微灌系统随机规划数学模型研究
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摘要
本文针对微灌工程规划设计中的问题，在分析常规微灌系统规划设计方法的基础上，采用随机规划的数学方法，对微灌系统管网进行了优化设计。论文采用理论分析与工程实例相结合的研究方法，建立了微灌系统随机非线性规划数学模型。
论文首先分析了常规微灌系统规划设计方法，在此基础上，以年费用或投资最小为目标，用离散管径方法，以管段长度和水泵扬程为决策变量，分别建立了水泵加压式和自压式干管管网优化设计以及田间管网优化设计线性规划模型。通常情况下，微灌系统规划设计都采用轮灌的工作制度，即按照设计的轮灌组划片限灌。这种供水方法而不考虑片内作物分布和作物品种差异对需水的要求及土壤的实际含水量。论文针对这种灌溉制度的缺点，引入管网流量设计保证率、概率约束等理论，用概率论的方法推求了随机灌水条件下管网设计流量的计算公式，并建立了随机取水条件下微灌系统管网优化设计随机非线性规划数学模型。论文分析了管网优化设计随机非线性规划数学模型的求解方法，并编写了相应的电算程序。最后将随机规划模型和确定性线性规划模型分别应用于江苏省海门市常乐镇微灌工程规划设计中的大棚滴灌系统，对管网系统进行了优化设计，并将其结果进行了比较分析。
On the basis of analyzing the usual problems in the design of micro-irrigation, network for micro-irrigation is optimize designed. By the method of combining analysing the theories and the engineering examples and of stochastic programming,the network for micro-irrigation is optimize designed,and the stochatic non-linear programming model of micro-irrigation system is built.
On the base of analysing the ordinary design methods,aiming to the minimum annual cost or investment, taking the pipe length and water pump lift as decision-making variables, the linear programming models are presented to optimize the diameters of main network and field network. In usual condition , the work system of alternation irrigation is adopted in the micro-irrigation system design. That is the farmers have no choice but to irrigating by turns. And they can't take into account distributing of crops and water requirement and water content of soil. Aiming at the limitations of this irrigation system , a expressions about design flow of pipe networks is set up by the probability methods. A model of stochastic non-linear programming by random irrigating is presented to optimize network of micro-irrigation. And the answer to optimum design of network is analysed about a model of stochastic non -linear programming and FORTRAN program is compiled accordingly . At last, the stochastic model and the linear programming are both applied to optimum design of drip-irrigation project for Jiangsu Province Haimen city Changle town.Then the results are compared and analysed .
论文首先分析了常规微灌系统规划设计方法，在此基础上，以年费用或投资最小为目标，用离散管径方法，以管段长度和水泵扬程为决策变量，分别建立了水泵加压式和自压式干管管网优化设计以及田间管网优化设计线性规划模型。通常情况下，微灌系统规划设计都采用轮灌的工作制度，即按照设计的轮灌组划片限灌。这种供水方法而不考虑片内作物分布和作物品种差异对需水的要求及土壤的实际含水量。论文针对这种灌溉制度的缺点，引入管网流量设计保证率、概率约束等理论，用概率论的方法推求了随机灌水条件下管网设计流量的计算公式，并建立了随机取水条件下微灌系统管网优化设计随机非线性规划数学模型。论文分析了管网优化设计随机非线性规划数学模型的求解方法，并编写了相应的电算程序。最后将随机规划模型和确定性线性规划模型分别应用于江苏省海门市常乐镇微灌工程规划设计中的大棚滴灌系统，对管网系统进行了优化设计，并将其结果进行了比较分析。
On the basis of analyzing the usual problems in the design of micro-irrigation, network for micro-irrigation is optimize designed. By the method of combining analysing the theories and the engineering examples and of stochastic programming,the network for micro-irrigation is optimize designed,and the stochatic non-linear programming model of micro-irrigation system is built.
On the base of analysing the ordinary design methods,aiming to the minimum annual cost or investment, taking the pipe length and water pump lift as decision-making variables, the linear programming models are presented to optimize the diameters of main network and field network. In usual condition , the work system of alternation irrigation is adopted in the micro-irrigation system design. That is the farmers have no choice but to irrigating by turns. And they can't take into account distributing of crops and water requirement and water content of soil. Aiming at the limitations of this irrigation system , a expressions about design flow of pipe networks is set up by the probability methods. A model of stochastic non-linear programming by random irrigating is presented to optimize network of micro-irrigation. And the answer to optimum design of network is analysed about a model of stochastic non -linear programming and FORTRAN program is compiled accordingly . At last, the stochastic model and the linear programming are both applied to optimum design of drip-irrigation project for Jiangsu Province Haimen city Changle town.Then the results are compared and analysed .
引文
[1] 冯广志，我国节水灌溉技术研究与推广，水利水电技术，1998(10)
[2] 王留运，叶清平，岳兵，我国微灌技术发展的回顾与预测，节水灌溉，2000(3)：3—7
[3] 周卫平，宋广程，邵思，微灌工程技术，北京：中国水利水电出版社，1999
[4] 魏永曜，林性粹主编，农业供水工程，北京：水利电力出版社，1992
[5] 联合国粮农组织灌溉和排水文集(44)，灌溉配水网的设计和最优化，中国农业科技出版社，1992
[6] 郭元裕，李寿声主编，灌排工程最优规划与管理，北京：水利电力出版社，1994
[7] 甘应爱等，运筹学，清华大学出版社，1990
[8] 郭元裕主编，农田水利学，第三版，北京：中国水利水电出版社，1997
[9] 李寿声，灌溉经济与最优化技术，上海交通大学出版社，1994
[10] 李远华主编，节水灌溉理论与技术，武汉水利电力大学出版社，1999
[11] 喷灌工程设计手册编写组，喷灌工程设计手册，水利电力出版社，1988
[12] 魏秀菊，平坦地形时微灌设计单元内允许压差在支、毛管上的合理分配，喷灌技术，1995(3)：16—18
[13] 刘肇祎主编，灌排系统优化方法，中国水利水电出版社，1997
[14] Ait-Kadi, Mohamed, Optimization of Irrigation Pipe Network Layout and Design, U.M.I.Dissertation Informaion Service, 1986
[15] 周厚贵，水利水电工程的随机模型建立与求解，系统工程，1989，7(3)：61—66
[16] 王新坤，程冬玲，林性粹，单井滴灌干管优化设计，农业工程学报，2001(3)：41—44
[17] 魏永曜，压力管网优化的数学规划法，喷灌技术，1987(4)：2—9
[18] 蒋履祥，喷灌管网的管径优化设计，喷灌技术，1989(1)：7—11
[19] 刘子沛，用离散管径的动态规划法优化树状管网，喷灌技术，1986(3)：33—36
[20] 翟国亮，董文楚，郑亚东，微灌变径支管优化设计方法研究，节水灌溉，1997(3)：43—45
[21] 王新坤，程冬玲，林性粹，枚举法与动态规划法结合优化田间管网，干旱地区农业研究，2001，19(2)：61—66
[22] 陈渠昌，郑耀泉，微灌田间管网支毛管优化设计探讨，灌溉排水，1996(1)：17—21
[23] 张国祥，微灌毛管水力学研究，喷灌技术，1990(3)：9—16
[24] 白丹，多孔管的优化设计，农业机械学报，1994，25(2)：56—59
[25] 白丹，多孔管沿程压力分析，农业机械学报，1992，23(3)：49—55
[26] 白丹，树状给水管网的优化，水利学报，1996(11)：52—56
[27] 白丹，张国良，给水输水管优化设计的研究，陕西机械学院学报，1992(2)
[28] 白丹，重力输水管的优化计算，给水排水，1993(2)
[29] 白丹，微灌田间管网的混合整数规划模型，农业机械学报，1995，26(1)：45—49
[30] 白丹，微灌田间管网优化图解法，排灌机械，1994(1)：46—49
[31] Jack Keller, David Karmeli, Trickle irrigation design parameters, Trans of the ASAE,1974
[32] Holapfel,E.A.et, Drip irrigation nonlinear optimization model, Irrigation and Drainage,Vol. 116,1990(4)
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[34] 崔福义，孙晓旭，管网生活给水设计流量的通用概率公式，中国给水排水，1995，11(5)：32—34
[35] 施丽贞，王云涛，自压喷灌输水管道最优管径计算，喷灌技术，1986(2)：12—14
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[37] Stephenson.d, 1976, pipeline design for water engineers, Developments in water science 6
[38] Wu, I.P., Gitlin,H.M., Drip irrigation line network design, Trans.of ASAE,1982
[39] 朱成立，喷灌系统优化设计研究(硕士论文)，1997．11
[40] 微灌工程技术规范[H]，北京：中国水利水电出版社，1995
[41] 徐茂云，余根坚，杨继富，廖永诚，郭志新，我国喷微灌器材(设备)现状及原因分析，中国农村水利水电，1999(9)：47—50
[42] 傅琳，董文处，郑耀泉，微灌工程技术指南，北京：水利电力出版社，1988
[43] Grideon Oron, Wynn R., Optimal design and operation of permanent irrigation systems, Water Resource. Research, 1981,17(1): 11～17
[44] Ronald ,E.F. et al , Optimal diameter Selection for pipe network, ASCE, Vol.109, No.HY2, 1983
[45] 白丹，微灌田间管网的优化，水利学报，1996(8)：59—64
[46] 章志敏，随机规划及其在农业中的应用，运筹学杂志，1991，10(2)：58—61
[47] 刘肇讳，郭元裕主编，灌排工程系统分析，北京：中国水利水电出版社，1997
[48] Anand V. Chiplunkar and P. Khanna, Optimal design of branched water supply networks, Journal of Envionmental Engineering, Vol. 109, No.3, June, 1983
[49] 盛骤，谢式千，潘承毅，概率论与数理统计，第二版，高等教育出版社，1989
[50] 范鸣玉，张瑩，最优化技术基础，清华大学出版社，1982
[51] Bowswell,M.J. , Micro Irrigation design Manual, Hardie Irrigation, USA,
1984
[52] Vermeirem,I.,Jobling,G.A., Localized Irrigation, Irrigation and Drainage.FAO., 1980
[53] Labye,Y. et al, Design and optimization of irrigation distribution networks, Irrigation and Drainage. FAO., 1988
[54] 严煦世，赵洪滨，给水管网理论和计算，中国建筑工业出版社，1986
[55] 王峪飞，俞国平，彭丽娜，关于给水管道技术经济计算模型的讨论，给水排水，2001，Vol．27 No．3
[56] 栗塔山 等，最优化计算原理与算法程序设计，国防科技大学出版社，2001
[57] 张展羽，水土资源分析与管理，河海大学，1998
[58] 王光远，乔忠，随机线性规划的单纯形法与模糊随机线性规划的解法[J]，哈尔滨建筑工程学院学报，1993，26(6)：1—6
[59] 吴建春，数学规划，北京：中国水利水电出版社，1995
[60] 邓巍巍，王越男，Visual FORTRAN编程指南，人民邮电出版社，2000
[61] 李寿声，张展羽，农田水利规划BASIC程序集，河海大学出版社，1990
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