一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法

本发明涉及智慧农业，尤其涉及一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法。

背景技术：

1、我国是农业大国，水资源匮乏一直是我国农业灌溉的重点问题。不合理的水资源分配会导致水资源浪费和作物经济效益降低。因此，保障水资源更合理地使用，减少灌溉水资源消耗的同时生产更多粮食对灌区的可持续发展至关重要。灌区水资源优化配置是合理使用水资源的重要方法之一，是实现水资源合理开发利用的基础，是水资源可持续利用的根本保证。

2、灌区水资源优化配置是在一个特定流域或区域内，以经济、社会和环境等目标为核心，考虑作物种植结构和灌溉制度，对有限的水资源，在灌区各用水户之间进行时空分配。然而，目前这类模型主要考虑作物只种植一季，考虑作物复种的研究不足。而且，现有考虑作物复种的模型，也是简单将复种系数引入到模型中的作物种植总面积约束中，对作物在一年内复种期数以及不同作物有不同的种植期考虑不够细致，未能充分发挥作物复种技术实现粮食增产和土地利用方面的综合效益。

3、因此，提出一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，在常规水资源优化配置的基础上，优化作物不同种植期当期种植情况，建立基于作物复种的灌区水资源优化配置模型，在水资源短缺的情况下，合理决策作物一年内作物的灌溉水量、作物复种的种植期和作物面积，进而实现对水资源和耕地更加合理的利用，为水土资源高效可持续利用提供方法参考。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，包括以下步骤：

4、s1.分析作物种植特性，提出将作物不同种植期当期种植情况作为优化参数；

5、s2.以作物灌溉水量、作物种植期和作物种植面积作为决策变量，以灌区缺水量最小化和灌区经济效益最大化作为目标函数，并引入约束条件，构建基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型；

6、s3.求解基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型，获得灌区水资源优化配置方案。

7、上述的方法，可选的，s2中以灌区缺水量最小化和灌区经济效益最大化作为目标函数的具体内容为：

8、灌区缺水量最小化：选用缺水量最小为目标能够使基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型最大程度满足作物需水量，缺水量最小化目标函数为：

9、

10、其中，表示不同的灌区，表示灌区数量，表示不同的作物，表示作物种类数，表示月份，表示模型计算总周期，这里考虑为一年，与为本模型决策变量，为分配给灌区作物月的灌溉水量，单位为m³/hm²，为灌区作物月的种植面积，单位为hm²，为灌区作物月的需水量，单位为m³/hm²；

11、灌区经济效益最大化：选用经济效益最大为目标，经济效益目标需要计算作物产量，作物产量计算使用的是作物水分生产函数jensen模型；经济效益最大化目标函数为：

12、

13、其中，为灌区作物当年的价格，单位为元/kg，为灌区作物第季的产量，单位为kg/hm²，为作物第季的种植，为作物复种轮数。

14、上述的方法，可选的，作物水分生产函数jensen模型为

15、

16、其中，为作物的最高产量，为作物在生育阶段的水分敏感指数。

17、上述的方法，可选的，s2中引入的约束条件包括供水能力约束、灌溉水量约束、作物种植面积约束、作物需水量与灌溉水量关系约束、同种植期面积约束和变量非负约束。

18、上述的方法，可选的，s3中利用智能算法nsga-ii求解基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型。

19、上述的方法，可选的，s3中获得灌区水资源优化配置方案包括获得灌区不同作物一年内每月的灌溉水量配置方案和每季度的种植面积分配方案。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，具有以下有益效果：在水资源短缺的情况下，结合灌区种植作物种类以及作物种植期，基于作物复种，优化作物不同种植期当期种植情况，进行细致分析增大模型优化空间，同时基于作物同一种植期种植面积相同规律，将月尺度转换成种植期尺度，降低模型决策变量数量，提高求解效率，通过合理决策作物一年内作物的灌溉水量、作物复种的种植期和作物面积，使基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型得到更优的目标值，相较于未引入复种的水资源优化配置模型，在供水量不足的情况下，能够获得更优的作物灌溉水量，作物面积和种植期分配方案，从而使灌区实现对水资源和耕地更加合理的利用，可为灌区管理者提供理论依据和决策支持，对于促进灌区可持续发展具有重大意义。

技术特征：

1.一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种考虑作物复种的灌区水资源优化配置方法，涉及智慧农业技术领域。包括：分析作物种植特性，提出将作物不同种植期当期种植情况作为优化参数；以作物灌溉水量、作物种植期和作物种植面积作为决策变量，构建基于复种的灌区水资源优化配置多目标模型，获得灌区水资源优化配置方案。本发明优化作物不同种植期当期种植情况，分析细致，能增大模型优化空间，同时基于作物同一种植期种植面积相同规律，将月尺度转换成种植期尺度，降低模型决策变量数量，提高求解效率，合理决策作物一年内作物的灌溉水量、作物复种的种植期和作物面积，进而实现对水资源和耕地更加合理的利用，为水土资源高效可持续利用提供方法参考。

技术研发人员：何莉,马浩琛,石铁柱,杜煜,张德津,徐颖
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22