【摘 要】
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井渠灌区农业用水科学配置研究对改善灌区水—能源—粮食纽带关系，促进灌区灌溉农业的可持续发展起到重要的作用，一直是水资源优化配置领域的研究热点之一。然而，由于大多数井渠灌区缺乏科学的规划和合理的使用，导致部分区域地下水位严重下降，进一步引发抽水效率不高、成本激增、机井报废等问题，同时由于各水源的不合理配置，使得灌区水资源难以实现高效利用。本文以新疆策勒绿洲作为研究区域，围绕绿洲井渠灌区内机井空间布局和地表水及地下水配置不合理这两类问题，结合系统工程理论和数学规划的思想，研究并提出相应的数学优化模型，最后通过
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井渠灌区农业用水科学配置研究对改善灌区水—能源—粮食纽带关系，促进灌区灌溉农业的可持续发展起到重要的作用，一直是水资源优化配置领域的研究热点之一。然而，由于大多数井渠灌区缺乏科学的规划和合理的使用，导致部分区域地下水位严重下降，进一步引发抽水效率不高、成本激增、机井报废等问题，同时由于各水源的不合理配置，使得灌区水资源难以实现高效利用。本文以新疆策勒绿洲作为研究区域，围绕绿洲井渠灌区内机井空间布局和地表水及地下水配置不合理这两类问题，结合系统工程理论和数学规划的思想，研究并提出相应的数学优化模型，最后通过结果分析与讨论来综合评价模型的适用性。本文的主要研究内容和成果如下：
(1)建立绿洲井渠灌区机井布局优化模型。模型引入数学建模中的SOS(Special Ordered Sets)工具集来处理机井布局相关的非线性函数，并且通过合理假设和引入整数变量等方式对相关约束条件进行转化，最终将模型构建为混合整数线性规划模型(MILP)。模型综合考虑灌区机井运行的短、长期经济成本，分别以机井运行隐性成本和显性成本最小为优化目标调用数学规划求解器Gurobi进行求解，得出了两类机井空间布局以及抽水流量的优化方案，并且通过与优化前机井抽水场景的对比以及评价指标的分析和讨论进一步验证模型的适用性。
(2)建立绿洲井渠灌区地表水及地下水联合优化配置模型。在机井布局优化模型的基础上，综合考虑灌区地表水来水的不确定性等因素，将模型构建为基于机会约束的混合整数线性规划模型(CC-MILP)。在机井布局优化模型中根据经济成本考虑方式的不同所设置的两类机井布局方案的基础上，将农业水价的调整预期分别添加至两类方案中构成近、远期规划水平年场景，并根据地表水来水频率的不同分别增设由丰水年至枯水年的5类子场景。最后，模型求解得到不同场景下灌区内部以灌域为空间尺度和以作物生长季内的月份为时间尺度的地表水及地下水配置方案。通过对灌区收益与成本优化结果、各时段水资源优化配置、地表水配置占比的空间分布及作物优化灌溉水量等一系列的结果分析和讨论，进一步总结得出不同场景间水资源的配置规律并验证模型本身的适用性。
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