作物非充分灌溉制度优化的0_1规划模型建立与应用

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．024*作物非充分灌溉制度优化的0-1规划模型建立与应用12毛晓敏尚松浩(1．中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083;2．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)摘要:以农田水量平衡模型及作物水分生产函数模型为基础，引入0-1变量描述在可能的灌溉期内是否进行灌溉，建立了非充分灌溉制度优化的0-1规划模型。模型利用MicrosoftExcel的规划求解工具

2、进行求解。将该模型应用于山西省潇河灌区冬小麦灌溉制度优化，结果与现有模拟-优化模型比较接近，但求解过程更为简单。结果表明研究区冬小麦灌溉的关键期是拔节末期(5月上旬);初始土壤含水率较低时，适宜灌水时间有所提前，灌溉的增产效果也更明显;冬小麦蒸散发量及相对产量均随灌水量的增加而增加，但边际产量却逐渐降低。关键词:非充分灌溉0-1规划模型农田水量平衡作物水分生产函数中图分类号:S274.1文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0153-06Excel的规划求解工具进行求解。将该模型应

3、用于引言山西省潇河灌区冬小麦灌溉制度优化，并与传统的作物非充分灌溉制度是非充分灌溉理论研究的模拟-优化方法进行对比。重要内容，也是提高灌溉水利用效率的重要途径。1模型及求解方法用于确定作物优化灌溉制度的传统方法主要有动态［1－2］［3－5］规划、线性与非线性规划等，近年来模拟退1.1灌溉制度优化的0-1规划模型［6］［7－8］火算法、遗传算法等启发式全局优化算法也在一定的灌溉定额下，作物灌溉制度优化的主广泛应用于灌溉制度优化。这些优化模型一般以作要目标是通过确定合理的灌水次数、每次灌水时间物生育阶段灌水

4、定额为决策变量，通过作物水分生及定额实现产量(或效益)最大。灌水定额I可以根产函数计算不同灌溉制度下的产量，从而解决不同据具体的作物、土壤条件及灌溉方式来确定，因此作生育阶段间的水量分配问题;但这些模型对不同灌物灌溉制度优化可以简化为灌水次数一定条件下的溉制度下的农田蒸散发过程及其对作物产量的影响合理灌溉时间。为了反映作物生长阶段内不同时间考虑比较简单，并且难以确定具体的灌水日期。灌溉对作物蒸散发及产量的影响，可以将作物生育为了更准确地描述不同灌溉制度下的农田蒸散期划分为较短的时段，引入0-1变量描述时

5、段内是发过程及其对作物产量的影响，模拟-优化方法也已否进行灌溉，建立作物非充分灌溉制度优化的0-1［9－10］经应用于灌溉制度优化。这类方法以农田水规划模型量平衡模型、动态水分生产函数模型或作物生长模maxY=Ymf(x1，x2，…，xp)(1)型为基础，可以较为准确地反映不同灌溉制度下的x1+x2+…+xp=M(2)2农田蒸散发过程及其对作物产量的影响，同时与一式中Y———实际产量，kg/hm2定的优化技术相结合得到具体的灌水日期。但这类Ym———充分灌溉时的最大产量，kg/hm方法应用较为复杂，不方

6、便实际应用。f———作物产量对灌溉制度的响应函数为了建立一个既能反映作物蒸散发过程及其对p———划分的阶段数产量的影响，又便于应用操作的作物非充分灌溉制M———一定灌水定额下的灌水次数度优化模型，本文在农田土壤水分平衡模型与作物xi———第i阶段是否进行灌溉的0-1变量，xi水分生产函数模型的基础上，引入0-1变量描述在=1表示该阶段进行灌溉，xi=0表示可能的灌溉日期内是否进行灌溉，建立作物非充分该阶段不进行灌溉灌溉制度优化的0-1规划模型，并利用Microsoft灌溉制度对作物产量的影响通过灌溉制度

7、对作收稿日期:2013-09-06修回日期:2013-12-03*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA102904)和国家自然科学基金资助项目(51279077)作者简介:毛晓敏，副教授，博士生导师，主要从事水文水资源与农业水土工程研究，E-mail:maoxiaomin@cau．edu．cn154农业机械学报2014年物蒸散发过程的影响及蒸散发过程对作物产量的影且主要出现在汛期，可以根据一定的产流机制(如响来体现，因此响应函数f在不同灌溉制度下的取蓄满产流)来估算，在枯水期可以忽

8、略径流量。值可通过农田土壤水分平衡模拟模型及作物水分生农田水量平衡中的根系层底部水分交换量Q产函数来估算。多采用简化法(近似认为Q=0)、零通量面法、经验1.2农田蒸散发计算及土壤水分平衡模型方法等进行估算。本模型采用文献［14］中提出的一定时段内农田蒸散发取决于大气蒸发能力经验公式计算，即d(以参考作物蒸散发表示)、作物类型及生长状况Q=a(W/Wf)(W－Wc)(8)(以作物系数Kc表示)、土壤供水情况(以土壤水分式中a、d———经验参