水利工程系统分析.doc

农业水利与农业系统分析陈长薇 水电1201班 A13120196摘要系统工程是20世纪中期发展起来的一门新兴的管理工程技术学科。它是以系统工程思想为指导,定性、定量相结合,各种理论、方法与技术综合集成,以系统整体最优为目标来研究系统的规划、设计、开发、生产、组织、管理、调整、控制与评价等问题的一门交叉科学。它对于农业用水具有很大的指导作用,特别是对与现在中国这种缺水的现状下的节水农业的应用和灌溉制度的优化,作物生产函数的各参变量的确定都有着重要的作用。关键词系统分析;节水农业;灌溉制度;作物生产函数Systems engineering is the middle of the 20th century developed a new management engineering discipline. It is a system engineering thought as the instruction, combination of qualitative and quantitative analysis, integrated all sorts of theory, method and technology, aimed at the optimal in the system as a whole to study system planning, design, development, production, organization, management, adjust, control and evaluate the problems such as a cross science. It has a great guidance for agricultural water, especially with China now this section under the current situation of water shortage The application of agricultural water and irrigation system optimization, crop production function of the determination of each parameter has important role. key words system analysis; Water-saving agriculture; The irrigation system; Crop production function 0引言系统工程是20世纪中期发展起来的一门新兴的管理工程技术学科。它是以系统工程思想为指导,定性、定量相结合,各种理论、方法与技术综合集成,以系统整体最优为目标来研究系统的规划、设计、开发、生产、组织、管理、调整、控制与评价等问题的一门交叉科学。它是由一般系统论及其发展、大系统理论、经济控制论、运筹学、管理科学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。农业系统工程则是系统工程的理论和方法在农业中的应用。1农业水利现状水资源短缺是制约我国经济发展的首要资源环境问题之一。随着国民经济的快速发展,水资源问题日益显现,成为社会普遍关的问题。据预测,在2030年前后,我国人口将达到16亿高峰粮食需求为6.4亿7.2亿。根据当前的农业水资源使用模式,灌溉面积需要发展到0.6亿2,相应的用水量将从目前的4 000亿3增长到6 650亿3。从我国目前水资源供需状况来看,如此大量的农业水资源供给是不可能实现的。因此,发展节水农业是唯一的出路。以华北为例:华北地区水资源短缺、利用效率低已成为制约当地农业可持续发展的关键因素,农业历来是“用水大户”。2004年华北地区农业用水633.2亿3,占总用水量的70.7%,加上地表水体污染等,华北地区农业用水存在许多问题。据国际灌溉排水委员会的统计,华北农田用水的利用系数仅为0.30.5,不合理的灌溉方式,使灌溉水30%50%被无效地渗漏、蒸发掉了,农作物利用的水仅占灌溉总水量的1/4。农业灌溉又以利用地下水为主,到1993年,华北平原大部分地区的地下水开采率已经接近150%,部分地区已经超过150%。多年来由于地下水持续过量开采导致了华北平原地区地下水位连续下降,并引起一系列的环境地质问题,如地面裂缝、地面下沉、河道干枯、海水入侵、地下水质污染等。根据河北平原600眼浅层地下水观测井的资料分析,地下水位的平均埋深由1983年的7.23下降到1993年的11.52,年平均下降0.43。另外,全球气候变暖、南北地区温差缩小会使北方地区更趋干旱,其中气温升高1 ,农业灌溉用水量增加10%。由此可以看出我国在农业水利方面的弊端,同时也体现了改变农业水利现状的迫切性。2影响农业水利的因素农业水利是一个系统的,复杂的工程。这之间涉及到很多方面的问题,归结起来主要是灌溉的因素,灌溉的主要参数灌溉水利用效率的高低决定了现在这种农业用水状况,因此,如何提高灌溉水利用效率是一个大问题,通过一系列的研究得到一下。(1)水价上升有助于提高灌溉用水效率。水价是改善水资源配置和缓解水资源短缺的经济手段之一。每个农民都是理性的个体,水价提高引起成本增加,会使农民更加关注对灌溉的管理。因此,水价上升会提高灌溉用水效率,但是,要充分考虑农民的承受能力。(2)渠水的灌溉效率要高于井水的灌溉效率。灌区以利用渠水灌溉为主,只因渠水的保证率不高,一些用水户才改用井水灌溉。由于渠水灌溉的工程设施经过多年的积累要比井水灌溉的工程设施条件好,加上渠水灌溉采取的是集中灌溉,而井水灌溉采取的几乎都是零散灌溉,所以,渠水的灌溉效率要高于井水的灌溉效率。(3)小畦灌溉有利于提高灌溉用水效率。小畦灌溉只需花费人力,把原来的长畦改为短畦即可,不存在技术和资金方面的制约。但是,由于传统习惯,在具体实施中也存在一定困难。(4)土壤的性质对灌溉用水效率有显著的影响。虽然土壤的性质很难甚至不能改变,但该结论为土壤改良提供了有益的洞察。(5)低压管灌溉有利于提高灌溉用水效率。虽然低压管灌133农业水利与农业系统分析张光庆等溉对提高灌溉用水效率有显著的影响,但低压管灌溉是一种投入较高的节水技术,目前普及率还很低。(6)用水者协会对提高灌溉用水效率有积极的影响。成立用水者协会后,推行严细管理,田间水利工程谁用谁管,用水户对工程的自我维护意识增强,扭转了以前工程维护不及时,造成斗渠、农渠破烂,不能正常发挥效益的局面,对提高灌溉用水效率起到了积极的影响。3系统分析对与农业用水的优化3.1系统分析是一项复杂的工程系统分析对节水农业的优化节水农业技术包括农艺、工程和管理技术,是一项复杂的系统工程,是综合利用各种农业节水措施的技术集成。因此,在节水农业实践中,应体现系统工程思想,追求整体效益及长远效益,重视节水农业系统规划及各种农业节水措施的有机配合。为此,需要转变传统思路,充分利用已有工程,优化配置,在不增加投资或少增加投资的条件下,提高现有工程的效益。我国节水灌溉的传统模式主要是依靠增加水资源消耗来扩大灌溉面积,但随着水资源缺乏的日益加剧,这种模式显然不再适用。而在20世纪60,70年代建造的水利工程,经过几十年的运行其经济效益已明显下降。这些灌溉工程虽然失修老化,但一般都具备相应的基础设施,如水源工程和输水工程等,将这些原有工程设施加以充分利用改造,比新建工的投资要低得多。节水农业是知识密集、技术密集、横跨多个自然学科(农业、水利、环保、气象、农业装备)的一个多层次与多因素的系统工程。由于该系统具有因素多、不稳定、边界模糊及相互渗透等特点,决定了该系统的复杂性和不易调控等特性。这就要求必须打破现有行业、部门与学科之间的界限,实行各部门、各学科的联合攻关和密切合作。目前,我国所采取的各种节水措施主要以引水为目的,其他各种非工程节水措施(如综合农业节水技术、水源优化调度和节水灌溉预报等技术)推广普及程度较低,致使许多节水工程虽然投资很大,但水资源利用率却未有显著提高。因此,需要将工程技术与各种非工程技术相互配合、相互补充,针对水源、输水、配水、田间作物吸收利用以及作物收获的全过程,建立充分利用水、肥等各种资源的体系,最大限度地提高水资源利用率。为实现农业可持续发展,近年来国际上越来越重视对将水资源融入到“水肥土作物大气”这一系统进行综合性的研究与开发。他们对土壤、水分和环境等各因素之间的关系进行调控,研究并建立了水、土、环境与作物之间的综合生产函数和不同农作物的水土管理模式。研究成果显示,通过水肥同步监测,确定对作物进行灌溉与施肥的时机和数量进行相关调控,这一综合性技术对节水、增产的效果非常显著。以色列把节水农业当作系统工程,进行综合性研究与开发,取得的成果尤为出色,其农田水平均灌溉定额从1949年的8 5653/2已降到目前的5 5713/2,而灌溉作物的产量却以每年3%的速度递增。3.2以系统分析寻找规律系统分析对于灌溉制度的优化农业系统工程的目的就在于对上述复杂系统的内、外各方面、各因素之间的关系进行研究,从中找出其内在规律,以便采取各种措施(包括规划、预测、计划设计、组织管理等)使农业的发展能满足人类社会发展的需要。运用农业系统工程能满足人类社会发展的需要,运用农业系统工程正确处理多因子关系,在农业生产中,田间管理是贯穿在作物生育过程中充分发挥人的能动作用的一系列技术措施。科学的田间管理,要根据土壤、农作物生长发育、气候变化等情况决定措施。例如施肥的种类、方法和数量、灌溉的时间、方式和水量等等找到这些因子和作业之间的关系,是合理施肥和合理灌溉的必要依据,这就是要用电子计算机来处理许多单因子相关和复合因子的数据,如在国外分析11500个单因子相关和综合因子数据,得出蒸腾量与平均气温平均空气湿度相关的结论,为灌溉用水量提供了依据,对肥料、成份、施肥量、施肥日期及灌溉方法与肥效的相关性进行数据处理,选择最好的施肥方案。作物合理灌溉制度的确定是水利科技中的一项重要基础课题。在流域规划中对灌溉规模进行优化,确定水资源的优化调度方案以及在灌溉管理中制定最佳配水、调水计划,都需要以作物合理灌溉制度作为依据。在充分供水条件下,作物灌溉制度是以土壤水分能够满足作物的潜在腾发强度要求为原则而确定的。在我国由于水资源紧缺,不能满足现有耕地用水,则应限制作物灌水量,允许作物某些生育阶段出现水分亏缺,以较小的灌水量获得相同的产量,即单方灌水效益最大,或以相同的灌水量取得最大产量,据此来确定作物的灌溉制度,也就是实现非充分灌溉条件下的优化灌溉制度。3.3系统分析对于作物生产函数的优化作物水分生产函数即作物产量与水分之间的数学关系。国外从20世纪60年代以来对作物水分生产函数进行了试验研究,大多是围绕小麦、玉米、棉花、洋葱等作物展开的,其内容包括作物腾发量与作物产量的关系,盐分、水肥胁迫下作物生产函数,以及利用水分生产函数建立“生产总净效益”模型等。国内对作物水分生产函数的研究主要有两部分,一部分是水稻的水分生产函数研究,另一部分是围绕旱作物冬小麦、夏玉米及棉花等展开的。作物水分生产函数是生产函数在特定条件下的一种表现形式。试验及调查结果表明,作物水分生产函数也存在生产过程的3阶段。因此,作物水分生产函数所依据的实际资料是在哪一阶段,则只反映该阶段的生产特性。作物水分生产函数的变量是与水有关的参数(如蒸发蒸腾量、土壤含水量等)其他影响因素诸如管理水平、作物品种、施肥水平、气象、土壤和水文地质条件等都会对生产函数产生影响。因此,作物水分生产函数必须与这些条件相适应。对于作物生产函数的各个影响因素的确定,因为涉及的面很大,各种因素的综关系很多,所以很难加以确定,对于公式中的各个量可以通过农业工程系统分析摘要近20年来城市供水系统的扩建重点,主要放在净水厂及输水管线上,而供水管网只是为了使新增加供水量输配至用户,对局部进行管线增改,基本上没有对管网整体改造单独立项实施的。管线爆破频率较高,管网漏水率居高不下,局部地段水压不足,用户端放出的水感观不好,浊度偏高,常有黄水干扰。随着社会主义市场经济的形成,人们生活水平提高,用水户对城市基础设施之一供水系统的安全可靠的运行有了更高的呼吁!关键词供水管网;技改规划;想法The expansion of urban water supply system in the past 20 years, mainly in water treatment works and water pipe line, and the water supply pipe network is in order to make the new increase water supply distribution to the user, the local line change, basically do not have separate project implementation for the modification of the network as a whole. Blasting frequency of the pipeline, pipeline leak rate is high, local area insufficient water pressure, client release water senses is bad, high turbidity, often including interference. Along with the formation of the socialist market economy, improve peoples living standard, the water of urban infrastructure and one -, safe and reliable operation of water supply system have a higher calling for! key words water supply network; Technical renovation plan; idea 1背景1.1问题的存在近20年来城市供水系统的扩建重点,主要放在净水厂及输水管线上,而供水管网只是为了使新增加供水量输配至户,对局部进行管线增改,基本上没有对管网整体改造单独立项实施的此管网中带债太多,主要体现在以下几个方面:管线爆破频率较高,管网漏水率居高不下,局部地段水压不足,用户端放出的水感观不好,浊度偏高,常有黄水干扰。1.2用户的愿望随着社会主义市场经济的形成,随着人们生活水平的提高,用水户对城市基础设施之一供水系统的安全可靠的运行有了更高的呼吁,具体涉及在以下几个方面:(1)水是不可替代的产品,停水将干扰了人们的正常生活秩序,强烈要求停水的补偿乃至赔偿的要求。(2)人们对自来水的可饮用性提出更高的要求,比如口感要好(无氯味)、观感要好(10)、对身体力求还要有保健的愿望。(3)用水户对屋顶水箱的水质提出疑问,呼吁城市管网适当提高水压,尽量减少屋顶水箱装置。(4)用水户强烈要求直接向供水企业结算水费,避免用水户之间摊派水费的纠纷。1.3企业管理重点的转移近20年来,城市供水行业取得了长足的进展,在绝大多数城市的供水企业,供不应求的状况到彻底的改观,供水企业正在沿着两提高、三降低的要求,强化企业管理,重视管网的改析的知识观点加以改变从而确定。4结论伴随系统工程学科的知识进展,以及系统工程在水利工程中的应用,系统工程将作为一门重要的学科,手段应用于流域规划的工作,以及灌溉排水的规划、设计、施工和管理诸多方面中。灌溉中的许多用水方面的问题将应用系统工程的观点加以解决,不论是农作物的灌溉制度制定、确定最优灌水时间和灌水量,特别是制定供水不足的条件下的农作物灌溉制度将有更大的作用。参考文献1张象枢.农业系统工程书评.农业工程学报,2008,12张依章,刘孟雨,唐常源,张秋英,董宝娣.华北地区农业用水现状及可持续发展思考.节水灌溉,2007.63陈青春,欧志强.节水农业与农业系统工程.农机化研究,2006.164徐红梅.雏议农业系统工程对农业生产的推动作用.中国禽业导刊,2004.5陈森发,吴国富.用系统工程思想构建生态农业县能力建设工程体系.东南大学学报(哲学社会科学版),2006,86孙小平,荣丰涛.作物优化灌溉制度的研究.山西水利科技,2004.27王晓娟,李周.灌溉用水效率及影响因素分析.中国农村经济,2005.118王修贵,胡浩云,杨明生,黎南关.作物水分生产函数的经济学意义.海河水利,2005.39何春燕,张忠,何新林,王小兵.作物水分生产函数及灌溉制度优化的研究进展.水资源与水工程学报,2007.18