大型灌区多级渠系多目标配水优化研究与应用

摘要

针对大型灌区渠系结构复杂，制定配水计划时参数多，编码复杂、计算量大的问题，协调多级渠系配水时渠道之间的流量关系构建一种将多目标与多级渠系相结合的优化配水模型，该模型基于系统分解协调理论，将干、支、斗三级灌溉渠系分解为两层递进协调模型。第一层以最小化输水损失和灌区缺水量最小为目标的多目标配水模型，第二层为基于遗传算法求解的约束整个灌区三级渠系的总体协调配水模型。以陕西省东部某大型灌区2023年夏季灌溉数据为例，对模型优化效果进行验证，并与灌区原有经验配水方案进行对比分析。结果表明：1)优化后灌溉水总量为1 006.45万m³，与原计划的1 035.54万m³接近，但配水周期缩短至36 d，相较于原来的56 d大幅减少，有效提高了灌溉效率；2)89.7%的渠道配水流量得到了提升，37.9%的渠道流量增长超过80%，不仅渠道的过流能力得到大幅提升，同时减少了闸门调节次数，简化了灌区的管理操作；3)优化方案减少了320.19万m3的输水渗漏损失，渠道灌溉水利用系数提高约0.14，且满足灌区大部分渠道的用水需求。本研究模型和算法能较好地解决多级灌溉渠系优化配水问题，为制定科学合理的灌区配水方案、推动灌区智慧化建设提供了理论依据和实践参考。

关键词

灌溉渠系 / 优化配水 / 分解协调思想 / 遗传算法 / 多目标

基金资助

国家自然科学基金项目（U2243235）; 国家重点研发计划（2022YFD1900402）