大中型灌区在我国农业生产乃至国民经济中起着十分重要的作用。加强灌区水资源综合利用和科学管理,对农业生产、粮食安全和水资源的可持续利用将会产生重要的影响。因此,做好大中型灌区用水的科学决策和优化调度,是实现灌区水资源高效管理的重要问题,也是发展节水农业的一个重要技术手段。论文针对目前我国大多数灌区仍采用手工编制的用水计划进行渠系水量调配,这难以做到统筹优化,易造成渠系配水流量小、时间长和输水损失大等问题,在综合分析国内外相关研究成果的基础上,研究了适合多种不同类型的灌溉渠系配水优化编组模型和高效、稳健的模型求解算法,并研制了较为通用化灌溉渠系配水优化编组软件、并从经济学角度对灌区水量的公平分配模型与节水激励机制的建立等问题进行了探讨,以期为灌区水资源的合理配置提供科学的决策和依据。论文的主要研究成果和创新点如下:(1)合理安排各级渠系的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,可减小整个渠系的输水损失。针对现有的建立在假定下级渠道配水流量相等基础上的两级灌溉渠系优化配水模型与绝大多数渠系实际配水要求不相符合等问题,深入研究了下级渠道设计流量不等时的配水优化编组模型和求解算法。通过下级渠道配水流量与其设计流量比值和配水结束时间的联合编码及对遗传算法适应度函数的科学设计,大大减小了模型中约束条件处理的难度,引导算法进入极小的可行域,显著地提高算法搜索到可行解的概率。通过冯家山灌区北十一支的配水实例对基于自适应遗传算法和基本遗传算法的模型求解方法进行了比较。结果表明,与传统方法编制的配水方案相比,提出的模型和算法确定的渠系配水优化编组方案下级渠道配水过程搭配合理、上级渠道配水流量均匀、输水损失小,符合优化配水原则;利用自适应遗传算法求解模型,可显著加快收敛速度和提高计算稳定性,具有较高的工程应用价值,可为灌区两级灌溉配水决策提供技术支持。(2)针对多级灌溉渠系配水的问题,基于大系统分解协调的思想,建立了一种解决多级灌溉渠系配水优化编组问题的模型。针对模型中存在多约束条件、大搜索空间和传统的遗传算法在搜索过程中极易进入不可行域而出现求解困难等问题,研究了基于动态罚函数的自适应遗传算法模型求解方法。本文方法既可保存可行解又可利用非可行解中有用的部分基因,能有效避免在遗传过程中过早收敛到局部最优解,从而获得全局优化解。并通过冯家山灌区的配水编组实例,比较分析了用本文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明本文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水编组方案能较好的解决多级灌溉渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要。(3)我国许多灌区,其骨干渠系分支多且复杂,配水层次关系不明显,较难用多级灌溉渠系模型进行概化,针对这一问题,建立了复杂灌溉渠系的配水优化编组模型。由于模型中存在多节点配水流量约束条件和大搜索空间问题,传统的遗传算法较难求得模型可行解,为此,研究了基于性能较好、复杂度较低、易于实现的复合算法——模拟退火混合遗传算法的模型求解方法,它兼备了很强的全局搜索能力和局部搜索能力。结合泾惠渠灌区配水实例,对模型和算法进行了验证,结果表明,该文确定的混合算法求解方法,能实现多节点流量约束条件下模型的稳健快速求解,确定的配水优化编组方案能较好的解决复杂灌溉渠系配水优化编组问题。模型和算法具有普适性,可为复杂灌溉渠系配水优化编组决策提供理论与技术支持。(4)在研究了上述不同类型的灌溉渠系配水优化编组模型和快速稳健算法求解模型的基础上,将模型求解组件和VB有机集成,研制了基于COM组件技术的灌溉渠系配水优化编组通用化软件。该软件以渠系层状树形结构图、布局概化图及渠道特征数据库等直观反映渠系的空间分布、上下级关系和特征参数,并实现其三者的动态交互。用户可快速搭建渠系结构,方便地输入、修改渠系的渠道特征参数,完成添加、删除、修改等功能,实现了渠系结构的搭建、渠道参数动态管理、渠系平面布局图绘制之间的交互,提高其容错功能。在此基础上,将其与模型求解算法模块高效集成,形成较为通用的灌溉渠系配水优化编组软件,它能根据不同灌区及其分支渠系的布置快速搭建,高效确定灌溉渠系优化配水决策方案。并根据灌区配水需要对配水计划随时调整,具有较强的实用性和通用性,能方便快速地实现灌区灌溉渠系配水优化编组的计算机辅助决策。(5)灌区水资源日益紧张,在水量不能满足用户所需水量时,所有用户往往希望最大限度获得自身水资源的所需量,这就很容易引起争水问题。为此,本文从经济学理论方面探讨建立了基于动态权重、基于效用的水量分配模型及基于谈判和拍卖水量使用优先权的模型,并对其进行了分析,初步指出其合理的制度安排。在此基础上,进一步研究了节水激励制度,以期为农业水资源的高效利用提供理论基础。灌溉渠系优化配水决策是一个十分复杂的问题,应包括配水水量和配水过程编组的决策,但由于配水水量分配问题涉及因素比较多,也不便于通用化,为此,论文重点研究灌溉渠系配水优化编组问题,并对灌区配水水量的优化分配决策进行了探讨,上述不足之处需要今后研究中不断完善,同时对库渠结合灌区的优化决策,也有待进一步完善。