基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型.pdf

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1、第32卷2016焦第6期3月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．6Mar．2016115基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型杨改强·，一，郭萍嶙，李睿环-，李茉1(1．中国农业大学水利与土木工程学院，北京10008；2．太原科技大学环境与安全学院，太原030024)摘要：地表水和地下水联合运用于农业灌溉是中国大部分灌区主要采用的灌溉形式，但目前的优化模型对地下水的运用情况过于简化，常采用定值作为优化模型的

2、参数，所以不能真实反映地下水随时间对灌溉面积的影响。该文基于排队理论，研究分析了地下水灌溉的农田面积随等待地表水灌溉的历时的影响，并建立灌区渠系优化配水模型，以灌水历时最短为目标，根据渠首引水、渠系供水、作物用水等方面的用水关系建立约束条件。通过河北石津灌区的实际应用，说明模型方法的可行性，并提出该灌区5条主要干渠的合理优化配水方案。结果显示最优的灌溉历时为25．6d；干渠B。的灌水周期贯穿了大部分灌水周期，是影响整个系统灌溉效率的关键渠道；子区C，分配的地下水资源较多，该子区的地下水灌溉面积占到了43％。该模型可更加真

3、实地反映用于灌溉的地下水水量随时间变化的不确定性，能够为中国大部分地区建立地表水和地下水联合灌溉优化模型提供方法上的借鉴。关键词：灌区；模型；水资源；排队理论；优化模型；水资源优化配置doi：10．119750．issn．1002—6819．20t6．06．016中图分类号：TV213．9文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一06—0115—06杨改强，郭萍，李睿环，李茉．基于排队理论的灌区渠系地表水及地下水优化配置模型【J】．农业工程学报，2016，32(6)：115-120．doi：10．11975

4、／j．issn．1002-6819．2016．06．016http：／／www．tcsae．orgYangGaiqiang，GuoPing，LiRuihuan，LiMo．Optimalallocationmodelofsurfacewaterandgroundwaterbasedonqueuingtheoryinirrigationdistrict[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016

5、，32(6)：115—120．finChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002-6819．2016．06．016http：／／www．tcsae．org0引言随着社会经济的快速发展，人们对水资源的需求越来越大。水资源短缺已成为影响水资源可持续发展的主要障碍【1】，尤其是农业水的可用量的持续减少。为缓解农业用水的压力，许多水资源优化技术已经被提出，并取得了可观的研究成果【2】。比如灌区地表水与地下水联合运用模型于上世纪50年代初开始被提出就不断深入研究，在模型结构

6、及耦合技术方面都有着很大的进展[31。但是地表水和地下水联合运用模型仍存在很多问题，主要表现在对于非线性的模型结构，建立和求解都比较困难，因此在建立模型时往往进行了很多简化【4】。比如对于地下水灌溉量来说，通常在建模时直接给出定值或者通过总灌溉量的比例确定。而实际上，农户是离散分布在灌溉范围内的，相应的用于地下水灌溉的水井也离散于整个灌区。对于大多数中国的灌区，灌溉管理部门可以统一规划地表水的灌溉方案，却无法详细制定地下水的实际使用方案。因为水井离散分布收稿日期：2015—09—21修订13期：2016一01—28基金项

7、目：农业部公益项(201203077)；国际科技仨晰项目(2013DFG70990)；国家自然科学基金(51321001)作者简介：杨改强，男(汉族)，山西忻州人，博士生，主要从事水资源规划与管理方面的研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，100083。Email：ygq99@163．con※通信作者：郭萍，女(汉族)，北京人，博士生导师，加拿大里贾纳大学博士，主要从事水资源规划与管理、模型与优化以及决策支持系统的研究。北京中国农业大学水利与土木工程学院，100083。Email：guop@cau．edu．cn的特点

8、，很多地方不受灌溉管理部门直接管理，农户在地下水的使用上具有很大的随意性[51。因此也就表现出地下水应用的不确定性[6-71，在灌溉时期内，地下水的实际应用量会随时间呈逐渐增加的趋势。如何更真实地反映地下水灌溉的实际情况，使优化模型的构架更接近实际，优化结果更具有说服力，将是本文研究的主要问题。本文采用排队理论来描述