一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统及方法，该系统包括数据管理模块，对用水调配涉及的数据进行存储并管理；基础数据统计模块，对存储的各类数据进行统计；农业ET计算模块，根据存储数据和统计数据对农业ET进行计算；水资源配置模块，基于各用水单元的农业ET和对应数据，生成对应的水资源调配方案。本发明专利技术在传统的基于ET定额的农业节水规划和高效节水灌溉定额控制方案基础上，从供水源头控制农业用水和耗水，通过地表水和地下水的联合调配，减少地下水开采，增加地下水回补，减少在输配过程中的无效流失和消耗，提高农业供水的产出效益，为实现不同水文年的农业目标ET和水资源的可持续利用提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统及方法
本专利技术属于水资源调配
，具体涉及一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统及方法。
技术介绍
传统水资源管理中的“节水”以“供需平衡”为核心，重在减少取水量，而对各种用水过程实际水资源消耗研究相对薄弱。由于受ET(蒸散耗水)监测方法和手段制约，我国节水农业ET管理的研究也大多局限于农田灌溉用水的管理方面，在流域范围内全面实施ET管理是一项新技术，目前国内外都没有成功的经验。随着卫星遥感技术的发展，利用遥感数据和模型反演区域ET成为可能，遥感方法测定ET具有空间上的连续及时间动态变化的特点，能够表达蒸散量的时空分布与变化，不同尺度遥感RT数据获得为利用ET数据开展区域性耗水管理。目前国内外现有的灌溉配水决策大多是依据经验或假定条件至上建立的配水模型，配水量都是以历史供水量为依据，而不是作物的需耗水量，因此，绝大多数配水结果与实际作为需耗水量不相符合，都是计划配水模式下的研究成果，而按真实节水理念耗水量配水方式的研究成果并不多见。在配水技术方面，目前的农业配水模型大多计算单元为子流域、灌区或县级尺度，无法保证乡镇、村级以及田块尺度上的配水精度要求。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于耗水控制的农业用水优化调配系统及方法引入ET管理理念，融合了ET监测、控制方法和技术，满足不同阶段农业目标ET的确定和基于ET红线的农业用水空间布局优化。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统，包括：数据管理模块，用于对农业用水优化调配涉及的数据支撑资料进行存储并管理；基础数据统计模块，用于对存储的各类数据支撑资料进行统计；农业ET计算模块，用于根据存储的数据支撑资料和基础数据统计模块中统计的数据对农业ET进行计算；水资源配置模块，用于基于各用水单元计算出的农业ET和存储的数据支撑资料，生成对应的水资源调配方案。进一步地，所述数据管理模块中的数据支撑资料包括径流数据、基本农田面积、非基本农田面积、灌溉制度、ET红线数据和用户数据；所述基础数据统计模块中统计的数据包括各用水单元中的径流、水库特征值、水库-库容关系曲线、水库蒸发数据和工业生态需水量；所述农田ET计算模块中计算的农业ET包括各用水单元中按月或旬统计的基本农田ET、非基本农田ET和最小农田灌溉量。进一步地，所述水资源配置模块包括水资源配置单元和配置方案比较单元；所述水资源配置单元用于根据用水单元初始库容、设置的径流设计保证率和规划水平年对应的参数生成该规划水平年中该用水单元对应的基本农田配水方案和非基本农田配水方案；所述配置方案比较单元用于根据用水单元初始库容和选择水平年对应的参数，生成该水平年不同径流设计保证率下的基本农田和非基本农田配水对比结果。进一步地，所述农业用水优化调配系统还包括遥感ET预警模块；所述遥感ET预警模块用于根据设置的ET红线数据和遥感ET数据进行各用水单元的ET数据统计，进而对各用水单元进行遥感ET预警。一种基于耗水控制的农业用水优化调配方法，包括以下步骤：S1、基于农业ET计算模块中的数据，确定各用水单元不同频率年满足目标ET的灌溉需水量；S2、基于数据管理模块存储的数据，确定各用水单元中水资源调配时的配水原则；S3、基于数据管理模块和基础数据统计模块中的数据，建立基于ET的优化配水模型；S4、基于数据管理模块和基础数据统计模块中的数据，确定各用水单元对应的约束条件；S5、基于待配水用水单元确定的灌溉需水量，在满足配水原则及约束条件的基础上对基于ET的优化配水模型进行线性求解，得到该用水单元的农业用水优化调配结果。进一步地，所述步骤S2中的配水原则包括优先保证各用水单元中责任田的用水量、保证各用水单元渠系完好且离水库或河流较近的用水户优先配水和优先利用各用水单元中的地表水。进一步地，所述步骤S3中，将待配水区域农业灌溉地表水缺水量最小作为基于ET的优化配水模型的目标函数；所述目标函数为：式中，为第i用水户第t时段责任田地表水供水量；为第i用水户第t时段非责任田地表水供水量；为第i用水户第t时段责任田需水量；为第i用水户第t时段非责任田需水量；α1和α2为表征供水优先顺序的第一权重系数和第二权重系数；ηi为第i用水户灌溉水利用系数；I为用水户数量，T为计时段数。进一步地，所述步骤S4中的约束条件包括水库或河道水量平衡约束、需水量约束、水库约束、渠道输水能力约束、乡镇最小地表水供水量约束和流域调水用水约束。进一步地，所述水库或河道平衡约束包括具有控制性水库时的水库水量平衡约束和不具有控制性水库时的河道水量平衡约束；所述具有控制性水库时的水库水量平衡约束为：式中，Vt、Vt-1分别为第t、t-1时段水库库容；St为第t时段水库渗漏水量；Et为第t时段水库蒸发水量；Rt为第t时段水库入库水量；Dt为第t时段水库其他行业供水量；WIt为第t时段外流域调入水量；WOt为第t时段流域调出水量；所述不具有控制性水库时的河道水量平衡约束为：式中：RDt为第t时段河道可供农业灌溉水量；RXHt为第t时段河道无法利用水量；所述需水量约束包括责任田需水量约束和非责任田需水量约束；所述责任田需水量约束为：所述非责任田需水量约束为：式中，分别为第i用水户责任田、非责任田面积；分别为第i用水户第t时段责任田、非责任田有效降雨量；所述水库约束为：VMint≤Vt≤VMaxt式中，VMaxt、VMint分别为水库第t时刻最大、最小库容；所述渠道输水能力约束为：式中，QMaxj,t为第j渠道第t时段渠道最大输水能力；Ij为第j渠道供水的用水户；所述乡镇最小地表水供水量约束为：式中，Mi,t为第i用水户第t时段责任田最小地表水供水量；所述流域调水用水约束为：式中，K为调水点上游村庄即用水协会数目；RLoct为第t时流域段自产径流量或河道可供农业灌溉水量。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术系统引入“ET管理”理念，融合ET监测技术、控制方法和技术，满足了不同阶段农业目标ET的确定；通过灌溉面积调整、节水灌溉面积布局和种植结构优化等措施，实现了基于ET红线的农业用水空间优化布局；基于ET红线约束、水库蓄水能力约束和水量动态变化、作物需水优化调整、渠道输配水能力控制及优先保证基本农田需水量等约束条件，实现了用于多水源、多用户的流域水资源优化配置；提出了满足ET红线下灌区或子流域配水方案推荐，实现了不同目标ET的灌溉需水过程优化，将水资源由“供水管理”向“供水+耗水双管理”转变；(2)本专利技术系统可实现田块、村级、乡镇级尺度的配水空间单元；同时，在时间尺度上，该系统还具有旬、月尺度的农田需水量预测预报，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统，其特征在于，包括：/n数据管理模块，用于对农业用水优化调配涉及的数据支撑资料进行存储并管理；/n基础数据统计模块，用于对存储的各类数据支撑资料进行统计；/n农业ET计算模块，用于根据存储的数据支撑资料和基础数据统计模块中统计的数据对农业ET进行计算；/n水资源配置模块，用于基于各用水单元计算出的农业ET和存储的数据支撑资料，生成对应的水资源调配方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耗水控制的农业用水优化调配系统，其特征在于，包括：
数据管理模块，用于对农业用水优化调配涉及的数据支撑资料进行存储并管理；
基础数据统计模块，用于对存储的各类数据支撑资料进行统计；
农业ET计算模块，用于根据存储的数据支撑资料和基础数据统计模块中统计的数据对农业ET进行计算；
水资源配置模块，用于基于各用水单元计算出的农业ET和存储的数据支撑资料，生成对应的水资源调配方案。


2.根据权利要求1所述的基于耗水控制的农业用水优化调配系统，其特征在于，所述数据管理模块中的数据支撑资料包括径流数据、基本农田面积、非基本农田面积、灌溉制度、ET红线数据和用户数据；所述基础数据统计模块中统计的数据包括各用水单元中的径流、水库特征值、水库-库容关系曲线、水库蒸发数据和工业生态需水量；所述农田ET计算模块中计算的农业ET包括各用水单元中按月或旬统计的基本农田ET、非基本农田ET和最小农田灌溉量。


3.根据权利要求1所述的基于耗水控制的农业用水优化调配系统，其特征在于，所述水资源配置模块包括水资源配置单元和配置方案比较单元；
所述水资源配置单元用于根据用水单元初始库容、设置的径流设计保证率和规划水平年对应的参数生成该规划水平年中该用水单元对应的基本农田配水方案和非基本农田配水方案；
所述配置方案比较单元用于根据用水单元初始库容和选择水平年对应的参数，生成该水平年不同径流设计保证率下的基本农田和非基本农田配水对比结果。


4.根据权利要求2所述的基于耗水控制的农业用水优化调配系统，其特征在于，所述农业用水优化调配系统还包括遥感ET预警模块；所述遥感ET预警模块用于根据设置的ET红线数据和遥感ET数据进行各用水单元的ET数据统计，进而对各用水单元进行遥感ET预警。


5.一种基于耗水控制的农业用水优化调配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于农业ET计算模块中的数据，确定各用水单元不同频率年满足目标ET的灌溉需水量；
S2、基于数据管理模块存储的数据，确定各用水单元中水资源调配时的配水原则；
S3、基于数据管理模块和基础数据统计模块中的数据，建立基于ET的优化配水模型；
S4、基于数据管理模块和基础数据统计模块中的数据，确定各用水单元对应的约束条件；
S5、基于待配水用水单元确定的灌溉需水量，在满足配水原则及约束条件的基础上对基于ET的优化配水模型进行线性求解，得到该用水单元的农业用水优化调配结果。


6.根据权利要求5所述的基于耗水控制的农业用水优化调配方法，其特征在于，所述步骤S2中的配水原则包括优先保证各用水单元中责任田的用水量、保证各用水单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丽娟，张宝忠，雷波，柳长顺，李彦彬，李道西，曲吉鸿，王晓东，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11