專利名稱：一種灌區(qū)配水方案的確定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及決策支持技術領域，具體涉及一種輔助灌區(qū)灌溉管理 5 決策者確定灌區(qū)配水方案的方法。
背景技術：
目前，全國已建成大中型灌區(qū)5000多處，灌區(qū)是國家糧食安全 的基礎保障，也是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的主要基地。農業(yè)灌溉用水占可利用 水資源總量的80%，其中60%被損耗。這其中除了工程技術方面的 io因素外，灌溉用水缺乏科學決策也是一個重要原因。
灌區(qū)灌溉用水管理決策者的主要職能包括決策灌區(qū)年內種植結 構及各輪次灌溉面積等。但目前，灌區(qū)決策者的決策還只是對以往方 案的沿用，在各方案執(zhí)行前缺乏制定方案的完整的決策思路。其次， 先進灌溉理論與技術的推廣也是灌區(qū)決策者的重要職責之一，但是， 15大部分決策者對其了解不多，這也是先進灌溉理論與技術在大多數(shù)灌 區(qū)中大規(guī)模應用較少的原因之一。
目前已有的進行灌區(qū)種植結構優(yōu)化、灌區(qū)渠系配水、作物灌溉制 度優(yōu)化等研究都只是用計算機計算各模型，缺乏主要針對灌區(qū)決策者 的主要工作職能與決策特點而進行輔助決策的方法。
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發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供了 一種使用先進的灌溉理論與技術，以計算 機進行實現(xiàn)，可完善灌溉用水管理決策，提高灌溉用水管理效益的輔 助灌區(qū)灌溉管理決策者確定灌區(qū)配水方案的方法。
為是實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術方案， 一種灌區(qū)配水方
25案的確定方法，該方法包括
Sl.確定灌區(qū)信息，作物信息，確定作物灌溉方式，并獲取所述
灌溉方式下的灌溉信息，確定所述灌區(qū)階段配水方案的決策目標；
S2.以所述灌溉方式下灌區(qū)各作物種植面積為決策變量，根據所 述灌區(qū)信息、各作物信息、灌溉信息以及決策目標，構建線性規(guī)劃模 型，求得所述決策變量的最優(yōu)解；
5 S3.若求得所述最優(yōu)解的方案符合往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)
灌溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，則以該方案為最終實施的階段方案，否則，
執(zhí)行步驟S4;
S4.重復執(zhí)行步驟S1-S3，獲得若干所述灌區(qū)各作物種植面積的 解以及求得所述灌區(qū)各作物種植面積的若干調整方案； io S5.記錄各調整方案，根據調整后的灌區(qū)各作物種植面積，計算
出決策指標矩陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方案的線性加 權指標值，根據所述線性加權指標值對所述方案進行排序；
S6.根據排序結果，以及所述往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌溉 模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，確定最終實施的階段方案； is S7.根據所述階段方案，對所述灌區(qū)輪次配水量進行供需分析，
確定所述灌區(qū)輪次配水方案。
其中，步驟S7進一步包括若所述灌區(qū)輪次配水量大于所述階 段方案中各作物該輪次總的需水量，則以所述階段方案為輪次配水方 案，否則執(zhí)行步驟S7.1, 20 S7.1優(yōu)先滿足該輪次糧食作物需水量，確定剩余配水量；
S7.2針對剩余配水量，以灌溉凈效益最大為決策目標，以輪次 配水中不同灌溉方式下各作物灌溉面積占階段方案中所述灌溉方式 下各作物種植面積的比例為決策變量，構建線性規(guī)劃模型，得出最優(yōu) 配水方案；
25 S7.3若所述最優(yōu)配水方案符合往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌
溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，則以該方案為輪次配水方案，否則，執(zhí)行步 驟S7.4;
S 7.4調整所述輪次配水中不同灌溉方式的各作物的灌溉面積占
所述階段方案中該灌溉方式的灌溉面積的比例；
S7.5記錄各調整方案，根據所述調整方案，計算出決策指標矩
陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方案的線性加權指標值，根
5據所述線性加權指標值對所述方案進行排序；
S7.6根據排序結果，以及所述往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌 溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，確定最終實施的輪次配水方案。
其中，所述灌區(qū)信息包括灌區(qū)耕地面積、人口數(shù)量、水價、糧食 需求量、灌區(qū)灌溉年配水量以及輪次配水量；所述作物信息包括作物 io 種類及其巿場價格。
其中，所述決策目標為總產量最大、總效益最大、水分利用效率 最高、水分利用效益最高中的一個或多個。
其中，所述灌溉方式包括充分灌溉或者非充分灌溉方式下的溝 灌、管灌、滴灌、畦灌或者噴灌。 15 其中，所述灌溉信息包括所述灌溉方式下的灌水定額、種植成
本以及單產量。
其中，所述灌溉方式下各作物種植面積包括充分灌溉方式下的種 植面積以及非充分灌溉方式下的種植面積。


20 圖1為本發(fā)明灌區(qū)階段配水方案的確定流程圖2為本發(fā)明灌區(qū)輪次配水方案的確定流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種灌區(qū)配水方案的確定方法，結合附圖和實施例 說明如下。
25 本發(fā)明針對灌區(qū)灌溉用水管理決策者的主要工作職責，即決策灌
區(qū)不同灌溉方式下作物種植面積的年方案及第P輪次配水時各作物的 灌溉面積，提供完善決策思路與方法，采用人機交互決策的形式加以
實現(xiàn)，同時引導使用先進的灌溉技術，輔助進行灌溉用水管理決策。 如圖l-2所示，包括如下步驟
51. 確定灌區(qū)信息，作物信息，確定作物灌溉方式，并獲取所述 灌溉方式下的灌溉信息，確定所述灌區(qū)配水年方案的決策目標；
5 灌區(qū)基本信息包括耕地面積Cr、人口 Pe、水價P"人均糧食
需要量a、干渠口不同水平年來水量S、各輪次配水量Sp等。
作物基本信息包括各種作物種類i 當l^^m時，其中
ni為糧食作物種類)，巿場價格Pi。
查詢并確定各作物的可能灌溉方式①充分灌溉、非充分灌溉， io ②溝灌、管灌、滴灌、畦灌、噴灌等，①與②的組合為各作物灌溉方 式j (當1Sj^i^時為充分灌溉，當mt+l^^m時，為非充分灌溉，其 中，m為作物灌溉方式種類總數(shù)，HM為充分灌溉種類數(shù))，并從數(shù)據 庫中調出所確定的灌溉方式下相應的灌溉信息，即各種灌溉方法的信 息參數(shù)，如灌水定額為mijk,種植成本為Cij，單產為yy(i為作物 is種類；j為灌溉方式；k為第k生育期(l<k<q),若僅在第k生育期 釆用第a種水分虧缺水平灌溉時，灌水定額為 m 'ijka， 減產系數(shù)為 Yijka, 即第i種作物在第j種灌溉方式下的第k階段進行第a種水分虧缺水 平灌溉時的產量與進行充分灌溉時產量的比值為Yi ika 。
其中，根據實驗，與在作物某生育階段釆用充分灌溉相比，可在 20作物某生育階段釆用少于充分灌水定額的水量進行灌溉，根據不同的 水量，有不同的產量值，這一種灌溉方式為第oc種(Ko^h)水分虧 缺水平灌溉。
決策者選擇灌區(qū)配水年方案的決策目標Gi,決策目標包括總產 量最大Gp總效益最大G2、水分利用效率最高G3、水分利用效益最 25高G4，目標個數(shù)為N,當N=l為單目標，N>1為多目標。
52. 以所述灌溉方式下灌區(qū)各作物種植面積為決策變量，根據所 述灌區(qū)信息、各作物信息、灌溉信息以及決策目標，構建線性規(guī)劃模
型，求得所述灌溉方式下灌區(qū)各作物種植面積的最優(yōu)解；
以所述灌溉方式下所述灌區(qū)各作物種植面積Aij為決策變量，每
種作物種植面積A,,各目標值Gi，構建線性規(guī)劃模型其模型如下 (1)確定目標函數(shù)
① 總產量最大
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② 凈效益最大
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③ 水分利用效率最高
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④ 水分利用效益最高
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(2)確定約東函數(shù)
① 各作物各種灌溉方式下的種植面積大于零
② 各作物各種灌溉方式的面積之和小于灌區(qū)內的耕地面積
<formula>formula see original document page 8</formula>
③ 灌區(qū)內糧食自給自足
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20 各作物各生育期需水量小于相應各輪次實際配水量
各作物整個生育期灌水量小于年配水量 nm q
i=i j=i k=i
其中，yij(l^^n, l^iSm;當l^Sn,時為糧食作物，當l^^m!
5時為充分灌溉，當m,+l^^n時為非充分灌溉)為第i種作物在第j 種灌溉方式下的單產量(kg/畝)，A,j為第i種作物在第j種灌溉方式 下的種植面積(畝)，Pi為第i種作物的單價(元/kg), mijk為第i種 作物在第j種灌溉方式下第k階段的灌水定額(mV畝)，^為水價(元 /m3) ， Dij為第i種作物在第j種灌溉方式下的單位面積種植成本(元/
io 畝)，Cr為灌區(qū)耕地面積(畝)，Pe為灌區(qū)人口 (萬人)，a為人均糧 食需求量(kg/人)，Sp為灌區(qū)第P輪次灌溉配水量，S為灌區(qū)農業(yè)灌 溉年配水量。
因為決策者為灌區(qū)管理者，有多年的對于本灌區(qū)種植結構的經 驗，灌溉方式現(xiàn)狀及發(fā)展形式的了解，同時線性規(guī)劃只是一種通過數(shù) is學方式進行求解的過程，很可能用線性規(guī)劃求的最優(yōu)解不符合實情， 因此需要與決策者進行交互。
53. 與決策者進行交互，由決策者根據往年灌區(qū)種植結構比例與 灌區(qū)灌溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，確定是否以求得Ay最優(yōu)解的方案為年 方案，即各作物的灌溉方式以及在所述灌溉方式下的種植面積的年方
20案，若是，則執(zhí)行步驟S6，若否，則執(zhí)行步驟S4;
54. 由決策者對灌區(qū)各作物灌溉方式以及所述灌溉方式下的種 植面積進行調整；
決策者對最優(yōu)解的調節(jié)是根據多年的對于本灌區(qū)種植結構的經
驗，灌溉方式現(xiàn)狀及發(fā)展形式的了解，通過先設定各作物各種灌溉方
式的面積之和Z Z Ai.i的值，再對Aij進行相應調整的，調整步長 i=l j=l '
由決策者根據步驟S3得出的Aij最優(yōu)解自行設定，調整范圍是0，
i=l j=l
55. 記錄決策者的調整方案，根據所述調整后的灌區(qū)各作物種植 5面積，計算出決策指標矩陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方
案的線性加權指標值，根據所述線性加權指標值對所述方案進行排
序；
決策者每確認一次調整方案，計算機便將根據調整后的Aij及步
驟S2的模型，計算決策者選擇的決策目標值及分析約東函數(shù)滿足情
10況，并警告不滿足約東函數(shù)的調整方案。各滿足約東條件的調整方案
及相應的決策目標值構成決策指標矩陣，由線性比例變換法對此矩陣 進行歸一化處理，并設各目標的權重相等，再利用簡單線性加權法得
出各方案的線性加權指標值，根據此指標值對各調整方案進行排序；
56. 由所述決策者根據多年的對于本灌區(qū)種植結構的經驗，灌溉 15方式現(xiàn)狀及發(fā)展形式的了解，及其對于風險的態(tài)度(最優(yōu)結果必然有
風險)，選擇最終實施的年方案；
57. 根據所述年方案，針對灌區(qū)第P輪實際配水量Sp,進行與年 方案各作物相應的第k階段總的需水量<formula>formula see original document page 10</formula>的供需平衡
分析，以確定灌區(qū)輪次配水方案， 一般來說，灌區(qū)水庫放水是分階段 20的， 一般根據灌區(qū)作物的需水期確定，灌區(qū)第P輪放水時必然是某作 物第k階段需水期。
其中，步驟S7進一步包括若總的需水量2L5^mijkAij小于
實際輪次配水量Sp，則以所述年方案為輪次配水方案，否則執(zhí)行步驟 S7.1;
25 S7.1優(yōu)先滿足該輪次糧食作物需水量，確定剩余配水量Sp';
S7.2針對剩余配水量Sp'，以灌溉凈效益最大為決策目標，以輪 次配水中不同灌溉方式下各作物灌溉面積占年方案中所述灌溉方式 下各作物種植面積的比例為決策變量，構建線性規(guī)劃模型，得出最優(yōu) 配水方案；
5 S7.3由決策者根據灌區(qū)實際情況及以往灌溉資料確定是否以所
述最優(yōu)配水方案為輪次配水方案，若否，則執(zhí)行步驟S7.4;
S7.4決策者調整所述輪次配水中不同灌溉方式的各作物的灌溉 面積占所述年方案中該灌溉方式的灌溉面積的比例；
決策者通過調整Sijka， S'ijk，對最優(yōu)配水方案進行調整，調整步長 io由決策者根據步驟S7.2得出的最優(yōu)值自行確定，調整范圍為0， 1。 S7.5記錄決策者的調整方案，根據所述調整方案，計算出決策 指標矩陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方案的線性加權指標 值，根據所述線性加權指標值對所述方案進行排序；
決策者每確認一次調整記錄，計算機便記錄下調整方案，由各 15 Si*, S'jjk值計算出步驟S7.2中的決策目標值及分析約束函數(shù)滿足情 況，并警告不滿足約東函數(shù)的調整方案。各滿足約束條件的調整方案 及相應的決策目標值構成決策指標矩陣，由線性比例變換法對此矩陣 進行歸一化處理，并設各目標的權重相等，再利用簡單線性加權法得 出各方案的線性加權指標值，根據此指標值對各調整方案進行排序。 20 S7.6由決策者根據多年的對于本灌區(qū)種植結構的經驗，灌溉方
式現(xiàn)狀及發(fā)展形式的了解，及其對于風險的態(tài)度，確定最終實施的輪 次配水方案。
其中步驟S7.2中決策變量為Bi」 ka與Cij5'ijk(Bjj為年方案中實施 充分灌溉的種植面積，5一為第P輪配水時對第i種作物的第k階段 25進行第a種(Ko^h)水分虧缺水平灌溉的面積所占Bij的比例，Qj 為在年方案中進行非充分灌溉的種植面積，5V為在第P輪配水時的 非充分灌溉面積所占Cij的比例)，決策目標為灌水凈效益最大，其線 性規(guī)劃模型模型如下
(1) 確定目標函數(shù)
MaxT = Z X yij (1 — 7— )Bij (1 — 5ijka ) Pi
i=l j=l cc二l m
5 一 [J] Z- J! S (附w — m',jka) 5!乂1 —
+ S力mijkCij5、kP「B,j (Hi麵)+ C〉
j二ir^+l k=l j=l
(2) 確定約東條件
① 本輪在充分灌溉中進行不同種水分虧缺水平的灌溉面積比例為 io
② 本輪進行非充分灌溉的面積比例為[O， 1]
15
20
25
③先滿足糧食作物需水量后的水量為Sp',其余作物需水量小于Sp'
n—a mi mi h m
i=l j=l j=l a=l j=m!+l
式中，yij (13^1， l^j^m;當ISSni時為糧食作物，當l^^m! 時為充分灌溉，當m,+l^^m時為非充分灌溉)為年方案中第i種作 物在第j種灌溉方式下的產量(kg/畝)，Y一為第i種作物在第j種灌 溉方式下的第k階段進行第a種水分虧缺水平灌溉的減產系數(shù)，即第 i種作物在第j種灌溉方式下的第k階段進行第a種水分虧缺水平灌 溉時的產量與進行充分灌溉時產量的比值,By為年方案中實施充分灌 溉的種植面積(畝)， ka為第P輪配水中第i種作物在第j種充分灌 溉方式下對的第k階段進行第a種水分虧缺水平灌溉的面積占Bg的
比例，Pi為第i種作物的單價(元/kg)， Cij為在年方案中進行非充分
灌溉的種植面積(畝)5V為在第P輪配水時的非充分灌溉面積所占 q的比例，mijk為第i種作物在第j種灌溉方式下第k階段的灌水定 額(mV畝)，m'ijka為第i種作物在第j種灌溉方式下的第k階段進行 第a種水分虧缺水平灌溉的灌水定額(mV畝)。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關 技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明 的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1、一種灌區(qū)配水方案的確定方法，該方法包括以下步驟S1.確定灌區(qū)信息，作物信息，確定作物灌溉方式，并獲取所述灌溉方式下的灌溉信息，確定所述灌區(qū)階段配水方案的決策目標；S2.以所述灌溉方式下灌區(qū)各作物種植面積為決策變量，根據所述灌區(qū)信息、各作物信息、灌溉信息以及決策目標，構建線性規(guī)劃模型，求得所述決策變量的最優(yōu)解；S3.若求得所述最優(yōu)解的方案符合往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，則以該方案為最終實施的階段方案，否則，執(zhí)行步驟S4；S4.重復執(zhí)行步驟S1-S3，獲得若干所述灌區(qū)各作物種植面積的解以及求得所述灌區(qū)各作物種植面積的若干調整方案；S5.記錄各調整方案，根據調整后的灌區(qū)各作物種植面積，計算出決策指標矩陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方案的線性加權指標值，根據所述線性加權指標值對所述方案進行排序；S6.根據排序結果，以及所述往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，確定最終實施的階段方案；S7.根據所述階段方案，對所述灌區(qū)輪次配水量進行供需分析，確定所述灌區(qū)輪次配水方案。
2、如權利要求l所述的灌區(qū)配水方案的確定方法，其特征在于，步驟S7進一步包括若所述灌區(qū)輪次配水量大于所述階段方案中各 作物該輪次總的需水量，則以所述階段方案為輪次配水方案，否則執(zhí) 行步驟S7.1，S7.1優(yōu)先滿足該輪次糧食作物需水量，確定剩余配水量； 25 S7.2針對剩余配水量，以灌溉凈效益最大為決策目標，以輪次配水中不同灌溉方式下各作物灌溉面積占階段方案中所述灌溉方式 下各作物種植面積的比例為決策變量，構建線性規(guī)劃模型，得出最優(yōu) 配水方案；S7.3若所述最優(yōu)配水方案符合往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌 溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，則以該方案為輪次配水方案，否則，執(zhí)行步 驟S7.4;5 S7.4調整所述輪次配水中不同灌溉方式的各作物的灌溉面積占所述階段方案中該灌溉方式的灌溉面積的比例；S7.5記錄各調整方案，根據所述調整方案，計算出決策指標矩 陣，通過線性比例變換及線性加權得出各方案的線性加權指標值，根 據所述線性加權指標值對所述方案進行排序； io S7.6根據排序結果，以及所述往年灌區(qū)種植結構比例、灌區(qū)灌溉模式現(xiàn)狀及發(fā)展目標，確定最終實施的輪次配水方案。
3、 如權利要求l所述的灌區(qū)配水方案的確定方法，其特征在于， 所述灌區(qū)信息包括灌區(qū)耕地面積、人口數(shù)量、水價、糧食需求量、灌 區(qū)灌溉年配水量以及輪次配水量；所述作物信息包括作物種類及其巿15 場價格。
4、 如權利要求1所述的灌區(qū)配水方案的確定方法其特征在于， 所述決策目標為總產量最大、總效益最大、水分利用效率最高、水分 利用效益最高中的一個或多個。
5、 如權利要求l所述的灌區(qū)配水方案的確定方法，其特征在于， 20所述灌溉方式包括充分灌溉或者非充分灌溉方式下的溝灌、管灌、滴灌、畦灌或者噴灌。
6、 如權利要求l所述的灌區(qū)配水方案的確定方法，其特征在于， 所述灌溉信息包括所述灌溉方式下的灌水定額、種植成本以及單產 量。
7、如權利要求1或2所述的灌區(qū)配水方案的確定方法，其特征在于，所述灌溉方式下各作物種植面積包括充分灌溉方式下的種植面 積以及非充分灌溉方式下的種植面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種灌區(qū)配水方案的確定方法，該方法通過確定灌區(qū)信息，作物信息，確定作物灌溉方式，并獲取所述灌溉方式下的灌溉信息，確定灌區(qū)階段配水方案的決策目標；構建線性規(guī)劃模型，求出所述灌溉方式下的作物種植面積的最優(yōu)解；再通過與決策者的交互，獲取調整方案，計算出決策指標矩陣，通過線性比例變換及線性加權等運算，對調整方案進行排序；最終確定灌區(qū)的階段配水方案以及輪次配水方案。本方法使用先進的灌溉理論與技術，完善了灌溉用水管理決策的過程，提高了灌溉用水管理的效益。
文檔編號G06Q50/00GK101356882SQ20081022251
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者康紹忠, 曾勰婷 申請人:中國農業(yè)大學