[發(fā)明專利]水資源配置方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510025477.X
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104657591B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王春曉;李永平;張俊龍;郭軍紅
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到對于地表和地下水資源的配置技術(shù)。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)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(jīng)濟其他部門成為獨立的生產(chǎn)部門的前提和進一步發(fā)展的基礎(chǔ)，也是一切非生產(chǎn)部門存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。國民經(jīng)濟其他部門發(fā)展的規(guī)模和速度，都要受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展水平和農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率高低的制約。目前，全球在發(fā)展經(jīng)濟的同時，正面臨著：農(nóng)產(chǎn)品品種、品質(zhì)結(jié)構(gòu)尚不優(yōu)化，農(nóng)業(yè)用水浪費現(xiàn)象嚴重等問題。農(nóng)業(yè)土地資源的嚴重不足和退化已經(jīng)成為各國經(jīng)濟發(fā)展中首要面臨的一個問題，再加上農(nóng)業(yè)用水浪費現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致地下水過量開采，嚴重影響了各國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

近年來，中國農(nóng)業(yè)發(fā)展問題日益突出，具體表現(xiàn)在：(1)農(nóng)業(yè)用地粗放經(jīng)營導(dǎo)致耕地質(zhì)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(dǎo)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(dǎo)致地下水位已嚴重下降并不能反彈。因此，經(jīng)常發(fā)生缺水和干旱事件，嚴重影響了社會的可持續(xù)發(fā)展。水資源規(guī)劃技術(shù)所面臨的一個重要問題是如何綜合考慮農(nóng)業(yè)土地利用和灌溉需求，合理利用水資源及耕地，在保護生態(tài)的同時達到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。因此，將農(nóng)業(yè)土地利用與灌溉相結(jié)合，開展科學(xué)管理和相關(guān)策略的分析，對解決由于農(nóng)業(yè)灌溉帶來的一系列環(huán)境問題，制定平衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與土地利用和水資源供給之間矛盾的政策，具有至關(guān)重要的作用。

此外，隨著社會的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自身的結(jié)構(gòu)和規(guī)模必然隨時間和空間的變異而發(fā)生演變，帶來各種的不確定性。目前，盡管國內(nèi)外學(xué)者在農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境系統(tǒng)不確定性管理決策方法的研究和應(yīng)用方面，已經(jīng)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(nóng)業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性和多重不確定性規(guī)劃方法的研究與開發(fā)，不能有效地在時間上和空間上充分考慮農(nóng)業(yè)系統(tǒng)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(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理應(yīng)用方面，目前也缺少能有效地反映系統(tǒng)動態(tài)、多元、時空等特征，所有這些問題已成為嚴重制約農(nóng)業(yè)水資源合理配置研究的重要瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明的目的在于充分考慮農(nóng)業(yè)系統(tǒng)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(tǒng)動態(tài)、多元、時空特征，優(yōu)化水資源的利用。

為了實現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)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(yōu)化模型；

B、根據(jù)區(qū)間交互式算法將所述優(yōu)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(shù)，將所述上界子模型和下界子模型轉(zhuǎn)化為所對應(yīng)的線性規(guī)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(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

特別地，步驟A之前，進一步包括：

A0、將目標區(qū)域劃分為不同的子區(qū)域；

相應(yīng)地，步驟A中考慮不同區(qū)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(qū)域地表水灌溉比例約束、灌溉需水總量約束、各子區(qū)域土地利用約束、各子區(qū)域水庫容量約束和各子區(qū)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(qū)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(qū)域、j為農(nóng)作物類型、k為季節(jié)類型，

為季節(jié)k時子區(qū)域i中農(nóng)作物j所分配地表水灌溉水量，

OC_k為季節(jié)k時市政用水輸水量，

OS_k為季節(jié)k時工業(yè)用水輸水量，

為季節(jié)k時水庫最終儲水量，

為季節(jié)k時水庫損失水量，

為季節(jié)k時水庫初始蓄水量，

為季節(jié)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(qū)域、j為農(nóng)作物類型、k為季節(jié)類型，

為季節(jié)k時子區(qū)域i中農(nóng)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。