王鹏

【摘要】过去对农作物进行灌溉时经常采用的是全灌区渠系用水计划方式，此时各用水单位均衡受益，在配水方式上采用毛灌溉需水量或者投劳折资等固定配水比例去使水资源得以配置，那么在干旱季节，很难保证农作物田间灌溉管理的水平，建立健全一个NLP模型，有利于强化骨干水库、灌区内水库、塘堰三者之间的联系，保证在有限供水的条件下，各个灌区内作物能够获得充足的水源以供自体的生长。

【关键词】有限供水；灌区；优化配水；分析

现阶段，很多作物灌区采用的是多水源供水的方式，而有限供水条件下灌区优化配水问题是值得关注的，因为不仅仅要考虑对水库的优化调度问题，也要综合田间优化配水问题，分析有限供水条件下灌区优化配水，需要将全灌区分解为多个子区，将每种作物所在的田块视为一个土壤水库，以此去达到对优化配水研究的目标。

一、灌区内水利工程调度模拟模型的建立

中型水库

对于普通的灌区，一般采用的是控制全灌区的骨干水库或者是能够对局部区域控制的中小型水库，在这些水利工程的联合作用下完成对灌区供水的任务。中型水库应用于有限供水条件下灌区优化配水进程中时，首先需要将灌区整体等分，划分为多个子区，各个子区之间处于相对独立的模式中，每一个子区内部涵盖很多塘堰，小型的水库聚合在一起，将其考虑为一个中型水库，继而参照水资源供应的先后顺序对子区内水量的平衡值进行计算，而子区内水利工程供水的先后顺序一般如下；先是塘堰，然后是小型水库，最后是中型水库。在供水量极为短缺的情况之下，一个中型的水库可能在相同的时间点上对多个子区的水库进行管理与控制，与此同时，还要完成对这些水库的调度与水量计算工作内容。如果发生灌区内水利工程供水量远远不能满足农作物生长的需要，短缺的部分可以在骨干水库的辅助下得以完善。总之，中型水库在有限供水条件下灌区优化配水作业中的应用，这一模型可以作为灌区内水利工程的调度模拟，从而使灌区内各水利工程供水量与缺水量明确化；

（一）调度计算

在上述公式中，t代表的是时段编号，与时段起始的编号具有统一性。由公式可见，人为时段t水库产水量；而人为蒸发、渗漏损失水量为Lt；尺为中型水库灌溉供给的水量；尺那那之为中型水库对非农业区域提供的水量；Smin、Smax分别代表的含义为塘堰最小、最大蓄水量；Rmax为水库在某一时段之内发放出的最大出库水量；

（二）作物灌溉区域对水需求量的计算

这里，我们以旱作物灌区灌溉为例进行分析，如果某一时间段内刚好有雨水降临，那么雨停之后土壤中有效含水量必然会大于适宜含水量，此时不需要灌区优化配水作业的开展；如果是在水量处于不饱和的状态中，灌区灌溉的水量为与土壤所含水分达到田间持水率，此时该旱作物灌区需要的水量数值可以由以下公式计算出来：

那么在这种有限供水条件下，灌区水量是怎样分配的呢？本文作者做出如下较为详细的论述：

如果该时段骨干水库提供的数量灌区的需水量，那么参照灌溉目标需水量开展供水工程；如果骨干水库供水量略微小于全灌区灌溉目标需水量，此时为了确保全灌区所有农作物不处于缺水的状态下，就应该先按照作物正常生长对水的需求量进行供应，多余的小部分按比例分配；另一种情况是该时段骨干水库所持水库远远不能满足全灌区作物对水源的总需求量，那么灌区灌溉人员需要对不同子区作物的性质进行分析，就是研究其在缺水条件下的生存状态，因为不同子区作物对水分的需求量存在差异性，因此可以以此为依据，开展田间水量优化配置作业活动。

二、目标函数

该田间作物灌溉模型的建立健全是以达到全灌区灌溉效益为最终目标的，而作物水分生产函数一般使用的是Jensen模型，对某一时段的灌水量进行计算时，如果设定以后各个时段的供水量都是充分的，那么就可以拟定下列目标函数：

其中Ft为t时段内全灌区所取得的灌溉效益，Yc max为1hm2 作物c隐含的产量（15kg/hm2），PRc为作物c的单价；Aic代表的是子区i中作物c覆盖的面积（666.7hm2）；tc：作物c的时段序号；AET：作物实际蒸发量；PET：作物潜在蒸发量。在有限供水条件下，作物实际蒸发量分为三个阶段：当土壤含水量大于适宜含水量下限值时，作物蒸发不受干扰，AET與PET相等；当前者小于后者时，作物蒸发受抑制，AET不断压缩；当两者之间存在线性关系时，作物死亡，不存在蒸发量。

三、分析约束有限供水条件下灌区优化配水的因素

一是全灌区水量平衡约束，其实质上就是骨感水库（灌溉供水量）与灌区内水库（全灌区灌溉灌水量）之间的平衡约束。公式如下：

其中，Rt、RMit、RS1it、RS2it、RTit分别代表的是骨干水库、中型水库、小（一）型水库、小（二）型水库、塘堰向灌溉区域提供的水量，……表示子区内水利用系数、子区至高级水库的渠道水利用系数、管控不同子区的水库至骨干水库的渠道水利用系数；

二是最大灌水定额约束，就是控制对每一种类型的作物灌溉水量的数额小于其目标数量，可以用如下公式对这一约束条件进行表示：

结束语：

总之，在有限供水条件的制约下，水库调度模拟模型与田间配水模拟模型的建设健全，使各个田块毛灌溉需水量得以确定，从而完成水源有效分配的工作任务；除此之外，NLP优化配水模型的应用，可以使灌溉水量在空间上将水源准确的分配给边际效益较高的子区，以此途径去协助农田获得更大的经济效益。总之，积极对整合优化模型进行研究与扩建，在有限供水条件下，应用NLP、LP等各种模型，为田间作物供水作业顺利运行奠定基础，以提升我国农作物产量。

参考文献：

[1]周祖昊，袁宏源，崔远来，罗强.有限供水条件下水库和田间配水整合优化调度[J].水科学进展，2003，02：172-177.