查哈阳灌区生态需水规律与水资源优化调度决策模型研究

论文摘要

水资源是人类生存发展的物质基础,是可持续发展的重要保障。当今水资源供给与需求之间形成的尖锐矛盾,使社会经济以及生态环境系统受到了严重威胁,这一矛盾已成为人类社会发展的制约因素。特别是在农业用水当中,在灌溉水资源有限的情况下,如何对灌区现有水资源进行合理的优化调度,获得最大的灌溉效益受到人们普遍关注。因此,作为解决水资源问题的最重要手段,水资源优化调度的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文以可持续发展作为水资源优化调度的指导思想,在总结分析当前我国水资源优化调度研究现状的基础上,运用系统论的观点分析了灌区水资源特点,以查哈阳灌区水资源优化调度为实例,基于大系统分解协调技术,应用实数编码的加速遗传算法求解灌区水资源优化调度的最优控制模型,实现了水资源在用水部门间及其作物各生育阶段水量的优化调度,为灌区水资源优化利用提供决策依据。具体研究以下几个方面:(1)分析了水资源优化调度问题的提出背景及依据,综述了国内外水资源优化调度的研究现状,阐述了水资源优化调度理论及方法,并从可持续发展战略出发,指出在灌区水资源优化调度中存在的主要问题及今后努力的发展方向。(2)系统地阐述了生态系统及生态需水理论,从不同角度概述生态需水的定义,分析生态需水的特性,分别从河道内与河道外考虑生态环境需水量,给出其生态需水量的计算方法及其优缺点,并确定利用蒙大拿法计算河道内生态环境需水量。(3)以可持续发展思想为指导,预测灌区各水平年各部门的需水量和供水量,在此基础上对灌区不同水平年不同保证率下进行了供需平衡分析。(4)详细介绍了大系统理论及遗传算法,根据灌区水资源供需特点,提出了灌溉系统水资源优化调度的大系统分解一协调递阶模型及其基于实数编码的加速遗传算法,并根据大系统理论建立了灌区水资源优化调度模型,提出了基于大系统分解协调技术与遗传算法相结合的模型解法。该调度模型以灌区综合效益最大为目标,通过制定约束条件,确定水资源优化调度方案,利用Matlab语言编制程序实现灌区水资源的最优调度。同时以作物水分生产函数为基础,建立了作物各生育阶段水分生产函数模型,确定了水稻不同阶段水分敏感指数,对作物各生育阶段的水量进行优化调度,从而确定灌溉水的最优调度过程,为水稻科学合理配水提供了科学依据。(5)以灌区水资源优化调度模型为基础,对查哈阳灌区水资源优化调度进行了实例研究。优化调度成果对该灌区的水资源可持续利用具有指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及依据
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状及趋势
• 1.3.1 国外水资源优化调度研究现状
• 1.3.2 国内水资源优化调度研究现状
• 1.3.3 水资源优化调度的发展趋势
• 1.4 水资源优化调度研究中的存在问题及展望
• 1.4.1 水资源优化调度研究中存在的问题
• 1.4.2 水资源优化调度研究展望
• 1.5 研究的内容及方法
• 1.5.1 研究的内容
• 1.5.2 研究的方法
• 1.6 研究的技术路线
• 2 生态系统及生态需水理论
• 2.1 生态系统基本概念
• 2.1.1 生态系统
• 2.1.2 灌区生态系统
• 2.2 生态需水理论
• 2.2.1 生态需水的内涵
• 2.2.2 生态需水量的界定
• 2.3 生态需水的特性
• 2.4 生态需水的计算方法
• 2.4.1 河道内生态需水量计算
• 2.4.2 河道外生态需水量计算
• 3 灌区水资源供需分析
• 3.1 查哈阳灌区简介
• 3.1.1 基本概况
• 3.1.2 地形地质及气候
• 3.1.3 河流水系
• 3.1.4 水资源利用现状及水利工程存在问题
• 3.2 代表年及水平年选取
• 3.3 不同水平年供水量分析
• 3.3.1 地表水可供水量分析
• 3.3.2 地下水可供水量分析
• 3.4 灌区用水分析
• 3.4.1 工业用水分析
• 3.4.2 城乡居民生活及牲畜用水分析
• 3.4.3 农业用水分析
• 3.4.4 生态环境需水量
• 3.4.5 总需水量
• 4 灌区水资源优化调度模型
• 4.1 水资源优化调度的内涵
• 4.2 水资源优化调度的原则
• 4.3 灌区水资源优化调度模型
• 4.3.1 经典分析法
• 4.3.2 线性规划及非线性规划
• 4.3.3 随机规划
• 4.3.4 模拟技术
• 4.3.5 多目标规划
• 4.3.6 动态规划
• 4.3.7 模糊优化
• 4.3.8 大系统优化理论
• 4.3.9 遗传算法
• 4.4 大系统优化理论
• 4.4.1 大系统优化理论特点
• 4.4.2 大系统的分解与协调
• 4.5 遗传算法
• 4.5.1 遗传算法原理
• 4.5.2 遗传算法的特性及显著特点
• 4.5.3 基于实数编码的加速遗传算法
• 5 灌区水资源优化调度数学模型的建立
• 5.1 单作物优化灌溉制度模型
• 5.1.1 模型的建立
• 5.1.2 有效降雨量的计算及稻田渗漏量的处理
• 5.1.3 水分生产函数的建立
• 5.2 水量在各部门间最优分配模型
• 5.3 水资源优化调度模型的参数设置及建模步骤
• 5.3.1 水资源优化调度模型的参数设置
• 5.3.2 水资源优化调度模型的建模步骤
• 5.4 水资源优化调度方案成果及分析
• 5.4.1 水资源优化调度方案成果
• 5.4.2 水资源优化调度方案成果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文