基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种农业灌溉用水优化配置。特别是涉及一种基于种植结构调整的农 业灌溉用水优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 目前我国人均水资源量只有2100m3,仅为世界人均水平的28%，全国年平均缺水 量500多亿m 3。在非常有限的水资源条件下，我国要以占全世界7%的耕地资源养活占全球 22%的人口。与此同时，人口仍在增长，粮食需求日益增加，水资源过度开发问题突出，不少 地方水资源开发远远超出水资源承载能力，并引发了一系列生态和环境问题。从全国总用 水量来看，仅农业用水量就占到了总用水量的60% -70%。农业用水量的多少直接影响到 总用水量的多少。农业水资源能否持续利用，将对水资源的可持续利用产生重大影响。目 前越来越多的农业用水被用在满足中国快速发展的城市及工业用水之上，中国农用水源的 急剧减少已日益威胁到粮食总产量乃至食物安全。这就需要对农业灌溉用水做优化配置， 才能在不增加农业供水的条件下增大农业种植效益，满足我国对粮食日益增加的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够调整农业种植结构，进而优化农业 灌溉用水分配，增大种植效益和提高粮食产量的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配 置方法。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方 法，是以种植业灌溉净效益最大为目标函数，以参与优化的作物的种植面积和其对应分配 到的水量为决策变量，以作物种植面积、灌溉水量、粮食安全需求、优势作物产量4个方面 为约束条件，建立基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置数学模型，采用遗传算法对 所述模型进行计算，具体包括如下步骤：
[0005] 1)设定目标函数；
[0006] 2)确定决策变量，以参与优化的作物的种植面积和参与优化的作物所对应分配到 的水量作为决策变量；
[0007] 3)设定约束条件，所述的约束条件包括：作物种植面积约束、灌溉水量约束、粮食 安全需求约束、优势作物产量约束及非负约束；
[0008] 步骤1)至步骤3)构成了基于农业种植结构调整的灌溉用水优化配置数学模型。
[0009] 步骤1)所述的目标函数是采用如下公式获得：
【主权项】
1. 一种基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在于，是以种植业灌 溉净效益最大为目标函数，以参与优化的作物的种植面积和其对应分配到的水量为决策变 量，以作物种植面积、灌溉水量、粮食安全需求、优势作物产量4个方面为约束条件，建立基 于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置数学模型，采用遗传算法对所述模型进行计算， 具体包括如下步骤： 1) 设定目标函数； 2) 确定决策变量，以参与优化的作物的种植面积和参与优化的作物所对应分配到的水 量作为决策变量； 3) 设定约束条件，所述的约束条件包括：作物种植面积约束、灌溉水量约束、粮食安全 需求约束、优势作物产量约束及非负约束； 步骤1)至步骤3)构成了基于农业种植结构调整的灌溉用水优化配置数学模型。
2. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤1)所述的目标函数是采用如下公式获得：
其中，Yik-Q ik*Yikm/ (Sik ?qikm) 式中：i为一年内的作物分茬，一年内共分m茬；k为作物种类，共n种；Yik为第i茬第k种作物的单位面积实际产量，单位：公斤/亩；Yikm为第i茬第k种作物的单位面积最高产 量，单位：公斤/亩；Pk为第k类作物的单价，单位：元/公斤；Ck为种植单位面积k种作物 的生产成本，单位：元/亩；Sik为第i茬第k种作物的种植面积，单位：亩；Qik为第i茬第k 种作物全生育期分配到的总灌溉水量，单位：m3;qikm为第k种作物充分灌溉时的灌溉定额， 单位:m3/亩。
3. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤3)所述的作物种植面积约束包括有： (a) 接茬作物面积约束：接茬作物面积约束即接茬作物种植面积不超过前茬作物占地 面积，即
(b) 每种作物的面积约束：各种作物的种植面积大于等于所述作物允许种植面积下 限，小于等于所述作物允许种植面积上限，即 minSik^Sik^maxSik 式中：s为耕地总面积，单位：亩；Sik第i茬k种作物的种植面积，单位：亩；s mk、s(m_1)k 分别为第m荏和第m-1荏k种作物的种植面积，单位：亩；minSik、maxSik为第i荏k种作 物的最小、最大可能种植面积，单位：亩。
4. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤3)所述的灌溉水量约束是： 每种作物分配到的总水量之和等于总的实际灌溉水量，即
各作物分配到的灌溉水量介于零和充分灌溉所需水量之间，即 0. Qikm *Sik 式中：Qik为第i茬k种作物全生育期内分配到的总灌溉水量，m3;Q为总的灌溉水量，m3;Sik为第i茬k种作物的种植面积，亩；qikm为第i茬k种作物充分灌溉时的灌溉定额，单 位:m3/亩。
5. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤3)所述的粮食安全需求约束是： 粮食产量要满足该地区人民的最低需求，即Y ik ? Sik 式中：Dik为允许的第i茬k种作物的最低粮食量，Dik=yik ?POP ;POP为总人口，人；yik为人们对第i茬k种作物的人均需求量，kg/人；Yik为第i茬k种作物的单位面积实际 产量，公斤/亩；Sik为第i茬k种作物的种植面积，单位：亩。
6. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤3)所述的优势作物产量约束是： 优势作物要保持自身的优势性，即K Y ik ? Sik 式中：Yik(l为优势作物为保证自身的优势性所必须满足的最低产量，单位：公斤；Yik为 第i茬k种作物的单位面积实际产量，单位：公斤/亩；Sik为第i茬k种作物的种植面积， 单位：亩。
7. 根据权利要求1所述的基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，其特征在 于，步骤3)所述的非负约束是： 模型中所有变量均大于等于零，即Sik、Qik多〇。
【专利摘要】一种基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置方法，是以种植业灌溉净效益最大为目标函数，以参与优化的作物的种植面积和其对应分配到的水量为决策变量，以作物种植面积、灌溉水量、粮食安全需求、优势作物产量4个方面为约束条件，建立基于种植结构调整的农业灌溉用水优化配置数学模型，采用遗传算法对所述模型进行计算。本发明模型简单易行，可以调整农业种植结构，进而优化农业灌溉用水的分配，增大种植效益和提高粮食产量，为区域合理分配各作物种植面积及相应灌溉水量提供参考。
【IPC分类】A01G25-16
【公开号】CN104770275
【申请号】CN201510174817
【发明人】徐国宾, 孙秋慧, 武永新
【申请人】天津大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月14日