基于粒子群优化算法的农田多目标控制排水模型

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1、第25卷第3期农业工程学报Vol.25No.362009年3月TransactionsoftheCSAEMar.2009基于粒子群优化算法的农田多目标控制排水模型1121殷国玺，张展羽，张国华，郭相平（1．河海大学农业工程学院，南京210098；2．中国灌溉排水发展中心，北京100054）摘要：该文研究内容包括2个方面：1）针对南方丘陵地区地表排水方式，通过田间排水试验，探求控制排水中氮、磷浓度的变化规律，拟合了累计入渗量Philip公式的参数，建立了排涝、除渍和减少氮、磷流失的多目标控制排水模型。

2、2）在分析多目标优化问题Pareto最优解的基础上，运用MATLAB编制计算程序，针对控制排水模型的具体特点，分别定义了粒子的适应值、个体极值和全局极值的计算公式，利用粒子群优化算法对模型进行了求解。结果表明，运用基于粒子群的多目标优化算法求解农田多目标控制排水模型，所求得的控制排水时间与实际控制排水时间基本一致，为农田排水的科学管理提供参考。关键词：控制排水，数学方法，建模，粒子群算法，多目标模型中图分类号：S276.1文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-3-0006-04殷国

3、玺，张展羽，张国华，等.基于粒子群优化算法的农田多目标控制排水模型[J].农业工程学报，2009，25(3)：6－9.YinGuoxi,ZhangZhanyu,ZhangGuohua,etal.Multi-objectivecontrolleddrainagemodelbasedonparticleswarmoptimizedalgorithm[J].TransactionsoftheCSAE,2009,25(3)：6－9.(inChinesewithEnglishabstract)1模型建立0引

4、言在中国南方丘陵地区的地表排水过程中，由于对流1.1试验布置和扩散作用，农田表层可溶性氮、磷迁移到地表径流中试验位于江苏省句容市二圣镇。试验田长8m、宽[1][2]12m。用地下埋深0.9m、比地面高出15cm的塑料隔板流失，是氮、磷流失的主要途径之一。雨滴击溅侵蚀、径流冲刷和细沟侵蚀，使地表径流中含有浓度较高的泥把试验田分隔成4块长8m、宽3m的独立田块，每个田[3]块中央有深10cm，宽15cm的墒沟，排水沟出口设置小沙颗粒和土壤团聚体，吸附和结合在泥沙颗粒和土壤团[4]闸门。为控制降雨强度和降

5、雨历时，在试验田上方架拱聚体的氮、磷随排水流失是另一主要流失途径。通过降低径流速度，地表控制排水使得排水中的悬移质和推移形支护框架，用塑料布遮盖，达到设计降雨强度时打开[5]塑料布。质易于沉淀，降低了排水中氮、磷浓度，从而减少了农田的氮、磷流失量。控制排水还增加了土壤入渗量，减1.2处理设计少了地表径流量。然而，在地下水位较高的农田，土壤由于暴雨产生的雨滴击溅侵蚀效应明显，选择暴雨入渗量增加容易产生渍害。本文通过控制排水试验，建作为典型降雨强度。在试验过程中，开始降雨时降雨强立氮、磷浓度和土壤入渗量

6、与排水控制时间的函数关度较弱，当降雨强度达到0.49mm/min时移开塑料雨棚，系，以降低排水中氮、磷浓度和减少入渗量作为控制排2h6min后用塑料布遮盖试验田，试验田取2h6min作水目标。为降雨历时。考虑到作物的耐淹水深，控制排水的田间试验结果表明，降低氮、磷浓度与减少入渗量是互水深不超过5cm。相竞争的排水目标，无法找到使所有目标同时达到最优1.3观测内容及方法的排水控制时间，需要建立3个目标的控制排水模型并在控制排水地块，从形成地表积水后按照每10min[6]用1000mL塑料瓶分时段取水样

7、，用于分析各时段地表求解Pareto最优（非劣）解。而非劣解生成技术不能保证求出模型的全局Pareto最优解，且计算工作量大，目积水中的氮、磷浓度。开始排水后，用带有刻度的塑料[7]桶分别收集排水，用于测量排水量和氮和磷流失量，同标间的权衡或转换也很困难。粒子群算法可以避免陷于局部最优解，能够提高收敛速度，解集具有良好的分散时观测降雨量。[8]1.4控制排水模型性和较低的错误率。根据控制排水目标，建立控制排水模型。为保持适收稿日期：2007-08-09修订日期：2008-11-24宜于作物生长的土壤

8、含水率和地下水位，尽可能减少入基金项目：国家自然科学基金资助项目（50309003）；河海大学科技创新基渗量；选择地表积水中氮浓度较低的时段排水；选择地金重点资助项目（2084/405002）表积水中磷浓度较低的时段排水。根据控制排水模型的3作者简介：殷国玺（1962－），男，山东青岛人，高级工程师，博士，研究个目标函数，求解使3个目标最小化的排水控制时间：方向：农田排水与水土环境。南京河海大学农业工程学院，210098。Email：ygx151@sina.com1）