云南高原灌区灌溉用水优化配置模型及评价方法研究

The optimization of irrigation water distribution is an effective way of saving irrigation water and reducing drought damage under serious drought in Yunnan province. However, researches on this field are rare. This research is based on the particular water cycle and typical tridimesional climate of irrigation area in Yunnan plateau. Model simulation is integrated with GIS. Theories and approaches to the optimization of irrigation water distribution at large irrigation area scale are focused in this study. Economy, ecology and society factors including benefits on irrigation area and farmers are combined in objective functions. Canal scheduling, irrigation time, climate, terrain, soil texture, cropping and canal system are considered in this study. A new approach and emergency plans of irrigation water distribution optimization will be provided under drought situation in Yunnan.

在云南干旱背景下，开展灌区灌溉用水优化配置的研究，对节约灌溉用水量，减少旱害具有重要意义。然而，目前相关研究较少。本课题以云南高原灌区水循环的特殊性和典型的立体气候为基础，采用模型模拟与GIS相结合的方法，以大型灌区为研究对象，开展云南高原灌区灌溉用水优化配置理论与方法的研究。模型的目标函数兼顾经济、生态和社会效益，同时考虑灌区效益和农民收益。综合考虑灌区内时空尺度因素对灌溉用水优化配置的影响，包括作物生育阶段、渠道配水时间、作物灌水时间、气象站点分布、地形条件、土壤质地、作物种植结构以及渠系布置等。通过以上研究，提出云南高原灌区灌溉用水优化配置的新方法并为云南抗旱提供灌区灌溉配水应急方案。

目前灌溉用水紧缺、灌溉用水浪费严重，大型灌区灌溉用水管理水平相对落后。云南高原灌区属山丘区灌区，气候垂直变化较大，土壤以红壤土为主，作物种植结构复杂，干渠和支渠兼顾输水和配水功能，同时灌溉渠道和排水沟道通常为灌排两用。因此，高原灌区受地形、气候、作物种植、土壤以及渠系特点的综合影响，相比平原灌区的灌溉用水配置问题更加复杂。因此，开展云南高原灌溉用水时空优化配制的研究，对解决灌区灌溉用水优化调度的难题、提高灌溉用水管理水平是非常必要和紧迫的，同时也对云南省灌溉农业的可持续发展具有重要意义。.本研究在分析高原灌区输水特点的基础上，选取位于云南省楚雄州的蜻蛉河灌区作为典型灌区，以GIS为平台建立了灌溉用水配置时空优化模型，解决了山丘区灌溉用水配置不合理的问题。根据受益对象的不同，模型设定了2个目标函数，即全灌区作物总产值最高以及全灌区年运行费最小，同时，模型还考虑了生态和环境用水。以作物生长阶段为阶段变量，以水库时段末的蓄水量为状态变量，以每个子区域不同时段单位面积上的实际灌溉用水量为决策变量。采用多目标遗传算法和动态规划法对模型进行优化求解。模型系统采用空间决策支持系统的理念，建立了数据库（包括空间数据和属性数据）、模型库、方法库以及人机交互系统。系统界面友好，易于操作。通过将优化后的灌溉用水配置方案与原方案进行对比，对优化结果进行验证。并考虑灌区灌溉用水及作物种植结构未来可能的变化情况，对灌溉用水量和水稻种植面积进行4种情景假设，得到未来不同情景下灌溉用水优化配置方案，为灌区发展决策提供指导。本研究得到以下2点结论：.（1）灌溉用水配置时空优化模型能很好的解决云南高原灌区灌溉用水优化配置问题。优化后的配水方案的灌溉用水量减少21.1%，作物产值提高了1.1%，模型合理可行。.（2）优化结果显示，灌溉用水量和作物种植结构是影响灌区灌溉用水配置的主要因素。作物产值分布与灌溉用水量分布基本一致，而灌溉可供水量减少幅度较大时，作物产值总体呈现减少趋势。作物生育期及不同生育期的需水量的差异也是影响月灌溉用水量分布的重要因素。.在项目资助下完成论文6篇，其中已发表1篇，录用5篇。获得软件著作权1项。项目进行中，项目组成员发挥团队协作精神，共同完成项目规定的研究内容，有1人由讲师晋级为副教授，培养研究生3名，其中1人已毕业。项目经费按预算支出，使用合理。