試析有限供水條件下灌區優化配水

王鵬

【摘要】過去對農作物進行灌溉時經常采用的是全灌區渠系用水計劃方式，此時各用水單位均衡受益，在配水方式上采用毛灌溉需水量或者投勞折資等固定配水比例去使水資源得以配置，那么在干旱季節，很難保證農作物田間灌溉管理的水平，建立健全一個NLP模型，有利于強化骨干水庫、灌區內水庫、塘堰三者之間的聯系，保證在有限供水的條件下，各個灌區內作物能夠獲得充足的水源以供自體的生長。

【關鍵詞】有限供水；灌區；優化配水；分析

現階段，很多作物灌區采用的是多水源供水的方式，而有限供水條件下灌區優化配水問題是值得關注的，因為不僅僅要考慮對水庫的優化調度問題，也要綜合田間優化配水問題，分析有限供水條件下灌區優化配水，需要將全灌區分解為多個子區，將每種作物所在的田塊視為一個土壤水庫，以此去達到對優化配水研究的目標。

一、灌區內水利工程調度模擬模型的建立

中型水庫

對于普通的灌區，一般采用的是控制全灌區的骨干水庫或者是能夠對局部區域控制的中小型水庫，在這些水利工程的聯合作用下完成對灌區供水的任務。中型水庫應用于有限供水條件下灌區優化配水進程中時，首先需要將灌區整體等分，劃分為多個子區，各個子區之間處于相對獨立的模式中，每一個子區內部涵蓋很多塘堰，小型的水庫聚合在一起，將其考慮為一個中型水庫，繼而參照水資源供應的先后順序對子區內水量的平衡值進行計算，而子區內水利工程供水的先后順序一般如下；先是塘堰，然后是小型水庫，最后是中型水庫。在供水量極為短缺的情況之下，一個中型的水庫可能在相同的時間點上對多個子區的水庫進行管理與控制，與此同時，還要完成對這些水庫的調度與水量計算工作內容。如果發生灌區內水利工程供水量遠遠不能滿足農作物生長的需要，短缺的部分可以在骨干水庫的輔助下得以完善。總之，中型水庫在有限供水條件下灌區優化配水作業中的應用，這一模型可以作為灌區內水利工程的調度模擬，從而使灌區內各水利工程供水量與缺水量明確化；

（一）調度計算

在上述公式中，t代表的是時段編號，與時段起始的編號具有統一性。由公式可見，人為時段t水庫產水量；而人為蒸發、滲漏損失水量為Lt；尺為中型水庫灌溉供給的水量；尺那那之為中型水庫對非農業區域提供的水量；Smin、Smax分別代表的含義為塘堰最小、最大蓄水量；Rmax為水庫在某一時段之內發放出的最大出庫水量；

（二）作物灌溉區域對水需求量的計算

這里，我們以旱作物灌區灌溉為例進行分析，如果某一時間段內剛好有雨水降臨，那么雨停之后土壤中有效含水量必然會大于適宜含水量，此時不需要灌區優化配水作業的開展；如果是在水量處于不飽和的狀態中，灌區灌溉的水量為與土壤所含水分達到田間持水率，此時該旱作物灌區需要的水量數值可以由以下公式計算出來：

那么在這種有限供水條件下，灌區水量是怎樣分配的呢？本文作者做出如下較為詳細的論述：

如果該時段骨干水庫提供的數量灌區的需水量，那么參照灌溉目標需水量開展供水工程；如果骨干水庫供水量略微小于全灌區灌溉目標需水量，此時為了確保全灌區所有農作物不處于缺水的狀態下，就應該先按照作物正常生長對水的需求量進行供應，多余的小部分按比例分配；另一種情況是該時段骨干水庫所持水庫遠遠不能滿足全灌區作物對水源的總需求量，那么灌區灌溉人員需要對不同子區作物的性質進行分析，就是研究其在缺水條件下的生存狀態，因為不同子區作物對水分的需求量存在差異性，因此可以以此為依據，開展田間水量優化配置作業活動。

二、目標函數

該田間作物灌溉模型的建立健全是以達到全灌區灌溉效益為最終目標的，而作物水分生產函數一般使用的是Jensen模型，對某一時段的灌水量進行計算時，如果設定以后各個時段的供水量都是充分的，那么就可以擬定下列目標函數：

其中Ft為t時段內全灌區所取得的灌溉效益，Yc max為1hm2 作物c隱含的產量（15kg/hm2），PRc為作物c的單價；Aic代表的是子區i中作物c覆蓋的面積（666.7hm2）；tc：作物c的時段序號；AET：作物實際蒸發量；PET：作物潛在蒸發量。在有限供水條件下，作物實際蒸發量分為三個階段：當土壤含水量大于適宜含水量下限值時，作物蒸發不受干擾，AET與PET相等；當前者小于后者時，作物蒸發受抑制，AET不斷壓縮；當兩者之間存在線性關系時，作物死亡，不存在蒸發量。

三、分析約束有限供水條件下灌區優化配水的因素

一是全灌區水量平衡約束，其實質上就是骨感水庫（灌溉供水量）與灌區內水庫（全灌區灌溉灌水量）之間的平衡約束。公式如下：

其中，Rt、RMit、RS1it、RS2it、RTit分別代表的是骨干水庫、中型水庫、小（一）型水庫、小（二）型水庫、塘堰向灌溉區域提供的水量，……表示子區內水利用系數、子區至高級水庫的渠道水利用系數、管控不同子區的水庫至骨干水庫的渠道水利用系數；

二是最大灌水定額約束，就是控制對每一種類型的作物灌溉水量的數額小于其目標數量，可以用如下公式對這一約束條件進行表示：

結束語：

總之，在有限供水條件的制約下，水庫調度模擬模型與田間配水模擬模型的建設健全，使各個田塊毛灌溉需水量得以確定，從而完成水源有效分配的工作任務；除此之外，NLP優化配水模型的應用，可以使灌溉水量在空間上將水源準確的分配給邊際效益較高的子區，以此途徑去協助農田獲得更大的經濟效益。總之，積極對整合優化模型進行研究與擴建，在有限供水條件下，應用NLP、LP等各種模型，為田間作物供水作業順利運行奠定基礎，以提升我國農作物產量。

參考文獻：

[1]周祖昊，袁宏源，崔遠來，羅強.有限供水條件下水庫和田間配水整合優化調度[J].水科學進展，2003，02：172-177.