丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程优化设计-研究

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1、摘要当人类跨入2l世纪之时，水资源短缺已成为全球经济、社会发展的主要制约因素。随着雨水资源化诞生，其不可替代的开发利用潜力已被越来越多的人接受。特别是在丘陵区，雨水集蓄利用己成为缓解当地水资源紧缺、促进群众致富奔小康的有效措施。本文针对丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程优化设计方法存在的问题，将大系统优化理论、改进实码遗传算法、自优化模拟技术、序列二次规划和计算机编程应用于丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程优化设计。以川中丘陵区为典型研究区域，对丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程优化设计模型和算法展开研究，并在此基础上研制出一套适合丘陵区坡面农业灌

2、溉雨水集蓄利用工程优化设计的软件。并以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站截流小流域监测数据为基础，对论文中的模型、算法、软件进行验证。主要研究结论如下：(1)建立丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程系统优化模拟模型，模型由降雨(径流)序列分析计算模型、逐时段集蓄水量分析计算模型、逐时段灌溉水量优化分配模型以及蓄水工程规模优化设计模型组成。(2)综合应用人机交互技术(HCIT)、改进实码遗传算法(IRGA)、自优化模拟技术(SOST)以及序列二次规划算法(SQP)设计出系统优化模拟模型求解算法。(3)应用MATLAB图形用户编程方法设计可视化界面，编写

3、MATLABM函数文件程序对模型求解，研发出一套适合丘陵区坡面农业灌溉雨水集蓄利用工程优化设计的通用软件。(4)以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站截流小流域监测数据为基础，对文中模型、算法、软件进行验证，结果表明：①HARUEOPS软件已实现水文频率自动化计算。②在同一灌溉水量条件下，最优集流面积随集流效率增加而减少；在相同集流效率条件下，其随着灌溉水量增加而增加；逐月最优集蓄水量随灌溉水量增加而增加，且集中在6、7、8月。③改进实码遗传算法在求解这类包含等式和不等式约束的最优化问题时具有较高性能；系统自优化模拟算法在实现模型上层和下层之间的协调

4、优化上取得了较好效果。模型实现了有限灌溉水量在灌区多种作物之间和各作物生育阶段的最优分配，同时也实现了种植面积在灌区多种作物之间的优化分配。在非充分灌溉条件下，多种作物之间优化配水和优化种植面积受产量反应系数影响；作物生育阶段优化配水受水分敏感指数、有效雨量、地下水补给量等因素综合影响。在不同可供灌溉水量条件下，逐月最优灌溉水量均集中在4、5月；4、5月最优灌溉水量随可供灌溉水量增加而增加，且其增加速度较其余月份大。④丘陵区在资金缺乏情况下开展雨水集蓄利用工程建设时，可选择自然土坡作为集流面，蓄水池规模应根据可供灌溉水量大小确定。关键词：丘陵区；坡

5、面农业灌溉；雨水集蓄利用；工程优化设计；作物灌溉制度优化ABSTRACTWhenhumanhassteppedintothe21stCentury,theshortageofwaterresourceshasbeenmainrestrictivefactorsonthedevelopmentofglobaleconomyandsociety．Withthebirthofrainwaterresources，moreandmorepeoplebecometoacceptthefactthattheutilizationpotentialofrainw

6、aterisirreplaceable．RainwaterutilizationhasbeenaneffectivemeasuretorelievewatershortageandpromotethepeopletoprosperityandabeRerlife，especiallyinthehillyareas．Therearesomeproblemsabouttheoptimaldesignmethodofrainwateraccumulationandutilizationproject．Baseonabove，thispaperapplie

7、dthelargesystemoptimizationtheory,improvedreal—codedgeneticalgorithm，self-optimizationsimulationtechnique，thesequentialquadraticprogrammingandcomputerprogrammingtooptimizationdesignofrainwateraccumulationandutilizationprojectonslopeagriculturalirrigationinthehillyarea．Takingth

8、ehillyareaofcentralsichuanbasinasthetypicalresearchareas，itha