丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計研究.pdf

1、當人類跨入21世紀之時，水資源短缺已成為全球經(jīng)濟、社會發(fā)展的主要制約因素。隨著雨水資源化誕生，其不可替代的開發(fā)利用潛力已被越來越多的人接受。特別是在丘陵區(qū)，雨水集蓄利用己成為緩解當?shù)厮Y源緊缺、促進群眾致富奔小康的有效措施。
　　 本文針對丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計方法存在的問題，將大系統(tǒng)優(yōu)化理論、改進實碼遺傳算法、自優(yōu)化模擬技術、序列二次規(guī)劃和計算機編程應用于丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計。以川中丘

2、陵區(qū)為典型研究區(qū)域，對丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計模型和算法展開研究，并在此基礎上研制出一套適合丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計的軟件。并以中國科學院鹽亭紫色土農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站截流小流域監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，對論文中的模型、算法、軟件進行驗證。主要研究結論如下：
　　 (1)建立丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程系統(tǒng)優(yōu)化模擬模型，模型由降雨（徑流）序列分析計算模型、逐時段集蓄水量分析計算模型、逐時段灌溉水量優(yōu)化分

3、配模型以及蓄水工程規(guī)模優(yōu)化設計模型組成。
　　 (2)綜合應用人機交互技術(HCIT)、改進實碼遺傳算法(IRGA)、自優(yōu)化模擬技術(SOST)以及序列二次規(guī)劃算法(SQP)設計出系統(tǒng)優(yōu)化模擬模型求解算法。
　　 (3)應用MATLAB圖形用戶編程方法設計可視化界面，編寫MATLABM函數(shù)文件程序對模型求解，研發(fā)出一套適合丘陵區(qū)坡面農(nóng)業(yè)灌溉雨水集蓄利用工程優(yōu)化設計的通用軟件。
　　 (4)以中國科學院鹽亭紫色土農(nóng)

4、業(yè)生態(tài)試驗站截流小流域監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，對文中模型、算法、軟件進行驗證，結果表明：①HARUEOPS軟件已實現(xiàn)水文頻率自動化計算。②在同一灌溉水量條件下，最優(yōu)集流面積隨集流效率增加而減少；在相同集流效率條件下，其隨著灌溉水量增加而增加；逐月最優(yōu)集蓄水量隨灌溉水量增加而增加，且集中在6、7、8月。③改進實碼遺傳算法在求解這類包含等式和不等式約束的最優(yōu)化問題時具有較高性能；系統(tǒng)自優(yōu)化模擬算法在實現(xiàn)模型上層和下層之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化上取得了較好效果。

5、模型實現(xiàn)了有限灌溉水量在灌區(qū)多種作物之間和各作物生育階段的最優(yōu)分配，同時也實現(xiàn)了種植面積在灌區(qū)多種作物之間的優(yōu)化分配。在非充分灌溉條件下，多種作物之間優(yōu)化配水和優(yōu)化種植面積受產(chǎn)量反應系數(shù)影響；作物生育階段優(yōu)化配水受水分敏感指數(shù)、有效雨量、地下水補給量等因素綜合影響。在不同可供灌溉水量條件下，逐月最優(yōu)灌溉水量均集中在4、5月；4、5月最優(yōu)灌溉水量隨可供灌溉水量增加而增加，且其增加速度較其余月份大。④丘陵區(qū)在資金缺乏情況下開展雨水集蓄利用工