(寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院　寧夏　銀川　750021)

一、水資源調(diào)度概念及分類

(一)水資源調(diào)度的概念

水資源調(diào)度是水資源管理工作的重要內(nèi)容之一,是水資源管理決策由規(guī)劃、計劃和方案到水資源實施、配置的具體手段,是落實江河流域水量分配方案并配置到具體用水戶的管理過程。

(二)水資源調(diào)度分類

水資源調(diào)度按照調(diào)度方法可分為常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度;按照調(diào)度的時間可分為年、月、旬調(diào)度甚至更加細(xì)化的周、日調(diào)度和實時調(diào)度;按照調(diào)度內(nèi)容可分為防洪調(diào)度、排澇調(diào)度、灌溉調(diào)度、供水調(diào)度、排調(diào)度、發(fā)電和生態(tài)調(diào)度等。

二、農(nóng)業(yè)灌區(qū)地表水地下水聯(lián)合調(diào)度研究現(xiàn)狀

我國的農(nóng)業(yè)水資源聯(lián)合調(diào)度是以國外的相關(guān)研究借鑒為基礎(chǔ)，但發(fā)展迅速。農(nóng)業(yè)水資源聯(lián)合調(diào)度以水庫最優(yōu)運用問題開始，自80年代，我國系統(tǒng)地開展了水資源優(yōu)化配置和灌區(qū)水資源調(diào)度研究。

灌區(qū)水資源聯(lián)合供水，統(tǒng)一調(diào)度，是把所有可利用的灌區(qū)滿足水質(zhì)要求的水資源進(jìn)行合理的利用。灌區(qū)水資源聯(lián)合調(diào)度目標(biāo)函數(shù)的選取一般是灌區(qū)灌溉凈效益最大，后來，生態(tài)和社會等方面的目標(biāo)開始逐步列入。

三、灌區(qū)水資源調(diào)度技術(shù)及方法

研究方法上，系統(tǒng)分成三層：整個灌區(qū)、各個子區(qū)、子區(qū)內(nèi)各類作物，三層通過供水量相互聯(lián)系。與水資源調(diào)度分為常規(guī)調(diào)度與優(yōu)化調(diào)度相對應(yīng),水資源調(diào)度方法可分為常規(guī)方法和系統(tǒng)分析方法。

(一)常規(guī)方法

常規(guī)方法是以調(diào)度準(zhǔn)則為依據(jù),利用徑流調(diào)節(jié)理論和水能計算方法,并借助于防洪調(diào)度圖等經(jīng)驗性圖表實施防洪調(diào)度操作,是一種半經(jīng)驗、半理論的水庫調(diào)度方法[1],包括時歷法和統(tǒng)計法。

1.線性規(guī)劃

1947年美國數(shù)學(xué)家Dantzig提出線性規(guī)劃的通用解法,為這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。線性規(guī)劃法是水資源流域應(yīng)用最早且最廣泛的規(guī)劃技術(shù)之一,有成熟的算法和應(yīng)用程序。

2.非線性規(guī)劃

由于非線性規(guī)劃模型中的目標(biāo)函數(shù)或約束條件是非線性的,其計算過程比較復(fù)雜,目前沒有可行的解法和程序,通常將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題求解,或與其他方法結(jié)合。

3.動態(tài)規(guī)劃

動態(tài)規(guī)劃法是處理多階段決策問題的有效方法,是水庫群優(yōu)化調(diào)度中應(yīng)用最廣泛的數(shù)學(xué)規(guī)劃法。最早將動態(tài)規(guī)劃法應(yīng)用于水庫優(yōu)化調(diào)度的是美國的Little[2],他提出了基于隨機(jī)徑流的水庫優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。

4.多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)

水資源調(diào)度兼顧防洪、灌溉、發(fā)電等多方面效益,決定了流域水資源調(diào)度的多目標(biāo)特點,因而多目標(biāo)優(yōu)化法的引入勢在必行。楊侃等[3]應(yīng)用多目標(biāo)和大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)方法對串聯(lián)水庫群水量宏觀優(yōu)化調(diào)度問題進(jìn)行分析和研究,建立了基于多目標(biāo)分析的庫群系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)宏觀決策模型。

5.大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論

大系統(tǒng)具有高維性、不確定性、規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合因素眾多等特征,分解協(xié)調(diào)法幾乎貫穿于大系統(tǒng)理論的所有方面。

灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置是一個復(fù)雜的多級多目標(biāo)的大系統(tǒng)問題。我們將系統(tǒng)分成三層：整個灌區(qū)、各個子區(qū)、子區(qū)內(nèi)各類作物，三層通過供水量相互聯(lián)系，采用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論。

6.模擬模型法

模擬模型是利用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述系統(tǒng)參數(shù)和變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,詳細(xì)地描述系統(tǒng)的物理特征和經(jīng)濟(jì)特征,并在模型中融入決策者的經(jīng)驗和判斷,概念易于理解且便于使用[1]。數(shù)學(xué)規(guī)劃往往要求一定形式的數(shù)學(xué)模型，否則便無法求解。

7.現(xiàn)代啟發(fā)式智能方法

a.遺傳算法。遺傳算法是模仿自然界生物進(jìn)化過程中自然選擇機(jī)制而發(fā)展起來的一種全局優(yōu)化方法,是演算算法的重要分支。

b.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為模擬模型,具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、高度非線性和并行處理等優(yōu)點,是目前國內(nèi)外比較流行和具有發(fā)展前途的系統(tǒng)之一。

四、地表水與地下水聯(lián)合運用基本原則

針對典型區(qū)情況，制定原則如下：優(yōu)先使用地表水，有計劃地進(jìn)行人工回灌，補(bǔ)充地下水，地下水的開采量不能超過地下水的允許降深。在特殊干旱年，允許超采地下水進(jìn)行灌溉，開采量必須與補(bǔ)給量多年平衡，保證水資源的可持續(xù)利用。

五、農(nóng)業(yè)水資源調(diào)度研究存在的問題及發(fā)展趨勢

縱觀國內(nèi)外地表水地下水聯(lián)合調(diào)度研究進(jìn)展，水資源聯(lián)合調(diào)度的理論基礎(chǔ)已經(jīng)明確，研究尺度集中于區(qū)域，大尺度研究較少，水資源配置模型的求解應(yīng)用了大量優(yōu)化算法，但是從可持續(xù)發(fā)展思想審視已有研究成果，尚存在如下不足：

(1)系統(tǒng)模型缺乏實用性。由于模型建立過程進(jìn)行了大量的概化處理，在配水實踐中難于應(yīng)用，不能真正達(dá)到水資源實時調(diào)度。

(2)國內(nèi)外學(xué)者在中長期灌溉制度的研究上雖然已取得了不少成果，但通過模型求解得出的灌溉制度與實際之間仍有很大的距離。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和天氣中長期預(yù)報的精度提高，使得在中長期灌溉制度指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，軟硬件結(jié)合的實時灌溉系統(tǒng)研究成為可能。