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灌溉系统分析模型

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灌溉系统分析模型

发布日期:2020-08-28 编辑: 点击:

  灌溉系统规划设计或管理运行进行逻辑的和数学的仿真和模拟。灌溉系统分析模型(简称灌溉模型)在规划设计中用以确定灌区开发水平(或规模)选择取水方式、灌水技术、灌溉保证率或输水、配水系统的布置方案等;在管理运行中用以确定灌区的最优扩建和改建方案,选择灌溉水库的调度运行方式,合理分析灌溉水源等。

  建立灌溉模型时,首先要明确研究对象提出的问题,按照问题性质和要求,搜集地形、土壤、水文气象、社会经济以及水利建设资金、方针政策等资料。如果是管理运行问题,则还须收集灌溉系统工程的设置,水的调度和分配等资料。然后根据规划设想或已成工程的系统现状,包括水源、输水和配水设施、田间工程状况及其相互制约关系,用工程图例、节点和连线,正确、简明和全面地把系统展现出来。这种图称为灌溉系统的网络图。完成上述准备工作以后,就可以着手组建灌溉模型。

  一、确定变量

  变量是指研究对象在规划设计或运行管理的方案中须要选择或确定的量,它在灌溉系统的一和非线性规划数学模型中,称为决策(或设计)变量。规划设计问题中常以灌溉面积、灌溉库容、作物种植百分数、渠道输水能力、灌溉泵站装机容量、喷滴灌输水管道内径等作为变量;管理运行问题中常以水库时段放水量,支、斗渠时段配水量,灌区作物种植面积,种植百分数等作为变量。在灌溉系统动态规划数学模型中,由于要把研究的灌溉问题转化为一个多阶段的决策过程,所以,模型中的变量有阶段变量、状态变量和决策变量3种类型。在灌溉的规划设计课题中,一般可以工程类型如水库、泵站、进水闸或分灌区的面积,种植作物品种等作为阶段变量,以水库水位、蓄水量、供给作物的有效水量。泵站开机台数等作为状态变量,以流量或水量作为决策变量;在灌溉管理和运行课题中,常可以年、月或旬等作为阶段变量,状态变量和决策变量的选择和规划设计类似。

  二、目标函数

  灌溉模型的目标函数有两种类型,一种是以物理量来表达的,常在灌溉来水量或灌溉库容一定的条件下,寻求增产量最大的灌区开发规模或水库水量最优调度方案;另一种是以货币量来表达的,它常以经济计算期内灌区在基准年的净效益现值(或年值)最大作为目标。无论是物理量或货币量,目标函数还可用最小化型式来表达,如灌溉水库调度运行中,以废泄水量最小为目标;灌区规划设计中,在开发任务已定条件下,以费用现值(或年值)最小为目标等等。

  三、约束条件

  灌溉模型中常遇到的约束条件有:①灌溉水库(包括地面水库或地下水库)的水量平衡约束;②水库各时段的放水量约束;③库容规模(规划课题中)或调度规则(管理课题中)约束;④水库泄洪量(或下游防洪条件)约束(在规划课题中,可以是溢洪道规模约束);⑤灌区界限约束;⑤渠道输水能力约束;①灌溉用水量或作物用水时间约束;③井灌地区地下水均衡约束;③政策性约束;①建设资金和劳力约束等等,模型中约束条件的多少,须视灌溉课题的具体条件而异。

  如以动态规划方法来建立模型,则在完成课题序列化和选定变量之后,就应以R.E.贝尔曼提出的最优化准则写出目标函数的表达式,同时写出系统方程、约束条件和边界条件。灌溉动态规划模型的约束条件通常属于各种类型的界限约束范畴。系统方程常可根据状态变量和决策变量间的相互制约关系以及水力学条件来反映,其中,水量平衡方程是灌溉模型中比较常见的一种系统方程表达型式。

  下面列举两个较简单且常遇到的灌溉模型作为示例。

  (1)灌区开发规模的线性(或非线性)模型,以灌区开发面积为决策变量,以灌区开发后的经济计算期内灌溉净效益现值(选择投产年初作基准年)最大为目标,一般情况约束条件有:①各时段灌溉用水量不得超过该时段的可供水量;②灌区全年用水量不能大于该年的水资源总量;③灌溉用水紧张时段,渠道过水流量应小于或等于其输水能力;④各片灌区开发面积不大于直灌面积;⑤决策变量非贸等


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