上界子模型和下界子模型轉化為所對應的線性規劃模型，進行求解所述模型；C、選擇不同的地下水使用比例，帶入模型進行計算，獲取地下水使用比例與農作物種植結構之間的關系。利用本發明專利技術的方法和裝置，能夠開展多重不確定條件下水資源利用的規劃，提供合理的農業灌溉方法。

【技術實現步驟摘要】
水資源配置方法和裝置
本專利技術涉及農業灌溉
，特別是涉及到對于地表和地下水資源的配置技術。
技術介紹
農業是人類社會賴以生存的基本生活資料的來源，是社會分工和國民經濟其他部門成為獨立的生產部門的前提和進一步發展的基礎，也是一切非生產部門存在和發展的基礎。國民經濟其他部門發展的規模和速度，都要受到農業生產力發展水平和農業勞動生產率高低的制約。目前，全球在發展經濟的同時，正面臨著：農產品品種、品質結構尚不優化，農業用水浪費現象嚴重等問題。農業土地資源的嚴重不足和退化已經成為各國經濟發展中首要面臨的一個問題，再加上農業用水浪費現象嚴重，導致地下水過量開采，嚴重影響了各國農業的可持續發展。近年來，中國農業發展問題日益突出，具體表現在：(1)農業用地粗放經營導致耕地質量嚴重下降；(2)流域降水時間分布不均，全年降水主要集中于夏季；(3)由于降水減少，下墊面變化，導致可用灌溉水量越來越少；(4)不合理抽水井的布點以及地下水的過分開采，導致地下水位已嚴重下降并不能反彈。因此，經常發生缺水和干旱事件，嚴重影響了社會的可持續發展。水資源規劃技術所面臨的一個重要問題是如何綜合考慮農業土地利用和灌溉需求，合理利用水資源及耕地，在保護生態的同時達到農業可持續發展的目的。因此，將農業土地利用與灌溉相結合，開展科學管理和相關策略的分析，對解決由于農業灌溉帶來的一系列環境問題，制定平衡農業生產與土地利用和水資源供給之間矛盾的政策，具有至關重要的作用。此外，隨著社會的快速發展，農業自身的結構和規模必然隨時間和空間的變異而發生演變，帶來各種的不確定性。目前，盡管國內外學者在農業水資源環境系統不確定性管理決策方法的研究和應用方面，已經開展了大量的探索和研究工作，但仍存在一定的局限性。例如，缺乏表征農業系統復雜性和多重不確定性規劃方法的研究與開發，不能有效地在時間上和空間上充分考慮農業系統的不確定性因素，從而難以兼顧多方面的需求給出合理有效的決策方案。此外，在農業系統管理應用方面，目前也缺少能有效地反映系統動態、多元、時空等特征，所有這些問題已成為嚴重制約農業水資源合理配置研究的重要瓶頸。
技術實現思路
鑒于此，本專利技術的目的在于充分考慮農業系統的不確定因素，兼顧多方面的需求給出地表和地下水資源的配置方案，有效地反映系統動態、多元、時空特征，優化水資源的利用。為了實現此目的，本專利技術采取的技術方案為如下。一種水資源配置方法，包括以下步驟：A、以土地利用最大化和用水量最小化為目標，以地表水量約束、地下水可用水量約束、地表水灌溉比例約束、灌溉需水量約束、土地利用約束、水庫容量約束和灌溉水量非負約束為約束條件，建立優化模型；B、根據區間交互式算法將所述優化模型拆解為上界子模型和下界子模型，再通過二型模糊降型方法引入懲罰系數，將所述上界子模型和下界子模型轉化為所對應的線性規劃模型，進行求解所述模型；C、選擇不同的地下水使用比例，帶入模型進行計算，獲取地下水使用比例與農作物種植結構之間的關系。特別地，步驟A之前，進一步包括：A0、將目標區域劃分為不同的子區域；相應地，步驟A中考慮不同區域的總土地利用最大化和總用水量最小化為目標，并分別以地表水總量約束、地下水可用水總量約束、各子區域地表水灌溉比例約束、灌溉需水總量約束、各子區域土地利用約束、各子區域水庫容量約束和各子區域灌溉水量非負約束為約束條件，其中：地表水總量約束、地下水可用水總量約束和灌溉需水總量約束分別為各子區域地表水量之和、地下水可用水量之和與灌溉需水量之和的約束。其中，所述地表水總量約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，OCk為季節k時市政用水輸水量，OSk為季節k時工業用水輸水量，為季節k時水庫最終儲水量，為季節k時水庫損失水量，為季節k時水庫初始蓄水量，為季節k時河流注入水庫水量。另外，所述地下水可用水總量約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地下水灌溉量，R為一般地下水使用比例，XZ±為地下水可用水量。并且，所述各子區域地表水灌溉比例約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，為地表水最大灌溉比例，為季節k時子區域i中農作物j所分配地下水灌溉量。另外，所述灌溉需水總量約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為農作物j灌溉定額，為季節k時子區域i中農作物j的種植面積，BS±為地表水輸水效率，為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，XS±為地下水輸水效率，其中為季節k時子區域i中農作物j所分配地下水灌溉量。另外，所述各子區域土地利用約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j的種植面積，為子區域i最大可允許種植面積。所述各子區域水庫容量約束為：其中k為季節類型，為水庫最小儲水量，為季節k時水庫初始蓄水量，為季節k時水庫最終儲水量，為水庫最大儲水量。一種水資源配置裝置，包括模型確定單元、模型求取單元、模型適用單元，模型確定單元和模型適用單元均連接至模型求取單元，其中，模型確定單元用于以土地利用最大化和用水量最小化為目標，以地表水量約束、地下水可用水量約束、地表水灌溉比例約束、灌溉需水量約束、土地利用約束、水庫容量約束和灌溉水量非負約束為約束條件，建立優化模型，模型確定單元將優化模型發送至模型求取單元；模型求取單元用于根據區間交互式算法將所述優化模型拆解為上界子模型和下界子模型，再通過二型模糊降型方法引入懲罰系數，將所述上界子模型和下界子模型轉化為所對應的線性規劃模型，進行求解所述模型，模型求取單元將求取的結果發送至模型適用單元；模型適用單元用于選擇不同的地下水使用比例，帶入模型進行計算，獲取地下水使用比例與農作物種植結構之間的關系。其中，所述模型確定單元包括區域劃分單元，所述區域劃分單元用于將目標區域分為不同的子區域；相應地，模型確定單元考慮不同區域的總土地利用最大化和總用水量最小化為目標，并分別以地表水總量約束、地下水可用水總量約束、各子區域地表水灌溉比例約束、灌溉需水總量約束、各子區域土地利用約束、各子區域水庫容量約束和各子區域灌溉水量非負約束為約束條件，其中：地表水總量約束、地下水可用水總量約束和灌溉需水總量約束分別為各子區域地表水量之和、地下水可用水量之和與灌溉需水量之和的約束。通過本專利技術的水資源配置方法和裝置，能夠綜合考慮多種因素的影響與制衡，開展多重不確定條件下農業土地利用及灌溉管理方法的分析，通過區間規劃、區間二型模糊降型方法的引入，充分考慮糧食產量需求、農業土地利用效率和農業水資源利用效率等問題，提供合理的農業灌溉方法，并將其應用在目標區域農業生產中，在充分利用地表水的情況下，考慮使用地下水，實現對農業生產系統的科學管理和宏觀政策的戰略分析，為解決農業生產的實際問題提供支持。附圖說明圖1是本專利技術水資源配置方法的示意圖。圖2是不同地下水使用量下作物種植面積的示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術作詳細說明。以下公開詳細的示范實施例。然而，此處公開的具體結構和功能細節僅僅是出于描述示范實施例的目的。然而，應該理解，本專利技術不局限于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水資源配置方法，包括以下步驟：A、以土地利用最大化和用水量最小化為目標，以地表水量約束、地下水可用水量約束、地表水灌溉比例約束、灌溉需水量約束、土地利用約束、水庫容量約束和灌溉水量非負約束為約束條件，建立優化模型；B、根據區間交互式算法將所述優化模型拆解為上界子模型和下界子模型，再通過二型模糊降型方法引入懲罰系數，將所述上界子模型和下界子模型轉化為所對應的線性規劃模型，進行求解所述模型；C、選擇不同的地下水使用比例，帶入模型進行計算，獲取地下水使用比例與農作物種植結構之間的關系。

【技術特征摘要】
1.一種水資源配置方法，包括以下步驟：A、將目標區域劃分為不同的子區域；以不同區域的總土地利用最大化和總用水量最小化為目標，以地表水總量約束、地下水可用水總量約束、各子區域地表水灌溉比例約束、各子區域灌溉需水量約束、土地利用約束、水庫容量約束和灌溉水量非負約束為約束條件，其中：地表水總量約束、地下水可用水總量約束和灌溉需水總量約束分別為各子區域地表水量之和、地下水可用水量之和與灌溉需水量之和的約束，建立優化模型，優化目標函數可表示為：與式中為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，為季節k時子區域i中農作物j所分配地下水灌溉量，為季節k時子區域i中農作物j的種植面積；B、根據區間交互式算法將所述優化模型拆解為上界子模型和下界子模型，再通過二型模糊降型方法引入懲罰系數，將所述上界子模型和下界子模型轉化為所對應的線性規劃模型，進行求解；C、選擇不同的地下水使用比例，帶入模型進行計算，獲取地下水使用比例與農作物種植結構之間的關系。2.根據權利要求1中所述的水資源配置方法，其特征在于，所述地表水總量約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，OCk為季節k時市政用水輸水量，OSk為季節k時工業用水輸水量，為季節k時水庫最終儲水量，為季節k時水庫損失水量，為季節k時水庫初始蓄水量，為季節k時河流注入水庫水量。3.根據權利要求1中所述的水資源配置方法，其特征在于，所述地下水可用水總量約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地下水灌溉量，R為地下水使用比例，XZ±為地下水可用水量。4.根據權利要求1中所述的水資源配置方法，其特征在于，所述各子區域地表水灌溉比例約束為：其中i為子區域、j為農作物類型、k為季節類型，為季節k時子區域i中農作物j所分配地表水灌溉水量，為地表水最大灌溉比例，為季節k時子區域i中農作物j所分配地...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王春曉，李永平，張俊龍，郭軍紅，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11