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基于NSGA-Ⅱ算法的灌区配水渠道轮灌分组优化调控研究

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灌溉排水学报 2023年第2期42卷 130-135页

作者：樊煜高占义陈皓锐王云辉房本岩徐宁中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 国家节水灌溉北京工程技术研究中心北京100048 山东省滨州市引黄灌溉服务中心山东滨州256600

【目的】基于NSGA-Ⅱ算法对灌区配水渠道轮灌分组进行优化调控,实现灌区高效配水。【方法】以下级渠道流量和轮灌分组数为决策变量,以总配水时间短、同一轮灌组内最上游渠道与最下游渠道间距小、同一轮灌组内各渠道配水时间差最小为目标... 详细信息

【目的】基于NSGA-Ⅱ算法对灌区配水渠道轮灌分组进行优化调控,实现灌区高效配水。【方法】以下级渠道流量和轮灌分组数为决策变量,以总配水时间短、同一轮灌组内最上游渠道与最下游渠道间距小、同一轮灌组内各渠道配水时间差最小为目标,考虑轮期约束、出水口状态约束、渠道过流能力约束、水量平衡约束,建立多目标配水优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解。【结果】对于簸箕李灌区的石皮东支渠,模型将斗渠划分为9个轮灌组,模型的配水流量和配水总时长均满足约束要求;模型尽可能地将相邻的渠道划分到一个轮灌组并同时启闭,方便管理人员操作闸门。【结论】本文建立的灌区配水模型能够实现流量大、短历时、配水工作量少,可为灌区配水工作提供技术支撑。

关键词：多目标配水渠道配水轮灌优化模型

轮灌条件下灌溉施肥系统混肥过程变论域模糊控制

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农业机械学报 2016年第3期47卷 45-52页

作者：牛寅张侃谕上海大学机电工程与自动化学院上海200072 上海大学电机与控制工程研究所上海200072

灌溉施肥系统的混肥过程在轮灌条件下表现出非线性、时滞性、时变性和不确定性的特点。为解决该系统的控制问题,提出了一种变论域的模糊PI控制策略(VFPI),算法采用一组比例指数函数作为伸缩因子对模糊控制器的论域进行在线调整,同时引... 详细信息

灌溉施肥系统的混肥过程在轮灌条件下表现出非线性、时滞性、时变性和不确定性的特点。为解决该系统的控制问题,提出了一种变论域的模糊PI控制策略(VFPI),算法采用一组比例指数函数作为伸缩因子对模糊控制器的论域进行在线调整,同时引入了一个协模糊控制器,通过测量系统流量的变化在线调节控制器积分系数的基准值。为验证控制算法的有效性,搭建了灌溉施肥控制系统的试验平台,分别设计了4组不同配方内容和3组不同轮灌条件的模拟试验,采用本文提出的VFPI控制算法和常规PI控制算法进行了对比试验。试验结果表明,所提出的VFPI控制策略能够更好地适应配方内容变化以及轮灌条件变化对混肥过程造成的影响;相比于常规PI控制,VFPI控制的调节时间更短、超调量更小、动态过程更平稳。

关键词：轮灌灌溉施肥系统变论域模糊控制

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轮灌条件下的灌溉管网优化设计

农业机械学报 2007年第4期38卷 47-49页

作者：付玉娟蔡焕杰王健西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室西北农林科技大学水利与建筑工程学院

在灌溉输配水管网的设计中,不同的灌溉工作制度会在管网中产生不同的流量分配模式,直接影响管网工程总的投资。本文研究在轮灌工作制度下灌溉管网优化设计,提出了将轮灌组的划分也进行优化,用基于整数编码的遗传算法进行优化,通过VB和Ma... 详细信息

在灌溉输配水管网的设计中,不同的灌溉工作制度会在管网中产生不同的流量分配模式,直接影响管网工程总的投资。本文研究在轮灌工作制度下灌溉管网优化设计,提出了将轮灌组的划分也进行优化,用基于整数编码的遗传算法进行优化,通过VB和Matlab混合编程来实现。计算结果表明提出的方法优化结果明显,可以应用于生产。

关键词：轮灌灌溉管网优化设计遗传算法

咸淡轮灌和生物炭对滨海盐渍土水盐运移特征的影响

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农业机械学报 2021年第1期52卷 238-247页

作者：黄明逸张展羽徐辉翟亚明王策朱成立河海大学水利水电学院南京210098 河海大学农业科学与工程学院南京210098

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm^2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程。结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水... 详细信息

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm^2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程。结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水质的影响,先咸后淡的轮灌方式更有利于土壤水分入渗,入渗速率增加了8.2%~46.9%,并小幅提高了土壤含水率;生物炭可促进咸淡轮灌下的水分运移,增加了相同时间内的湿润锋距离、累计入渗量、入渗速率及入渗后的土壤含水率,添加量为15 t/hm^2时入渗增益最佳,入渗速率提高了3.5%~22.0%;淡咸和咸淡处理的土壤含盐量均低于咸咸处理,脱盐率和脱盐区深度系数更高,咸淡处理可增加脱盐率,而淡咸处理可提高脱盐区深度系数;生物炭有利于咸淡轮灌下的土壤盐分淋洗,脱盐率和脱盐区深度系数分别提高了9.1%~15.0%和1.1%~7.5%,并增加了Ca^2+和Mg^2+含量,促进Na+淋洗,进而降低了微咸水利用风险,但在30 t/hm^2时盐分淋洗效果有所减弱。研究表明,添加15 t/hm^2生物炭配合微咸水-淡水轮灌能够改善滨海盐渍土的入渗特性、持水能力和盐分分布,可为该区盐渍土和微咸水开发利用提供参考。

关键词：滨海盐渍土微咸水轮灌生物炭入渗水盐运移

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

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灌溉排水学报 2021年第1期40卷 144-148页

作者：李彬李娜李端明龚诗雯扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225127 中国灌溉排水发展中心北京100054

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式... 详细信息

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。

关键词：轮灌水头损失模型遗传算法

轮灌分组灌溉优化模型与二维编码的遗传算法实现

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节水灌溉 2006年第3期 4-6页

作者：李彬张海胜扬州大学信息工程学院江苏扬州225009 盐城市大套第二抽水站管理所江苏盐城224511

灌溉优化模型旨在求解干渠各出水口运行时流量调度的最优组合方案,对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。在“等流量、变历时”的轮灌分组的优化模型上,采用遗传算法进行了优化,选用了高斯适应度函数,并根据... 详细信息

灌溉优化模型旨在求解干渠各出水口运行时流量调度的最优组合方案,对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。在“等流量、变历时”的轮灌分组的优化模型上,采用遗传算法进行了优化,选用了高斯适应度函数,并根据约束条件的特点,提出了二维编码并对选择、交叉和变异过程进行了改进,仿真结果表明该改进的遗传算法效果良好,说明该算法设计是可行的。

关键词：优化配水轮灌二维编码遗传算法

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轮灌条件下树状灌溉管网优化设计

轮灌条件下树状灌溉管网优化设计

作者：付玉娟西北农林科技大学

学位级别：硕士

管道输、配水灌溉系统与其它节水灌溉技术相比在提高灌溉用水利用率、节省农田、便于机耕和扩大灌溉面积等方面都显示了巨大的效益和潜力。另外,灌溉管道系统还具有应用灵活方便,容易调节控制和实现自动化,输水速度快,灌溉效率高,可适... 详细信息

管道输、配水灌溉系统与其它节水灌溉技术相比在提高灌溉用水利用率、节省农田、便于机耕和扩大灌溉面积等方面都显示了巨大的效益和潜力。另外,灌溉管道系统还具有应用灵活方便,容易调节控制和实现自动化,输水速度快,灌溉效率高,可适用于各种不同的地形、作物与土壤,便于田间管理等优点。管道化灌溉将是本世纪节水灌溉发展的一个重要趋势,但与此相应的是管道系统建设规划设计内容复杂,需要的材料和设备多,一次性投资较高。因此进行灌溉管网优化设计,即寻求满足水量、水压、流速等约束条件,使管网投资、年运行费或单位面积上的投资最小,系统可靠性高的设计方案,这对节约投资、降低能耗、促进新技术的发展都有重要的现实意义。本文结合灌溉管网设计与当地的作物种植结构和灌溉工作制度密切相关的特点,将灌溉工作制度纳入管网优化体系中。不同的灌溉工作制度在管网中产生不同的流量分配模式,直接影响管网的优化设计,针对轮灌工作制度下的管网优化本文进行了研究探讨。研究了在轮灌条件下怎样安排轮灌组,使系统的投资费用或年运行费最低,并充分发挥现有的水源条件,使其得到更合理的调配和运用。研究取得以下主要结果: 1将灌溉工作制度与管网优化相结合,研究在轮灌制度下怎样安排轮灌组,使系统费用最低,探讨在每个轮管组中安排不同数目的用水单位情况下的管网优化问题。 2在泵站加压情况下,依照不同的轮灌组安排,计算出各个管段的计算流量,由此确定所需要输配的水量及其水压,然后进行管径与泵站加压扬程的优化计算,使系统的年运行费最小,建立了管网优化模型。 3重力输、配水情况下,依照不同的轮灌组安排,计算出各个管段的计算流量,由此确定所需要输配的水量及其水压,然后进行优化计算,使系统投资费最小,建立管网优化模型, 4用基于整数编码的遗传算数进行模型求解,并编写计算程序。应用MATLAB和VB两种计算机语言进行混合编程,用基于整数编码的遗传算法开发出了轮灌条件下的灌溉管网优化设计软件,该软件界面友好,操作简便,可以在任何支持COM(Component Object Model)组件的计算机上安装运行。工程实例验证该软件计算方便、快捷,易用,运行效果良好,对现实的灌溉管网设计工作有很好的指导意义。

关键词：轮灌灌溉管网优化设计遗传算法

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基于总线技术嵌入式轮灌控制系统的设计

农机化研究 2013年第7期35卷 139-144页

作者：岳学军王叶夫刘永鑫徐兴黄双萍蔡坤华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 华南农业大学工程学院广州510642 国家柑橘产业技术体系机械研究室广州510642 南昆士兰大学工程与测绘学院

基于嵌入式系统与总线技术设计了轮灌控制系统。轮灌总控制器和分控制器用RS-485总线连接。总控制器由STM32F103VET6微处理器,LCD、按键、MAX3075总线驱动器、MC551 GPRS通讯模块组成;分控制器由STM8L151K4微控制器、L9110S电磁阀驱动... 详细信息

基于嵌入式系统与总线技术设计了轮灌控制系统。轮灌总控制器和分控制器用RS-485总线连接。总控制器由STM32F103VET6微处理器,LCD、按键、MAX3075总线驱动器、MC551 GPRS通讯模块组成;分控制器由STM8L151K4微控制器、L9110S电磁阀驱动芯片、模式配置跳线和EC-5土壤水分传感器接口组成。基于对象总控制器嵌入式完成人机界面设计,并据芯片出厂序列号为分控制器分配通信地址,采用低功耗设计降低系统整体功耗。人机界面、远程服监控与轮灌控制试验表明:轮灌控制系统人机界面响应迟滞时间小于50ms,GPRS通信误码率低于10%。灌溉试验表明,轮灌控制器能够满足定时、分区灌溉的要求。

关键词：自动灌溉控制系统总线轮灌地址分配

干旱灌区轮灌方式下的田间土壤水盐运移模拟研究

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中国农村水利水电 2016年第4期 11-14,20页

作者：徐存东程慧刘璐瑶谢佳琳王国霞田子荀华北水利水电大学水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心郑州450045

针对干旱田间灌溉时水盐运移的动态特殊性,从甘肃景电灌区中选取典型试验点,构建基于HYDRUS-2D模型模拟田间土壤的水盐运移,研究了定额间歇性灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,... 详细信息

针对干旱田间灌溉时水盐运移的动态特殊性,从甘肃景电灌区中选取典型试验点,构建基于HYDRUS-2D模型模拟田间土壤的水盐运移,研究了定额间歇性灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分峰值缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。土壤在轮灌期为盐分流失的过程,在停灌期为积盐的过程。灌溉和蒸散发作用是影响干旱灌区田间土壤水盐变迁的重要原因。

关键词：干旱灌区轮灌入渗-蒸散发 HYDRUS-2D模型水盐运移