一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法

技术特征：
1.一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)搜集灌区种植种类、产量要求、水权约束数量，确定灌区种植结构优化配置模型：第一规划目标为灌区一定农业布局条件下寻求最大经济效益，用净收益表示；第二规划目标为灌区农业产量最大；第三规划目标为灌区用水量最小；以灌区种植面积、总产量、总用水量为约束条件，建立灌区净效益最大、产量最高、用水量最小多目标函数；(2)将多目标函数统一转化为寻求最大值形式，将用水量最小单目标函数乘以(-1)，转化为寻求最大用水量相反数的单目标函数；求解各单目标函数极值，设为y1、y2、y3；通过对净效益函数、产量函数、用水量函数分别设置权重λ1、λ2、λ3，λ1∈[0,1]，λ2∈[0,1]，λ3∈[0,1]，且λ1 λ2 λ3＝1，使多目标函数形式统一成单目标函数型式；(3)对单目标函数权重进行离散，λ1、λ2离散步长取0.05，λ3离散值取决于λ1、λ2权重的离散值，使各离散权重之和等于1；(4)分别计算不同权重离散组合时单目标函数最优值，获取不同离散值组合对应的最优解集；(5)在上述优化结果集中选择满足要求的结果作为优化结果。2.根据权利要求1所述的一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：灌区目标函数为三个：a.第一规划目标为灌区一定农业布局条件下寻求最大农业产量，其式为：式中：y1表示灌区农作物产量，a
i
表示第i种作物种植面积(亩)，b
i
表示第i种作物亩均产量，n表示作物种类；第二规划目标为灌区一定农业布局条件下最大经济效益，其式为：式中：y2表示灌区净收益，a
i
表示第i种作物种植面积(亩)，c
i
表示第i种作物亩均净收益，n表示作物种类；第三规划目标为灌区一定农业布局条件下灌区用水量最小，其式为：式中：y3表示灌区用水量；a
i
表示第i种作物种植面积(亩)，q
i
表示第i种作物用水量，n表示作物种类；b.对应于上述目标函数的约束条件为：式中：a
i
表示第i种作物种植面积(亩)；a表示灌区总种植面积，n表示作物种类；
式中：a
i
表示第i种作物种植面积(亩)，b
i
表示第i种作物亩均产量，p表示灌区要求达到的粮食总产量；式中：a
i
表示第i种作物种植面积(亩)，q
i
表示第i种作物用水量；w
允许
表示受水权限制的灌区总用水量；c.综上，建立以灌区种植面积、总产量、总用水量为约束条件，建立灌区净效益最大、产量最高、用水量最小多目标函数如下：目标函数：约束条件：3.根据权利要求1或2所述的一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2.1)将目标函数中各函数统一转化成寻求最大值形式：将用水量最小单目标函数乘以(-1)，转化为寻求最大用水量相反数的目标函数；(2.2)求解各单目标函数极值，对应净经济效益、农业产量、灌区用水量的单目标函数极值分别为y1、y2、y3，即单目标函数的极值：y1＝maxy1，y2＝maxy2，y3＝miny3；(2.3)通过对净效益函数、产量函数、用水量函数分别设置权重λ1、λ2、λ3，λ1∈[0,1]，λ2∈[0,1]，λ3∈[0,1]，且λ1 λ2 λ3＝1，使多目标函数形式统一成单目标函数型式：约束条件为前式
⑧
。4.根据权利要求1所述的一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括以下步骤：(3.1)按步长0.05离散λ1，设为λ
11
，λ
12
，
…
，λ
1k
，k为离散数量，k＝1，2，
…
，n；(3.2)按步长0.05离散λ2，设为λ
21
，λ
22
，
…
，λ
2k
，k为离散数量，k＝1，2，
…
，n；(3.3)对于λ3，离散时，当λ1取值λ
11
时，有λ
31
＝1-λ
11-λ
21
λ
32
＝1-λ
11-λ
22
……………
λ
3k
＝1-λ
11-λ
2k
当上述计算中，λ3＜0时，终止计算；(3.4)当λ1取值λ
12
，
…
，λ
1k
时，λ3的离散值确定方法与λ1取值λ
11
时相同，由此构成不同的λ1、λ2、λ3离散值组合；当上述计算中，λ3＜0时，终止计算。5.根据权利要求1所述的一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤：(4.1)固定λ
11
、λ
21
，令λ
31
＝1-λ
11-λ
21
，代入单目标函数
⑨
，约束条件
⑧
，该单目标函数为线性规划模型，可采用单纯形法求解，求得该权重组合下的最优解y
21
(λ
11
)；(4.2)同理，固定λ
11
，依次选取λ
2k
(k＝2，
…
，n)，相应确定λ
3k
＝1-λ
11-λ
2k
，代入单目标函数
⑨
，约束不变，即可求得上述不同权重组合下的最优解y
22
(λ
11
)，y
23
(λ
11
)，
…
，y
2k
(λ
11
)，并与y
21
(λ
11
)一道，构成对应于λ
11
的优化解集；(4.3)分别选择上述解集中效益最大、产量最高两种方案作为备选方案，构成对应于λ
11
最优解y*(λ
11
，2)；(4.4)对于第一个目标函数的权重λ1的其他离散值λ
12
，λ
13
，
…
，λ
1k
，计算方法同λ
11
，即可得对应于λ
12
，λ
13
，
…
，λ
1k
的优化解集y*(λ
12
，2)，y*(λ
13
，2)，
…
，y*(λ
1k
，2)；(4.5)综合以上优化结果，构成优化解集{y*(λ
11
，2)，y*(λ
12
，2)，y*(λ
13
，2)，
…
，y*(λ
1k
，2)}。6.根据权利要求1所述的一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括以下步骤：(5.1)分别计算{y*(λ
11
，2)，y*(λ
12
，2)，y*(λ
13
，2)，
…
，y*(λ
1k
，2)}解集中的效益平均值产量平均值(5.2)将代入原目标函数
⑦
、约束条件
⑧
中，求解灌区种植面积构成中，求解灌区种植面积构成表示第i种作物种植面积(亩))；并判断是否满足灌区水权约束；(5.3)如满足灌区水权约束，则为选择(5.3)如满足灌区水权约束，则为选择表示第i种作物种植面积(亩))为灌区种植结构最优解；如不满足灌区水权约束，则适当减少高耗水作物种植面积，递减步长以现有高耗水作物种植面积最优解的1％、2％、
…
，重新代入目标函数
⑦
、约束条件
⑧
进行计算，使之满足要求，相应解即为最优解。

技术总结
本发明公开了一种基于水权约束条件下灌区最优种植比的确定方法，包括以下步骤：(1)搜集灌区种植种类、产量要求、水权约束数量，确定灌区种植结构优化配置模型；(2)将多目标函数统一转化为寻求最大值形式，将用水量最小单目标函数乘以(-1)，转化为寻求最大用水量相反数的单目标函数；通过对净效益函数、产量函数、用水量函数分别设置权重，使多目标函数形式统一成单目标函数型式；(3)对单目标函数权重进行离散，使各离散权重之和等于1；(4)获取不同离散值组合对应的最优解集；(5)在上述优化结果集中选择满足要求的结果作为优化结果。本发明可以在一定的水权约束条件下，合理确定权重，在保障粮食安全的同时，取得最大经济效益。取得最大经济效益。取得最大经济效益。


技术研发人员：张皓扬 汪靓
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2022.04.21
技术公布日：2022/7/15