重慶滴灌：灌溉系統(tǒng)分析模型

灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)或管理運(yùn)行進(jìn)行邏輯的和數(shù)學(xué)的仿真和模擬。灌溉系統(tǒng)分析模型（簡(jiǎn)稱灌溉模型）在規(guī)劃設(shè)計(jì)中用以確定灌區(qū)開發(fā)水平（或規(guī)模）選擇取水方式、灌水技術(shù)、灌溉保證率或輸水、配水系統(tǒng)的布置方案等；在管理運(yùn)行中用以確定灌區(qū)的*優(yōu)擴(kuò)建和改建方案，選擇灌溉水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行方式，合理分析灌溉水源等。

建立灌溉模型時(shí)，首先要明確研究對(duì)象提出的問(wèn)題，按照問(wèn)題性質(zhì)和要求，搜集地形、土壤、水文氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及水利建設(shè)資金、方針政策等資料。如果是管理運(yùn)行問(wèn)題，則還須收集灌溉系統(tǒng)工程的設(shè)置，水的調(diào)度和分配等資料。然后根據(jù)規(guī)劃設(shè)想或已成工程的系統(tǒng)現(xiàn)狀，包括水源、輸水和配水設(shè)施、田間工程狀況及其相互制約關(guān)系，用工程圖例、節(jié)點(diǎn)和連線，正確、簡(jiǎn)明和全面地把系統(tǒng)展現(xiàn)出來(lái)。這種圖稱為灌溉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖。完成上述準(zhǔn)備工作以后，就可以著手組建灌溉模型。

一、確定變量

  變量是指研究對(duì)象在規(guī)劃設(shè)計(jì)或運(yùn)行管理的方案中須要選擇或確定的量，它在灌溉系統(tǒng)的一和非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，稱為決策（或設(shè)計(jì)）變量。規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題中常以灌溉面積、灌溉庫(kù)容、作物種植百分?jǐn)?shù)、渠道輸水能力、灌溉泵站裝機(jī)容量、噴滴灌輸水管道內(nèi)徑等作為變量；管理運(yùn)行問(wèn)題中常以水庫(kù)時(shí)段放水量，支、斗渠時(shí)段配水量，灌區(qū)作物種植面積，種植百分?jǐn)?shù)等作為變量。在灌溉系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，由于要把研究的灌溉問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)多階段的決策過(guò)程，所以，模型中的變量有階段變量、狀態(tài)變量和決策變量3種類型。在灌溉的規(guī)劃設(shè)計(jì)課題中，一般可以工程類型如水庫(kù)、泵站、進(jìn)水閘或分灌區(qū)的面積，種植作物品種等作為階段變量，以水庫(kù)水位、蓄水量、供給作物的有效水量。泵站開機(jī)臺(tái)數(shù)等作為狀態(tài)變量，以流量或水量作為決策變量；在灌溉管理和運(yùn)行課題中，?？梢阅辍⒃禄蜓茸鳛殡A段變量，狀態(tài)變量和決策變量的選擇和規(guī)劃設(shè)計(jì)類似。

二、目標(biāo)函數(shù)

  灌溉模型的目標(biāo)函數(shù)有兩種類型，一種是以物理量來(lái)表達(dá)的，常在灌溉來(lái)水量或灌溉庫(kù)容一定的條件下，尋求增產(chǎn)量*大的灌區(qū)開發(fā)規(guī)?；蛩畮?kù)水量*優(yōu)調(diào)度方案；另一種是以貨幣量來(lái)表達(dá)的，它常以經(jīng)濟(jì)計(jì)算期內(nèi)灌區(qū)在基準(zhǔn)年的凈效益現(xiàn)值（或年值）*大作為目標(biāo)。無(wú)論是物理量或貨幣量，目標(biāo)函數(shù)還可用*小化型式來(lái)表達(dá)，如灌溉水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行中，以廢泄水量*小為目標(biāo)；灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，在開發(fā)任務(wù)已定條件下，以費(fèi)用現(xiàn)值（或年值）*小為目標(biāo)等等。

三、約束條件

  灌溉模型中常遇到的約束條件有：①灌溉水庫(kù)（包括地面水庫(kù)或地下水庫(kù)）的水量平衡約束；②水庫(kù)各時(shí)段的放水量約束；③庫(kù)容規(guī)模（規(guī)劃課題中）或調(diào)度規(guī)則（管理課題中）約束；④水庫(kù)泄洪量（或下游防洪條件）約束（在規(guī)劃課題中，可以是溢洪道規(guī)模約束）；⑤灌區(qū)界限約束；⑤渠道輸水能力約束；①灌溉用水量或作物用水時(shí)間約束；③井灌地區(qū)地下水均衡約束；③政策性約束；①建設(shè)資金和勞力約束等等，模型中約束條件的多少，須視灌溉課題的具體條件而異。

如以動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法來(lái)建立模型，則在完成課題序列化和選定變量之后，就應(yīng)以R．E．貝爾曼提出的*優(yōu)化準(zhǔn)則寫出目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，同時(shí)寫出系統(tǒng)方程、約束條件和邊界條件。灌溉動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的約束條件通常屬于各種類型的界限約束范疇。系統(tǒng)方程?？筛鶕?jù)狀態(tài)變量和決策變量間的相互制約關(guān)系以及水力學(xué)條件來(lái)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(tǒng)方程表達(dá)型式。

下面列舉兩個(gè)較簡(jiǎn)單且常遇到的灌溉模型作為示例。

（1）灌區(qū)開發(fā)規(guī)模的線性（或非線性）模型，以灌區(qū)開發(fā)面積為決策變量，以灌區(qū)開發(fā)后的經(jīng)濟(jì)計(jì)算期內(nèi)灌溉凈效益現(xiàn)值（選擇投產(chǎn)年初作基準(zhǔn)年）*大為目標(biāo)，一般情況約束條件有：①各時(shí)段灌溉用水量不得超過(guò)該時(shí)段的可供水量；②灌區(qū)全年用水量不能大于該年的水資源總量；③灌溉用水緊張時(shí)段，渠道過(guò)水流量應(yīng)小于或等于其輸水能力；④各片灌區(qū)開發(fā)面積不大于直灌面積；⑤決策變量非貿(mào)等。