应用大系统递阶模型优化配置区域农业水资源
水资源配置优化决策模型研究
水资源配置优化决策模型研究水是生命之源，是人类社会发展和生态系统平衡不可或缺的重要资源。
然而，随着人口增长、经济发展以及环境变化，水资源的供需矛盾日益突出。
在这种背景下，水资源配置优化决策模型的研究显得尤为重要。
水资源配置优化决策模型旨在通过科学合理的方法，对有限的水资源在不同区域、不同行业和不同用户之间进行分配，以实现水资源的高效利用和可持续发展。
这一模型的构建需要综合考虑多种因素，如水资源的供给能力、用水需求、水质状况、生态环境要求以及社会经济发展目标等。
在水资源的供给方面，需要对当地的水资源总量、可开采量以及水资源的时空分布特征进行详细的分析。
例如，某些地区在雨季水资源丰富，但在旱季则面临缺水的困境；而有些地区则由于地理和气候条件的限制，水资源一直处于相对匮乏的状态。
准确掌握水资源的供给情况是进行合理配置的基础。
用水需求则是另一个关键因素。
不同行业和用户的用水需求差异很大。
农业灌溉需要大量的水资源，工业生产中的某些环节对水质和水量有特定的要求，城市居民生活用水也随着人口增长和生活水平的提高而不断增加。
此外，生态环境也需要一定量的水资源来维持其正常的功能和平衡。
水质状况同样不能忽视。
优质的水资源可以直接用于生活和生产，但受到污染的水则需要经过处理才能使用，这不仅增加了成本，还可能影响水资源的有效利用。
因此，在水资源配置中，要考虑水质对不同用途的适用性。
社会经济发展目标也是影响水资源配置的重要因素。
为了促进经济增长和社会发展，可能需要在一定程度上优先保障某些重点产业和项目的用水需求。
但同时，也要兼顾公平和可持续性，确保广大居民的基本用水权益和未来世代的水资源需求。
构建水资源配置优化决策模型的方法多种多样。
常见的有线性规划模型、非线性规划模型、多目标规划模型以及系统动力学模型等。
线性规划模型是一种较为简单和常用的方法。
它假设决策变量之间的关系是线性的，通过建立目标函数和约束条件，求解最优的水资源配置方案。
水资源优化调度模型及算法研究
水资源优化调度模型及算法研究一、绪论随着人口的不断增加和经济的不断发展，水资源的供需矛盾日益凸显。
为有效保障水资源的合理利用和管理，研究水资源优化调度模型及算法迫在眉睫。
本文旨在探讨水资源优化调度模型及算法的研究进展。
二、水资源优化调度模型1. 基于线性规划的水资源优化调度模型线性规划是一种常见的数学方法，可以用于优化许多实际问题，包括水资源优化调度。
该方法的优点在于能够快速得到一个最优解。
线性规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad cx $$$$ s.t. \quad Ax \leq b $$其中，x是优化变量，c和A是常数矩阵，b是常数向量。
这个模型的含义是在满足约束条件Ax≤b的情况下，使目标函数cx最大化。
2. 基于动态规划的水资源优化调度模型括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以考虑到历史时刻的决策对未来的影响。
动态规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad \sum_{t=1}^{T}f_t(x_t,u_t) $$$$ s.t. \quad x_{t+1}=g_t(x_t,u_t) $$其中，x是状态变量，u是决策变量，f是收益函数，g是状态转移函数。
这个模型的含义是在满足状态转移方程x_{t+1}=g_t(x_t,u_t)的情况下，使收益函数f最大化。
3. 基于遗传算法的水资源优化调度模型遗传算法是一种常见的优化方法，可以用于许多实际问题，包括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以在多个解空间中搜索最优解。
遗传算法模型的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是种群数量。
这个模型的含义是在种群中搜索最优解x。
三、水资源优化调度算法1. 基于模拟退火的水资源优化调度算法括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以在温度下降的过程中逐渐减小搜索范围。
模拟退火算法的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是样本数量。
农业领域中的灌溉控制模型优化方法研究与应用
农业领域中的灌溉控制模型优化方法研究与应用在农业领域，灌溉是一项至关重要的活动，它对保障农作物的正常生长和产量起着关键作用。
然而，不合理的灌溉方法和控制策略可能导致水资源浪费和土壤质量下降。
因此，优化灌溉控制模型成为实现可持续农业发展的关键。
在灌溉控制模型的优化方法研究中，如何合理利用现有的技术手段和数据资源，实现灌溉系统的高效控制成为关注的焦点。
以下将介绍几种常用的灌溉控制模型优化方法及其在农业领域中的应用。
首先是基于水平线的灌溉控制模型优化方法。
该方法的核心思想是根据土壤水分状况，调整灌水时间和灌水量，以实现灌溉的高效利用。
根据土壤含水量的监测数据，可以建立土壤水分平衡方程，通过计算水分的蓄积和消耗，确定合理的灌水量和灌水时间。
此外，结合气象数据和农作物需水量模型，也可以进一步优化灌溉控制模型，实现对不同气候和作物生长阶段的适应。
其次是基于传感器网络的灌溉控制模型优化方法。
随着无线传感器技术的不断发展，利用传感器网络实时监测土壤水分和气象条件的方法成为可能。
通过部署传感器网络，在不同地点收集土壤水分和气象数据，并利用这些数据优化灌溉控制模型。
传感器网络可以帮助农民更加准确地了解土壤水分的分布和变化情况，从而实现精准灌溉。
通过将传感器网络与决策支持系统相结合，可以实现实时监测和调节灌溉系统，提高农业生产效益。
另一种常用的灌溉控制模型优化方法是基于机器学习算法的模型。
机器学习算法可以通过对历史数据的学习和分析，建立预测模型，并根据实时数据调整模型参数，实现灌溉控制的优化。
通过利用机器学习算法，可以实现对灌溉系统的自动化控制，减少人工干预的需求，并提高灌溉的准确性和效率。
同时，机器学习算法还可以帮助农民更好地理解和应对不同气候和土壤条件下的灌溉需求，提高农作物的产量和质量。
除了上述提到的方法，还有一些新兴的技术和方法在灌溉控制模型的优化中得到了应用。
例如，基于无人机和卫星遥感技术的灌溉控制模型优化方法，可以利用高分辨率的遥感数据来监测植被状态和土壤水分变化，以实现灌溉的精准控制。
水资源管理中的供需平衡与决策模型
水资源管理中的供需平衡与决策模型水是人类生存和发展的基本需求，而水资源管理中的供需平衡及决策模型则成为了现代社会可持续发展的重要议题。
本文将从供需平衡的背景出发，探讨水资源管理中的决策模型，并以解决供需不平衡问题为重点，展示其在实践中的应用。
一、水资源供需平衡的背景水资源是有限的，而人类对水的需求却日益增长。
经济的快速发展、城市化进程的加速以及气候变化的影响，都给水资源供需平衡带来了巨大的挑战。
缺乏有效的管理和决策模型，很容易导致水资源的过度开采和浪费，进而引发水资源短缺和生态环境的恶化。
二、水资源管理中的决策模型1. 系统动力模型系统动力模型是一种描述和预测动态系统行为的模型。
在水资源管理中，系统动力模型可以通过建立各种指标和变量之间的关系，模拟水资源供需平衡的变化过程。
通过该模型，决策者可以根据不同的决策方案进行模拟和预测，从而找到最优的供需平衡策略。
2. 线性规划模型线性规划模型是一种数学模型，它通过建立线性关系来描述和优化系统的行为。
在水资源管理中，线性规划模型可以用来优化决策方案，使得供需平衡的同时最大化效益。
例如，可以通过线性规划模型来确定最佳的水资源配置方案，以满足不同行业和地区的需求。
3. 模糊综合评价模型水资源管理中存在很多不确定性和模糊性的因素，如天气变化、人口增长等。
模糊综合评价模型可以将这些不确定因素量化，并进行综合评估。
通过模糊综合评价模型，决策者可以基于不同的评估指标，对供需平衡方案进行有效的排序和决策。
三、解决供需不平衡问题的案例分析1. 雨水利用系统在城市水资源管理中，建立雨水利用系统是一种重要的供需平衡策略。
通过收集、处理并储存雨水，可以减轻城市地区的用水压力，实现水资源的有效利用。
例如，新加坡采用了集中式的雨水收集系统，将雨水用于冲洗厕所和灌溉等非饮用水需求，从而缓解了供水紧张的问题。
2. 水资源定价机制合理的水资源定价机制可以激励用户节约用水，促进供需平衡。
农业水资源高效利用评价指标体系构建及其应用
农业水资源高效利用评价指标体系构建及其应用水资源是人类基本运行和发展必不可少的重要资源。
只有通过高效利用水资源，才能有效解决水资源紧张和短缺问题，满足人类的水资源需求。
因此，研究如何高效利用水资源一直是国际水资源管理领域的重要课题。
为了更好地发挥水资源的作用，有必要建立一套评价指标体系，以便对高效利用水资源进行评价。
农业水资源高效利用评价指标体系构建农业水资源高效利用的指标体系应该对农业水资源的高效利用情况进行深入的研究、分析和评价。
首先，应该考虑农业水资源的重要性和严重性，确定水资源的保护要求，以便更好地构建重要性指标体系；其次，应该考虑农业水资源的可利用性，重点关注水资源的开发利用率，以及水资源利用对环境带来的影响；再次，应该考虑农业水资源的安全性，重点关注水资源安全保障能力，以及水资源利用对自然灾害带来的影响；最后，应该考虑农业水资源的可持续性，重点关注水资源可持续利用的能力，以及水资源利用对农业生产的影响。
农业水资源高效利用评价指标体系的应用农业水资源高效利用评价指标体系可以应用于各个领域，广泛用于农业水资源高效利用的评价和管理。
（1）可作为农业水利工程的规划选址依据：用此评价指标体系建立科学的评价模型，可以准确地从多种技术、经济、社会和环境条件中优选出最佳的农业水利工程选址，确保水资源可持续利用。
（2）可用于水资源高效利用管理：用此评价指标体系建立科学的评价模型，可以准确地评价水资源的开发利用环境和安全性，以及水资源利用对环境的影响和灾害对水资源的影响，从而科学地制定高效利用水资源的管理措施。
（3）可作为科研项目的重点研究方向：用此评价指标体系建立科学的评价模型，可以更准确地评价水资源开发利用情况，并分析水资源利用的影响，为水资源科研项目提供科学依据，研制出更科学的水资源管理技术。
结论水资源是人类发展的不可缺少的重要资源，高效利用水资源是实现水资源持续发展的重要手段。
建立农业水资源高效利用评价指标体系，是科学研究和管理高效利用水资源的重要举措。
大系统、多目标的区域水资源优化配置模型
≤ ｉ ＋１ ， ｌ ≤ 警 ：ｃ ～ Ｍ ｘ
式 中 大需水量 。
（） ６
ｆ（ ） ｆ（ ） ｆ（ ） 分 别为 经济 效 益 、 会 效 Ｘ 、２ Ｘ 、 ｘ 一 社
益 和环境效 益 ；
、 ≤ ． 为 ｋ子 区 Ｊ 户 的最 小 、 ～ 用 最
Ｇ 约束 条 件 集 ， 示 水 资 源 承 载 力 、 境 容 一 表 环
维普资讯
３ ８
内 蒙 古 水 利
２０ ０ ７年第 １期 （ 总第 １ ９期 ） ０
【 资 源】 水
大系统 、 目标 的 区域水 资源优化配置模 型 多
张 炜 ， 张静 芳 ， 张 涛 ， 冉冉 邢
（ 内蒙 古 自治 区水 文局 ， 内蒙 古 呼和 浩特 ０ ０ １ ） １０ ０
公共 水源 ：
ｆ Ｊ
乙 ｌ ＝１ ，
ｒ） ＊ Ａ ｋ
基于 可持续发 展 的水 资 源优 化 配置 ， 以可持 续 是
战略为指 导思想 ， 用系统 分析理 论与优化 技术 ， 利 通过
独 立水 源 ：
ｌ ： Ｗ ｆ ∑Ｄ ≤
＝１
（） ２
水 资源及 有关资源 在各子 区， 各用水 部 门间的配置 ， 以
２ １ 第一级 子 系统 优化 ．
ｘ ∈Ｒ （ 区各种 约束条件 ） ２ ） 子 （７ 用 遗传算法 可求得 局部 最优 解 Ｘ Ｄ ） （ 和最 优值
Ｆ （ Ｄ ） 它们均是公用资源预分值 Ｄ 的函数。 Ｘ ， ， ：
这 虽然是 可行解 ， 但未必 是 区域 的最佳 均衡解 。因此 ，
分值 ∑Ｄ ＝ｗ ： 的前提下进行各子 区优化， 采用多 目
标 遗传算 法 （ Ａ） 解 。 ＭＧ 求 第 ｋ个子 区 的优化模 型为 ： （ ） ｆ ）＿ （ ） （ ） （ ） ：｛ｌ（ ，２ ， ｝ ９ 厂
优化水资源调度模型
优化水资源调度模型摘要随着社会的发展水资源匮乏的问题越来越明显，人们也意识到合理利用水资源的重要性。
本文主要从水的供需量出发，提出了调水、海水淡化、污水处理三管齐下的水资源战略，并分析了其对社会经济和环境的影响。
由于中国疆域广阔且水资源地区分布不均，我们将之分为华东、华南、华中、华北、西北、西南和东北七个地区，并将得到的数据预处理，汇总整理分为该七个区域。
为了清楚2025年水资源的供需状况，我们分别对需水量和供水量按照划分的区域进行了预测。
对于需水量，我们先用灰色关联度分析法计算得到影响需水量最大的因素是人口数量和地区生产总值，并以此建立了计算需水量的多元回归线性模型。
我们用Logistic人口阻滞增长模型预测出2025年各地区人口数量，利用ARIMA模型得到2025年的各地区生产总值。
结合上述多元线性回归模型求得2025年各地区的需水量（见表6）。
对于供水量，作图分析2003年至2013年各地区需水量的变化规律，并根据规律建立了一元线性回归模型预测出2025年各地区的供水量（见表8）。
利用上述需水量和供水量求差值，从中国南水北调工程启发，建立最优的调水方案。
首先按照南水北调路线和大型水库之间的距离来确定各地区相互调水的距离，在保证各地需水量的前提下建立了投资金额最低的调水方案（见表10），利用Lingo 软件计算得出总投资为1949.947亿元。
但该投资方案工作内容大且远距离调水难以实现，于是建立了调水、海水淡化和污水处理三方面协同利用水资源的优化调水模型，调水方案见表11，总投资为1704.768亿元。
相对于原有调水方案可节约投资成本245.179亿元。
结合实施战略后的预测数据值来分析该战略对经济、环境的影响。
我们提出补给百分率的概念来反映供给情况，从GDP、人口、补给百分率和污水处理量等方面进行分析。
结合数据建立了TOPSIS评价模型，求得正理想解与负理想解的差值，并对之进行排序。
最后发现该水资源战略对西北环境和经济和综合影响最大，达到了0.6073，而对华东这类水资源丰富的地区影响不大，仅0.0761。
灌区水资源优化配置方法及应用
灌区水资源优化配置方法及应用
灌区水资源是农业用水的重要来源，而灌溉又是影响灌区经济和社会发展的关键投资。
随着经济发展的加快，灌溉用水的需求迅速增长，灌区水资源面临着越来越严峻的挑战，迫切需要寻求合理的优化配置方法，以更好地利用水资源。
灌区水资源优化配置是指合理分配灌区内灌溉、工业、生活、其他用水等各用水源，以实现发展经济、保护环境的目标。
优化配置需要考虑地区复杂的水资源、生态环境等因素，以及各成员的利益分配问题。
根据可行性研究，今天，灌区水资源优化配置的方法主要有数学模型法、GIS技术法、案例分析法、参数辨识法等。
这些方法可以建立定量关联模型，从而获得合理的水资源配置方案。
在实际应用中，还需要采用智能计算方法，充分利用有限水资源，分析复杂的水资源配置问题，改善灌区水资源配置效果。
基于灌区水资源优化配置，可以实现灌区水利综合管理。
通过定量统计分析、模拟分析、智能计算等手段，可以更精确地了解水资源的变化规律，更好地利用水资源，实现水利综合管理。
特别是在农业灌溉方面，通过智能计算和水资源优化配置，可以减少灌溉量，提高灌溉效率，从而节约用水，降低蒸发损失，保护灌区水资源。
另外，灌区水资源优化配置还可以用于水质改善和污染治理，针对产生污染的源，采用有效的水资源优化配置技术，加强水质监测和控制，有效减少农业污染；另外，通过优化配置，可以进一步改善当
地人民的水质安全，建立更为科学和合理的农业用水管理制度，更好地保护水资源。
综上，灌区水资源优化配置是解决灌区水资源面临的挑战的有效方法。
只有通过定量模型、GIS技术、案例分析和智能计算等方法，精准分配和利用灌区水资源，才能更有效地保护水资源，实现可持续发展。
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基金项目
作者简介山东人
主要从事水资源与水环境方面的研究
应用大系统递阶模型优化配置区域农业水资源
张长江
徐征和
汝安
河海大学
水资源环境学院江苏
南京
山东省水利厅山东
济南山东省水利科学研究院山东
济南
山东大学山东济南
摘要以经济效益最大为目标然后以区域大系统作为第二层建立不同作
在此基础上提出了协调模型求解方法步骤根据作物布局和地下水分布给出了不
关键词区域农业水资源优化配置承载能力区域农业水资源优化配置研究的目的是在一定区域农业水资源供给量不满足的条件下以经济效益最大为目标建立农业水资源优化配置模型以提高区域农业水资源承载把大系统理论用于区域农业灌溉用水优化配置研究就目前所
有些模型概量的动态规划
线性规划大系统递阶模型
模型概述
针对区域总灌溉水量不足的现实一定灌溉水量后适合用大系统分解协调模型求解模型第一层
物的生育期内进行最优分配第二层模型为求解水源缺水时多种作物之间水量最优分配的线性规划模
把有限的总灌溉水量在多种作物之
每个子系统在给定
第二层根据反馈
得到一组新的效益函数
灌溉供水量最优分配的分解协调模型
单作物各生育期的灌水量优化是以作物水分生产
阶段变量根据作物生育过程把全生育期划分为
状态变量另一个是各阶段
计划湿润层的土壤平均含水率
决策变量决策变量为各生育阶段的灌水量
系统方程
式中为第阶段初可用于分配的水量为第分别为第阶段可用于分配水
第二个为旱作物土壤计划湿润层的水量平衡方程
式中为第阶段计划湿润层土壤平均含水量为第为第阶段实际腾发
为第阶段排水量对旱作物其值为为第
值为为第对采用节水措施进行灌溉时其值可近似假定为所有单位均为
作物耗水量
萎
分别为田间持水
式中
目标函数作物水分生产函数采用
式中为第
约束条件
初始条件初始计划湿润层土壤平均含水率为
作物全生育期初可用于分配的有效水量为协调层分配给该种作物的净水量即
递推方程本模型是一个动态规划问题递推方程为
和
多种作物之间水量最优分配模型解决地表水和
变量和时段划分在作物生育期内按
全年共划分多种作物面积分别为表示
约束方程
式中为为种作物
式中
式中
分别为地表水和地下水灌溉利用系数
目标函数以各种作物净效益之和
式中分别为第种作物的
大系统递阶模型平衡协调求解步骤为
初拟协调变量针对子系统分别初拟分配的灌溉定额
各子系统最优化在给定对各子系统采用一般动态规划分别择
即各种作物各时段的灌水定额
同步化因为第一层优化模型以作物生育阶段为时段需
把第一层求得的以作物生育阶段为时段的灌水定额根据生育期时段在每月的分配数量转变为第二
层以月为时段的灌水定额
第二层平衡协调模型最优化采用改进单纯形法进行线性规划计算得各子系统各时段地表水引
用量同时改变协调变量得新的各种作物
的灌溉定额
返回第一层再优化将送入第一层再进行子系统优化得到新的
层进行平衡协调
山东省桓台地区农业水资源优化配置应用实例
农业及水资源状况
种植面积分区山东省桓台县农田面积
县划分为个子区南部井灌
作物生育阶段划分
表冬小麦各生育阶段特性
特性
播种分蘖分蘖越冬越冬返青返青拔节抽穗抽穗成熟生长时间
缺水敏感指数
最大需水量
在作物需水完全得到满足的情况下
表夏玉米各生育阶段特性
特性
播种
拔节
拔节
灌浆
灌浆
生长时间缺水敏感指数
最大需水量
元?考虑水元
降水状况
全县多年平均大气降水量
为
通过对桓台地区多年降水资料分析计算并考虑降雨大小和当地土壤条件等
降雨有效利用系数取
土壤含水率上下限
本地区农田以中壤土为主
田间持水率为
田间持水率的
经济作物假定
假定该地区经济
水资源可利用量
桓台地区保证率代表年
表
作物种植模式和实际产量
作物
冬小麦
玉米
种植面积
产量?
子区农业水资源优化配置方
案
子区最优总经济效益为
表
阶段总灌水量
冬小麦玉米
表各时段各种作物最优分配净水量
表
作物种植模式和实际产量
作物
冬小麦
玉米
种植面积
产量?
子区农业水资源优化配置方
案
子区最优总
经济效益为
表
阶段总灌水量
冬小麦玉米
表各时段各种作物最优分配净水量
表
作物种植模式和实际产量
作物冬小麦
玉米
见表全区最优总经济效益为
表各时段各种作物最优分配净水量
结语
计算结果分析
在
月
降水量
利用大系统递阶模型进行区域农业灌溉用水优化的优点
致谢
参考文
献
朱道立
郭元裕等
崔远来等
桓台水资源管理办公室
水利部农村水利司。