灌溉系統分析模型

對灌溉系統規劃設計或管理運行進行邏輯的、數學的仿真和模擬。灌溉系統分析模型（簡稱灌溉模型）在規劃設計中用以確定灌區開發（或規模）和選擇取水方式、灌水技術、灌溉保證率和輸水、配水系統的布置方案等；在管理運行中用以確定灌區的最優擴建和改建方案，選擇灌溉水庫的調度方式，合理分配灌溉水源等。

基本介紹

• 中文名：灌溉系統分析模型
• 外文名：Analysisof irrigation system

1. 模型的準備

建立灌溉模型時，首先要明確研究對象提出的問題；按照問題的性質和要求收集地形、土壤、水文氣象、社會經濟以及水利建設資金、方針政策等資料；如果是管理運行問題，還需收集灌溉系統工程的設定、水的調度和分配等資料；然後根據規劃構想或已成工程的系統現狀，包括水源、輸水和配水設施，田間工程狀況及其互相制約關係，用工程圖例、節點和連線，正確、簡明和全面地把系統展現出來。這種圖稱為灌溉系統網路圖（見圖）。完成上述準備工作後，就可以著手組建灌溉模型。

2. 模型的建立和評價

2.1 模型的建立

（1）選定變數。變數是指研究對象在規劃設計或運行管理的方案中需要選擇或確定的量。它在灌溉系統的線性和非線性規劃數學模型中，稱為決策（設計）變數。規劃設計問題中常以灌溉面積、灌溉庫容、作物種類百分數、渠道輸水能力、灌溉崩站裝機容量、噴灌和滴灌輸水管道內內徑等作為變數；管理運行問題中常以水庫時段放水量，支、斗渠時段輸水量，灌區作物種植面積、種植百分數等作為變數。在灌溉系統動態規劃數學模型中，由於要把研究的灌溉問題轉化為一個多階段的決策過程，所以，模型中的變數有階段變數、狀態變數和決策變數等3種類型。在灌溉的規劃設計課題中，一般可以將工程類型，如水庫、泵站、進水閘或分灌區以及種植作物品種等作為階段變數，以水庫水位、蓄水量、供給作物的有效水量、泵站開機台數等作為狀態變數，以流量或水量作為決策變數；在灌溉管理和運行課題中，常以年、月或旬等作為階段變數，狀態變數和決策變數的選擇與規劃設計類型。

（2）目標函式。灌溉模型的目標含水有兩種類型，一種是以物理量來表達的，常在灌溉來水量或灌溉庫容一定的條件下，尋求增產量最大的灌區開發規模會水庫水量最優調度方案；另一種是以貨幣量來表達的，它常以經濟計算期內灌區在基準年的淨效益現值（或年值）最大作為目標。無論是物理量還是貨幣量，目標函式還可以用最小化形式來表達，如灌溉水庫調度運行中，以廢泄水量最小為目標；灌區規劃設計中，在開發任務已定條件下，以費用現值（或年值）最小為目標等。

（3）約束條件。灌溉模型中常遇到的約束條件有：灌溉水庫（包括地面水庫或地下水庫）的水量平衡約束；水庫泄洪量（或下游防洪條件）約束（在規劃課題中，可以是溢洪道規模約束）；灌區界限約束；渠道輸水能力約束；灌溉用水量或作物用水時間約束；井灌地區地下水均衡約束；政策性約束；建設資金和勞力約束等。模型中約束條件的內容與數量視灌溉課題的具體條件而異。

（4）如以動態規劃方法來建立模型，則在完成課題序列化和選定變數之後，就應以R.E.貝爾曼提出的最最佳化準則寫出目標函式的表達式，同時寫出系統方法、約束條件和遞推方程等邊界條件。灌溉動態規劃模型的約束條件通常屬於各種類型的界限約束範疇。系統方程常可根據狀態變數和決策變數間的互相制約關係以及水力學條件來反映，其中，水量平衡方程是灌溉模型中比較常見的一種系統方程表達形式。

2.2 模型評價

線性、非線性或動態規劃的各種灌溉模型，由於建模時做了某些概化處理，可能會降低仿真程度，尤其是某些概化處理，可能會降低仿真程度，尤其在多種水源灌溉的大灌區，會使提高的決策方案產生較大誤差甚至錯誤。因此，對於水資源缺乏，不能充分供水的複雜灌區，常用灌溉模型模擬進行方案選擇和決策。這種模型中對於作物在水分虧損後的反應就比較容易處理，能獲得較高的仿真程度，但耗用的計算計時較多，得到的最優解也是近似的。此外，當灌溉模型匯中包含有隨機變數或不確定因素時，模型便成為隨機或不確定型，求解時，就要採取相應的隨機規劃法、灰色系統和模糊決策。

2.3節水灌溉系統

1）田間級節水灌溉，是通過對單一作物需水要求的研究,制定出有效的灌溉計畫和灌溉方式。這類系統一般不考慮田間作業的制約和種植制度的限制,而偏重於單一農作物需水管理的決策。該系統立足於田間,面向基層農產,通過分析灌溉預報中作物騰發量、土壤水分脅迫係數、作物需水量、天氣類型修正係數等參數,提出節水灌溉決策的依據、方法以及評價標準。

（2）農場級節水灌溉，是分析農場農作物的需水情況,幫助農場管理者對灌溉計畫,農場資源的組合配置等作出科學決策的輔助工具。在農場級節水灌溉中,不僅要考慮作物需水管理的決策,還需考慮田間作業勞動力的需求、農業機械的類型、耕作制度、不同類型作物的灌溉要求和農場各田塊間的相互作用等因素。

（3）區域級節水灌溉，是針對區域各個灌區灌溉管理、評價和決策而設計,主要是協調區域水資源配置矛盾,提高區域水利工程的利用率。系統涉及的因子有:土地利用,地理特徵,土壤類型,氣候條件,渠系養護狀況,灌溉方式,水資源配置,類型等。