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灌溉系統分析模型

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灌溉系統分析模型

發布日期:2020-08-28 作者: 點擊:

  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。灌溉系統分析模型(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。

  建立灌溉模型時,首先要明確研究對象提出的問題,按照問題性質和要求,搜集地形、土壤、水文氣象、社會經濟以及水利建設資金、方針政策等資料。如果是管理運行問題,則還須收集灌溉系統工程的設置,水的調度和分配等資料。然後根據規劃設想或已成工程的系統現狀,包括水源、輸水和配水設施、田間工程狀況及其相互制約關系,用工程圖例、節點和連線,正確、簡明和全面地把系統展現出來。這種圖稱爲灌溉系統的網絡圖。完成上述准備工作以後,就可以著手組建灌溉模型。

  一、確定變量

  變量是指研究對象在規劃設計或運行管理的方案中須要選擇或確定的量,它在灌溉系統的一和非線性規劃數學模型中,稱爲決策(或設計)變量。規劃設計問題中常以灌溉面積、灌溉庫容、作物種植百分數、渠道輸水能力、灌溉泵站裝機容量、噴滴灌輸水管道內徑等作爲變量;管理運行問題中常以水庫時段放水量,支、鬥渠時段配水量,灌區作物種植面積,種植百分數等作爲變量。在灌溉系統動態規劃數學模型中,由于要把研究的灌溉問題轉化爲一個多階段的決策過程,所以,模型中的變量有階段變量、狀態變量和決策變量3種類型。在灌溉的規劃設計課題中,一般可以工程類型如水庫、泵站、進水閘或分灌區的面積,種植作物品種等作爲階段變量,以水庫水位、蓄水量、供給作物的有效水量。泵站開機台數等作爲狀態變量,以流量或水量作爲決策變量;在灌溉管理和運行課題中,常可以年、月或旬等作爲階段變量,狀態變量和決策變量的選擇和規劃設計類似。

  二、目標函數

  灌溉模型的目標函數有兩種類型,一種是以物理量來表達的,常在灌溉來水量或灌溉庫容一定的條件下,尋求增産量最大的灌區開發規模或水庫水量最優調度方案;另一種是以貨幣量來表達的,它常以經濟計算期內灌區在基准年的淨效益現值(或年值)最大作爲目標。無論是物理量或貨幣量,目標函數還可用最小化型式來表達,如灌溉水庫調度運行中,以廢泄水量最小爲目標;灌區規劃設計中,在開發任務已定條件下,以費用現值(或年值)最小爲目標等等。

  三、約束條件

  灌溉模型中常遇到的約束條件有:①灌溉水庫(包括地面水庫或地下水庫)的水量平衡約束;②水庫各時段的放水量約束;③庫容規模(規劃課題中)或調度規則(管理課題中)約束;④水庫泄洪量(或下遊防洪條件)約束(在規劃課題中,可以是溢洪道規模約束);⑤灌區界限約束;⑤渠道輸水能力約束;①灌溉用水量或作物用水時間約束;③井灌地區地下水均衡約束;③政策性約束;①建設資金和勞力約束等等,模型中約束條件的多少,須視灌溉課題的具體條件而異。

  如以動態規劃方法來建立模型,則在完成課題序列化和選定變量之後,就應以R.E.貝爾曼提出的最優化准則寫出目標函數的表達式,同時寫出系統方程、約束條件和邊界條件。灌溉動態規劃模型的約束條件通常屬于各種類型的界限約束範疇。系統方程常可根據狀態變量和決策變量間的相互制約關系以及水力學條件來反映,其中,水量平衡方程是灌溉模型中比較常見的一種系統方程表達型式。

  下面列舉兩個較簡單且常遇到的灌溉模型作爲示例。

  (1)灌區開發規模的線性(或非線性)模型,以灌區開發面積爲決策變量,以灌區開發後的經濟計算期內灌溉淨效益現值(選擇投産年初作基准年)最大爲目標,一般情況約束條件有:①各時段灌溉用水量不得超過該時段的可供水量;②灌區全年用水量不能大于該年的水資源總量;③灌溉用水緊張時段,渠道過水流量應小于或等于其輸水能力;④各片灌區開發面積不大于直灌面積;⑤決策變量非貿等


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