引黃灌區多目標水資源優化配置－調度雙層模型

馮濤 閆豐 左其亭 朱大炯 于磊

摘 要：為合理優化調配水資源，實現灌區綜合效益最大化，以趙口引黃灌區二期工程為研究對象，構建多目標水資源優化配置－調度雙層模型。采用遺傳算法，優化求解得到２０３０ 年５０％、７５％、９５％設計頻率的灌區各用水戶（居民與牲畜、農業、工業、服務業、環衛綠化和河湖生態）最優分配水量及渠系調水方案。研究結果表明：不同設計頻率的最優水量分配方案均能滿足灌區各用水戶發展基本需求，居民與牲畜用水、工業用水、服務業用水均能優先得到滿足，農業用水供需比保持在０．７６ 以上；５０％、７５％、９５％設計頻率的灌區各渠道引黃水占比分別為４６．６１％、４２．２８％和４８．５８％。

關鍵詞：多目標優化；水資源優化配置；渠系調度；雙層模型；引黃灌區

中圖分類號：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０１２

引用格式：馮濤，閆豐，左其亭，等．引黃灌區多目標水資源優化配置－調度雙層模型［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：６５－７０．

高質量灌區建設是發展現代化農業、響應國家糧食安全中長期規劃建設目標和任務的重要舉措，對保障國家糧食安全具有重要意義［１］ 。灌區作為重要的糧食生產基地，如何科學合理地調配灌區水資源、最大限度地發揮水資源綜合效益，是灌區現代化建設面臨的重要課題［２］ 。灌區水資源調度是一個復雜的多水源多用戶多層次調控問題，不僅涉及過境水、地下水、當地地表水、再生水等多種水源，生活、生產、生態等多個用水部門，而且涉及渠首供水、渠道輸配水、田間引水等多個層級，各層級之間相互關聯，形成遞階關系［３］ 。因此，采用多層優化模型處理不同層級的水資源配置問題，成為灌區配水研究的主流方法［４］ 。劉移勝等［５］ 建立了基于多水源、多用水戶拓撲關系的水資源優化配置模型，可有效解決從灌區分區供水到各用水戶的優化配置問題。陳曉楠等［６］ 將大系統優化理論應用于灌區不同分區與作物各生長階段之間的用水調配，推算出作物層級的最優灌溉制度。然而，在對灌區進行層級調控時，面臨多水源、多部門之間復雜的協調匹配問題，需要綜合考慮經濟、社會、生態目標來解決高效用水、經濟產出和環境效益之間的矛盾［７］ 。為此，王芊予等［８］ 開發了基于第三代非支配排序遺傳算法（ＮＳＧＡ－Ⅲ）的多目標層級水資源配置模型，得出灌溉經濟效益、用水效率、作物缺水、地下水可持續利用和渠系配水公平等不同目標的配水方案。楊改強等［９］ 建立了基于不確定性的多目標層級模型，并應用于不同灌片、不同作物以及不同生育期內的配水方案研究，以提升汾河灌區經濟效益和灌溉效率。多目標與層級相結合的方法能夠有效處理灌區水資源系統供－輸－配－排環節的復雜性，同時可以滿足灌區水資源配置的多元化要求。