西安理工大学白涛获国家专利权
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龙图腾网获悉西安理工大学申请的专利一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118297331B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-15发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410426589.5,技术领域涉及:G06Q10/0631;该发明授权一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法是由白涛;冯强龙;刘东;万家全;谢淑华;牟琳辉;康瑜;刘心悦;张昊;杨庆鸿设计研发完成,并于2024-04-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法,该方法首先基于P‑Ⅲ频率分析法,利用多年长系列龙口取水资料模拟丰、平、枯、特枯水年的典型年龙口来水过程;然后,基于系统耦合原理,按灌溉系统工程分布情况和水利系数计算过程的对于关系进行耦合,根据种植计划和灌溉制度计算了计量单元内各作物的净需水量和毛需水量;最后,基于自迭代优化原理,根据来需水的全过程水量平衡情况、地下水水质情况、配水原则,以全过程需水破坏程度最小为目标,对各计量单元进行水资源的配置;该方法具有鲁棒性强、全局易收敛、计算速度快等优点,并且与实际配水过程的拟和效果好,计算结果可用于指导灌区农业的科学配水。
本发明授权一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法在权利要求书中公布了:1.一种复杂渠系系统的绿洲农业灌区多水源联合调配方法,其特征在于,具体包括以下步骤: 步骤1,以取水龙口的多年历史数据和灌区的地下水可用水指标模拟灌区不同频率的典型年来水过程,具体包括以下步骤: 步骤1.1,利用Matlab软件,对P-Ⅲ分布参数进行矩法估计、不同频率下来水的设计值的求解、来水经验频率的计算、典型年来水过程求解进行程序化处理,具体做法如下: P-Ⅲ分布参数矩法估计: (1) (2) (3) (4) (5) (6) 式中:为多年的历史来水资料;、、、、分别为多年来水资料的时间长度、月平均流量、标准差、离势系数、偏态系数,为分布的参数; 求解不同频率下来水的设计值: (7) (8) 式中:为某设定频率;为伽马函数的累计概率;某频率下来水的设计值; 求解来水经验频率 (9) 式中:为大于某设定频率的时间长度;为的经验频率; 求解典型年来水过程 (10) 式中:为倍比系数,为某频率下的来水经验值; 步骤1.2:在历史数据中分别搜索与丰水年25%、平水年50%、枯水年75%、极枯水年95%不同来水频率的设计流量最为接近的年取水过程,该取水过程与的乘积即为不同来水频率下的典型年来水过程,此外再考虑地下水的可用水指标,即可求得农业灌区多水源的不同频率的典型年来水过程; 步骤2:将各级渠道信息、种植面积、地块类型和作物类型信息结合在一起,根据灌溉制度和复杂渠系系统,计算灌区内各计量单元控制区域内各作物的净需水和毛需水过程,具体包括以下步骤: 步骤2.1:将各计量单元的总干-干-支-斗-农渠的各级渠道信息与各计量单元下的作物类型、地块类型、灌溉方式进行耦合,渠道信息包括计量单元的各级渠道长度、渠道防渗情况; 步骤2.2:根据渠道信息、种植情况、灌溉制度计算作物的净需水过程、渠道水利用系数、毛需水过程; 净需水量计算: (11) 式中:为作物的日净需水量;为作物的灌溉面积;为作物灌水序次下的灌水定额;为作物灌水序次下的灌溉天数; 按上述日净需水量计算方法,遍历该作物的不同灌水序次,将计算结果按时间排序,即可得到该作物在以日尺度的年内需水过程,以此为基础便可得到不同作物,不同计量单元的净需水过程; 毛需水量计算: (12) 式中:为水利用系数;为渠道单位长度水量损失率;为渠道长度; (13) 式中:为土壤渗透系数;为土壤透水性指数;为净流量; (14) 式中:为作物的日毛需水量; 按灌区系统的工程布局,分别采用式(12)-式(13),计算各计量单元各作物的毛需水过程; 步骤2.3:依据灌溉优先级顺序的划分,采用步骤2.2的计算方法,计算不同灌溉次序下的各计量单元作物净需水量和毛需水量; 步骤3:根据不同来水频率下的各阶段来需水平衡分析过程,以种植年全过程配水过程的需水破坏程度最小为目标,基于自迭代优化原理联合调配地表水和地下水,在配水过程中考虑了地下水的水质情况,具体包括以下步骤: 步骤3.1:基于步骤1计算的来水过程以及步骤2计算各计量单元的需水过程,考虑龙口来水的停水期、冬灌和春灌供水时间的选择,对需水过程进行反馈修正; 步骤3.2:在仅考虑龙口来水过程的情况下,根据步骤2计算的需水过程,计算各时段的缺水程度;并基于自迭代优化原理,根据缺水程度和配水的优先级顺序分配地下水的可用水指标,完成地表水和地下水的联合调配,优化目标为全过程需水破坏程度最小,如式(15): (15) 式中:为计量单元全过程需水破坏程度;为时段计量单元需水破坏程度; 在水资源配置过程中,要遵循时空上的水量平衡约束、渠道过水能力约束,如式(16)和(17): (16) 式中:、、、、分别为第供水目标供水时段内的地表水供水量、地下水供水量、配水量、配水过程损失量、地表水余水量; (17) 式中:第渠道上的时段个供水目标流量之和小于或等于渠道的设计流量; 约束条件除上述水量平衡约束和渠道过水能力约束外,还包括作物需水量上限约束、地表水供水量上限约束、地下水的用水上限指标约束、地下水的水质约束情况以及水量的非负约束; 具体求解步骤如下: (1)当月缺水量之和小于0时,来水可以满足年内各时段需水,配水过程即为需水过程; (2)当月缺水量之和大于等于总需水量的25%时,缺水量过大,提示重新调整种植计划; (3)当月缺水量之和大于等于0且小于总需水量的25%时: 1)将25%的总需水量划分为5个阶段,根据不同频率下总缺水量和不同阶段下的总需水量差值探寻起始调节水量; 2)在各配水时段寻找需水破坏程度最大的时段,然后以1%的总需水量为调节步长,阶段和步长均为可调参数,越小模型精度越高,进行分配余水; 3)按作物和地块类型的优先级顺序进行余水分配,优先级1,粮食作物-二轮地;优先级2,粮食作物-机动地;优先级3,经济作物-二轮地;优先级4,经济作物-机动地; 4)不断执行1)到3),直到各时段余水分配完毕; 5)最终输出配水过程、地下水配水过程、各时段需水破坏程度。
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