基于LP-PSO的塔里木河流域农业种植结构优化研究

依据"适水发展"的水土资源配置原则,以最严格水资源管理制度的总水量作为控制线,考虑粮食安全,以经济产出效益最优为目标,基于线性规划和粒子群算法(Linear Programming and Particle Swarm Optimization,简称LP-PSO)构建种植结构优化模型,引入水土资源互动耦合指数对模型优化结果进行评价,并以塔里木河流域为例进行模型应用。研究结果表明:(1)基于LP-PSO算法的种植结构优化模型,搜索结果较优,可为相关部门指导种植业结构调整提供技术支撑和理论依据;(2)为进一步实现塔里木河流域种植结构优化,宜压减棉花、枣、小麦等作物种植比例,增加甜菜、大豆、苹果、稻谷等作物种植比例;(3)在没有额外水源及基于现有的"三条红线"用水总量控制约束下,流域到2020年可承载的最优灌溉面积约为240万hm~2,届时"退地"规模将超过110万hm~2,各方面压力较大,因此宜放宽对塔里木河流域2020年的最严格水资源管理制度控制指标考核,而以2030年作为种植业规模调整的最终目标,通过15年左右的时间逐步实现。     

灌区多目标种植结构优化模型研究

建立了以扶余灌区经济效益、节水效益和生态效益为目标的作物种植结构优化模型,提出了灌区种植结构的不同调整方案。模型建立后,采用模糊折中规划方法将多目标函数转化成单目标函数,运用MATLAB软件进行求解。结果表明,该灌区在优先考虑灌溉成本兼顾其他目标时,旱田与水田的种植面积比例为1.53∶1,旱田全部种植玉米;优先考虑节水效益兼顾其他目标时,灌区全部种植玉米;优先考虑生态效益兼顾其他目标时,旱田与水田的种植面积比例为1.48∶1,玉米与大豆的种植面积比例为0.99∶1。     

基于水足迹与水-能源-粮食关联关系的提水灌溉系统种植结构优化

灌溉系统是农业生产与用水的关键载体,其水-能源-粮食关联关系的协调性对区域可持续发展有重要影响。相较于传统的灌溉水高效分配研究,水足迹理论明晰了农业生产水资源消耗总量及其利用类型。针对提水灌溉系统水资源、能源供需配置不紧密及其生态影响考虑不全面的问题,联合水足迹理论与水-能源-粮食关联关系,统筹社会、资源、生态和经济多维系统,构建了考虑水资源调配、农业生产用水及粮食生产转移全过程的提水灌溉区种植结构多目标优化评价模型。将该模型应用于涟水灌溉区,通过调整粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的种植结构,运用Topsis方法对比评价了现状和优化配置情况的相对贴近度。优化结果表明：在保障粮食安全的基本前提下,应增大玉米的播种面积,减少大豆的播种面积;相较于现状,优化后的年均粮食单方水经济净效益提升4.0%,作物碳足迹在农作物种植基线改变时呈现下降态势,且2018年优化后的碳足迹降低79.5 kg。优化方案的相对贴近度均大于现状,对促进提水灌溉系统资源高效利用和农业可持续性具有可靠的支撑作用。     

金沟河灌区种植结构优化及水资源优化配置研究

以金沟河灌区为例,针对目前存在的水资源严重短缺的问题,根据该灌区灌溉系统的独有特点、供需水的情况以及种植模式,将作物净收益最大作为目标函数,在耕地面积不能增加、种植结构安全以及相关的政策、地下水最大可开采量、供需水存在的偏差、金沟河灌区目前的可供水量、渠系的过流能力等等约束条件下,在保证粮食产量、工业需求、饲草产量等要求的大前提下,建立了灌区水资源优化配置模型.利用该模型,以2010年为例,金沟河灌区农业可节水650×104 m3,水资源的利用率提高12.8％,单位水经济效益提高率为5％左右.     

和田地区中型灌区种植结构优化调整浅析

和田地区中型灌区是我国当前最大的生态化扶贫移民灌区,现状作物种植结构中粮食作物种植比例过大,耗水量大且水生产效益低下,灌区生态效益、经济与社会效益均较难实现,作物种植结构有待进一步调整优化。从和田地区中型灌区作物种植结构基本情况出发,运用线性规划方法确定了种植结构优化的决策变量、目标函数及约束条件,并根据目标函数和约束条件分别确定了各类作物种植面积大小,为灌区作物种植结构优化调整提供了科学依据。总之,优化调整后,粮食作物的种植面积有所减少,而附加值大且节水的经济作物种植面积大大增加,经济效益、社会效益和生态效益显著提升。     

适水种植结构优化技术的推广与应用

唐山市多年平均水资源可利用量为31.86亿m3,年均地表水资源量14.62亿m3,地下水资源量13.69亿m3,全市水资源总量23.89亿m3,人均水资源量380 m3,仅为全国平均水平的1/6。近年来,受干旱少雨、水环境恶化等因素的影响,特别是随着经济的迅速发展和城市化进程的加快,水资源供需矛盾更为突出,严重制约了经济社会的发展步伐。     

水足迹视角下西北旱区种植结构协同调整

以西北旱区为例,采用水足迹模型,分析主要农作物的耗水特点,并以水资源消耗量最小、生态安全和经济效益最大化为目标,构建以耕地资源、水资源和食物安全为约束条件的多目标规划模型对种植结构进行优化。结果表明：2000—2020 年西北旱区主要作物产量增长 2.41 倍,种植面积增长 1.24 倍,粮食作物和经济作物的种植比例由 2:1 向 1:1 转变,种植结构由专一化向多样化发展;作物生产水足迹总量从 838.70 亿 m3增至 1109.05 亿 m3,其中蓝水足迹占比高达 79.09?%,农业生产面临着巨大的水资源压力;调整作物种植结构,适当将蔬菜、薯类和豆类的种植面积提高 140.593 万?hm2、1.863 万?hm2和 0.340 万?hm2,水资源消耗量可减少 107.25 亿 m3,生态效益可提高 27.47 亿元,经济效益可提高 470.74 亿元。研究结果对促进西北旱区农业结构优化调整和水资源可持续利用具有重要的参考价值。     

好水川流域作物种植结构优化研究

为了加强好水川流域农业水资源管理,优化与农业密切相关的作物种植结构,促进水资源优化配置,根据该流域的自然、社会、经济等条件,建立了作物综合效益评价指标体系,并采用多层次决策分析法确定了各指标的权重。基于模糊多目标优化理论建立了该流域作物种植结构的优化模型,对该流域主要作物结构优化进行了计算。结果表明:流域内小麦、玉米、豌豆、胡麻、土豆5种主要作物的最优种植面积为337.33、318.80、71.87、189.87、308.80 hm2。     

基于改进多目标蚁群算法的辽阳灌区渠系优化配水研究

为提高灌区渠系配水的科学性,采用改进的多目标蚁群算法,以辽阳大型灌区为例,对其灌区渠系配水量进行优化计算。结果表明：相比于改进前,改进后模型收敛度得到明显改善,使得辽阳灌区配水率平均提高13.6%,平均配水量增加8.75万m³。研究成果对于大型灌区渠系优化配水方法具有重要参考意义。     

基于宽容约束的多目标水资源优化配置

基于可持续发展指导思想,构建了水资源经济、社会、环境的多目标配置模型,详述了各参数的确定思路。以系统优化原理和交互设计思想为指导,结合多目标决策理论,在求解出其子目标的非劣解集后,采用改进的目标逼近法和宽容约束法求解模型。配置结果达到了较好的满意度和较高的综合效益,为该市未来发展提供了一定的借鉴。     

基于改进多目标蚁群算法浑北灌区优化配水研究

为提高灌区渠系配水的科学性,文中以沈阳浑北大型灌区为例,采用改进的多目标蚁群算法,对其灌区渠系配水量进行优化计算。研究成果对于大型灌区优化配水具有重要参考价值。     

猫群算法在灌溉渠系配水优化中的应用

本文建立了定流量、变历时运行的灌溉渠道轮灌优化配水模型,保证各个轮灌组间配水时间差异最小,应用新颖的猫群优化算法(CSO)进行模型求解。最后,以冯家山灌区北干十一支下段斗渠轮灌时间为例,据此优选出的配水方案保证配水时间最小,计算结果表明模型合理,并且通过与粒子群算法对比,验证了猫群算法在灌溉渠系优化配水中的有效性。     

基于水资源利用的红寺堡灌区作物种植优化

为了优化配置红寺堡灌区的作物种植结构,在分析灌区现状作物种植结构的基础上,采用单目标模型的形式,结合多目标模型的思想,建立了基于水资源利用的作物种植结构优化模型,并计算了灌区2008年和2015年在灌溉保证率为75%的最优作物种植结构。结果表明:在总种植面积不变的情况下,优化后小麦、玉米、薯豆类、葡萄、油葵等作物的种植面积有所减少,拱棚蔬菜、甘草等作物的种植面积有所增加。2008年和2015年红寺堡灌区优化后较现状种植结构不仅可以分别节约水量1 617.4万m3和1 821.7万m3,而且可以分别增加农业收益9 577万元和11 281.1万元。     

江淮丘陵塘坝灌区作物种植结构优化调整模型

鉴于江淮丘陵塘坝灌区作物种植结构优化调整问题的复杂性与重要性,依托肥东八斗灌溉试验站试验成果,通过塘坝灌区降雨径流模拟,进行农田灌溉水量平衡分析,构建了塘坝灌区多目标多变量作物种植结构优化调整模型,并运用加速遗传算法进行模型求解,优化确定了研究区现状 9. 32万 m3 /km2 塘坝容量下合理的作物种植比例,具体为: 就午季作物水稻而言,降雨频率为 P≥90% 时,适宜种植比例为 0. 11; 降雨频率为 75% ≤P ＜ 90% 时,适宜种植比例为 0. 21; 降雨频率为 50% ≤P ＜75% 时,适宜种植比例为 0. 36; 降雨频率为 20%≤P ＜50%时,适宜种植比例为 0. 54; 降雨频率为 P ＜20% 时,适宜种植比例为 0. 65。研究成果可为江淮丘陵塘坝灌区种植结构调整与灌溉制度的制定提供科技支撑,具有重要的实际指导意义和推广应用价值。     

宁夏红寺堡扬黄灌区种植结构优化调整研究

宁夏红寺堡灌区是我国最大的生态移民扶贫开发区,现状农业种植结构不尽合理,粮食作物:经济作物:饲料作物的比例为53.6:40.4:6,粮食作物种植比例偏大,导致农业灌溉耗水量大,水分生产效益不高.针对红寺堡灌区水资源紧缺现状,以生态效益、经济效益和社会效益为指标,运用单目标线性规划模型,计算灌区主要作物优化种植比例.结果表明:2012年红寺堡灌区适宜的粮食作物:经济作物:饲料作物比例为39.9:50.7:9.4,农业最大经济效益可达81 126.12万元,人均收入为3841.2元.     

“三条红线”控制指标下玛纳斯县主要农作物种植结构优化方案研究

近年来新疆玛纳斯县水资源供需矛盾尤为突出。文章分析了玛纳斯县农业种植结构特点,采 用线性规划法对主要农作物进行结构优化;在最严格水资源管理下,结合“三条红线”各项指标,提出 2020水平年、2030水平年种植结构调整优化方案。结果表明,粮食作物中玉米的种植比例要提高,小麦 的种植比例可以维持现状;经济作物中要减少棉花的种植比例,小幅度地增加葵花和甜菜的种植面积。     

水火电联合系统多目标优化调度

建立了一个水火电力系统多目标优化调度模型，提出一种宽容约束的交互式计 算方法。在分解协调的过程中，本文提出的收敛准则，提高了计算精度。对非 线性规划问题的求解采用DFP算法，避免了牛顿法中计算海森矩阵及逆阵,而又保持了牛 顿法收敛速度快的优点。算例结果表明：该模型是合理的，算法是有效的。     

桁架结构拓扑和布局优化发展综述

从优化模型的建立和求解算法的研究两个方面对桁架结构的拓扑、布局优化的发展历程和研究现状进行综合评述。按照发展的先后,将以基结构法为基础的优化模型根据设计变量的不同分为3类,同时描述了非基结构法的拓扑布局优化;将求解算法分为传统的数学求解和智能化的全局寻优求解两部分。对桁架结构的拓扑布局优化在实际工程中的应用进行了总结,指出了结构拓扑、布局优化在理论研究、工程应用和软件开发等方面的研究方向。     

城市水系统多种水源优化配置实例研究

根据城市用水需求,协调配置新鲜水、再生水、淡化海水等水源水量,促进城市的可持续发展是城市水系统规划亟待解决的问题。以城市水系统的经济性和可持续利用为目标,构建城市水源优化配置模型,采用多目标进化算法进行求解,该方法为城市水系统的综合规划提供理论依据和指导。     

基于自由搜索的灌区优化配水模型研究

在求解优化配水问题时,遗传算法和粒子群算法是经常被采用的优化算法,然而在优化过程中可能出现早熟,从而会影响到配水模型的有效性。为此,本文引入一种新的基于动物群体的优化算法——自由搜索(FreeSearch)算法,并以实现单位灌溉水量的净收益最大为目标构建了灌区优化配水模型,设自由搜索中动物探查行走时的位置分量为模型寻优参数,应用自由搜索算法对模型进行优化求解。实例应用结果表明:与加速遗传算法和标准粒子群算法求解优化配水模型的结果相比,本文建立优化配水模型能为灌区提供更合理的优化配水方案,可使整个灌区及单位灌溉水量的净收益都获得显著增长。