引黄灌区多目标水资源优化配置－调度双层模型

冯涛 闫丰 左其亭 朱大炯 于磊

摘 要：為合理优化调配水资源，实现灌区综合效益最大化，以赵口引黄灌区二期工程为研究对象，构建多目标水资源优化配置－调度双层模型。采用遗传算法，优化求解得到２０３０ 年５０％、７５％、９５％设计频率的灌区各用水户（居民与牲畜、农业、工业、服务业、环卫绿化和河湖生态）最优分配水量及渠系调水方案。研究结果表明：不同设计频率的最优水量分配方案均能满足灌区各用水户发展基本需求，居民与牲畜用水、工业用水、服务业用水均能优先得到满足，农业用水供需比保持在０．７６ 以上；５０％、７５％、９５％设计频率的灌区各渠道引黄水占比分别为４６．６１％、４２．２８％和４８．５８％。

关键词：多目标优化；水资源优化配置；渠系调度；双层模型；引黄灌区

中图分类号：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０１２

引用格式：冯涛，闫丰，左其亭，等．引黄灌区多目标水资源优化配置－调度双层模型［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１２）：６５－７０．

高质量灌区建设是发展现代化农业、响应国家粮食安全中长期规划建设目标和任务的重要举措，对保障国家粮食安全具有重要意义［１］ 。灌区作为重要的粮食生产基地，如何科学合理地调配灌区水资源、最大限度地发挥水资源综合效益，是灌区现代化建设面临的重要课题［２］ 。灌区水资源调度是一个复杂的多水源多用户多层次调控问题，不仅涉及过境水、地下水、当地地表水、再生水等多种水源，生活、生产、生态等多个用水部门，而且涉及渠首供水、渠道输配水、田间引水等多个层级，各层级之间相互关联，形成递阶关系［３］ 。因此，采用多层优化模型处理不同层级的水资源配置问题，成为灌区配水研究的主流方法［４］ 。刘移胜等［５］ 建立了基于多水源、多用水户拓扑关系的水资源优化配置模型，可有效解决从灌区分区供水到各用水户的优化配置问题。陈晓楠等［６］ 将大系统优化理论应用于灌区不同分区与作物各生长阶段之间的用水调配，推算出作物层级的最优灌溉制度。然而，在对灌区进行层级调控时，面临多水源、多部门之间复杂的协调匹配问题，需要综合考虑经济、社会、生态目标来解决高效用水、经济产出和环境效益之间的矛盾［７］ 。为此，王芊予等［８］ 开发了基于第三代非支配排序遗传算法（ＮＳＧＡ－Ⅲ）的多目标层级水资源配置模型，得出灌溉经济效益、用水效率、作物缺水、地下水可持续利用和渠系配水公平等不同目标的配水方案。杨改强等［９］ 建立了基于不确定性的多目标层级模型，并应用于不同灌片、不同作物以及不同生育期内的配水方案研究，以提升汾河灌区经济效益和灌溉效率。多目标与层级相结合的方法能够有效处理灌区水资源系统供－输－配－排环节的复杂性，同时可以满足灌区水资源配置的多元化要求。