-1多目标非线性混合规划模型的构建
黑河流域水资源系统由地表水系统和地下水系统组成。地表水系统可分为东、中、西三个子系统(A、B、C)，地下水系统可分为上丘陵荒漠区、中南盆地、下北盆地三个子系统(I、II、III)和16个子系统(图4。2、表4。2).
黑河的主要水资源系统属于盆地东部的地表水子系统(A ),它在垂直方向上跨越了4个地下水子系统，包括上部丘陵和沙漠地区(I)、中部张掖盆地(II 2)、下部丁鑫流域(III 1)和额济纳盆地(III 2)。河流和地下蓄水层、灌溉区、运河、水库、水井等。系统中是其主要组成部分，各部分的有机联系和相互作用构成了系统的层次结构并具有相应的功能。
7.1.2建立黑河主要水资源规划模型的依据
黑河干流从祁连山进入张掖盆地、额济纳盆地及盆地内地下水，在径流过程中存在相互转化关系。一路上，灌区用水还受到渠道、水库蓄水、抽取地下水等人为因素的强烈干扰，迫使干流水资源在空间和时间上重新分配。主要水资源的空间再分配使得通过正义峡流入额济纳盆地的水资源量不断减少。由于时间的再分配，正义峡在非农业灌溉期的流量大于农业灌溉期的流量，特别是在正义峡流量较小的4-8月，成为断流的高发期。
为改善日益突出的用水矛盾，逐步恢复下游生态系统，经国务院批准，水利部将《黑河干流水量分配方案》(水政字[1997]496号)转发甘肃省、内蒙古自治区人民政府实施，并明确了黑河中下游分层次、分年度的水量分配方案。2001年8月，国务院批复《黑河流域近期治理规划》(国函[2006 54 38+0]86号)，明确提出黑河流域综合治理要以生态系统建设和保护为基础，以水资源的科学管理、合理配置、高效利用和有效保护为核心，上中下游统筹兼顾，工程措施与非工程措施紧密结合，生态建设与经济发展相结合。
经批准的黑河干流水量分配方案和黑河流域短期调度方案，以及水资源开发利用的历史和现状，是构建该水资源规划模型的重要依据。
表7。1黑河夏洛与正义峡水量分配关系表
注:英罗峡6月165438+10月1至3月10的来水量为7月1至6月11的数值，正义峡的流量为预测水量。
7.1.3黑河水资源规划模型
7.1.3.1水资源规划模型结构
黑河水资源规划模型是以水资源系统结构为基础，以河流为主线，以河水和地下水为水源，以灌区为主要用户，以干渠水库河水蓄水和机井开采地下水为纽带，结合黑河干流水量分配方案、黑河流域近期整治规划和水土资源条件。请参见模型组件及其相互关系的结构框图(图7。1).
7.1.3.20-1多目标非线性混合规划模型
根据《黑河干流水量分配方案》(水政字[1997]496号)和《黑河流域近期整治规划》(国函[2006 54 38+0]86号)，黑河干流调水的主要控制指标为正义峡的下泄量，要求迎流峡多年平均来水量为15.8。正义峡的流量是9。5×108m3(表7。1)，丁鑫和东风总引水量控制在0以内。9×108m3和0。分别为6×108m3。黑河流域管理的根本目标是逐步恢复黑河生态系统，管理的核心内容是中游高效用水、节约用水和科学用水。因此，黑河干流水资源规划模型建立在中游，以中游水资源的合理配置为规划目标。根据水土资源条件和经济技术、政策法规约束，研究了中游人工绿洲(灌区)耗水量、正义峡出水量及其满足灌溉需求和调水控制目标的情况，分析了黑河干流水资源的开发潜力、利用程度和效果，为黑河干流水资源规划配置的宏观决策提供依据或参考。
在黑河中游，60多条干渠和支渠被用来向黑河两岸的20个人工绿洲(灌区)引水。考虑到有多条干渠供给一个人工绿洲(灌区)，模型中对干渠进行了适当合并，合并后的25条干渠放置在河流的取水口——人工绿洲(灌区)。平原水库，考虑到宏观规划(大时段)，模型中不设置；地下水开采区与人工绿洲(灌溉区)重叠，* * *是20个开采区；黑河草滩庄水利枢纽工程桥下是河水下渗到地下水溢出的转折点。梨园河是从山上到干流口的河水入渗段，山丹河和九眼泉沟都是地下水溢出带。根据河水与地下水补给关系，结合人工绿洲(灌区)边界位置，在干流中游设置15个河流节点。
参见图7。2 .对于中游水资源规划的模型结构和干渠与人工绿洲(灌区)的关系。模型是:
黑河中游水资源规划模型
-0-1多目标非线性混合规划模型
(1)模型变量和参数识别
f和G ——人工绿洲(灌区)面积和定额(20个灌区)；
U——总干渠引水(25条总干渠)；
W——地下水开采量(井数，即20个灌区)；
Q——河泉节点水量(节点数为15)；
图7.1黑河主要水资源系统结构图
图7。2黑河中游水资源规划模型结构图
m，n，k-权函数(价值系数)；
a、B、C ——三个时期的变量(春夏灌溉期、冬夏灌溉期和一年中的非灌溉期，如表7所示。1);
D ——正义峡年或季流量是否能满足调水方案的决策变量(否，D = 0，能量，D = 1)；
O——变量(已知)的约束(有限)量；
L ——河流节点间的距离(已知)；
p————两季灌溉比例系数(春夏灌溉、夏冬灌溉)(已知)；
x，Y ——渠系和井水利用系数(已知)；
z-约束膨胀系数(称为约束倍数)；
S ——单位长度河水的渗漏率(已知，计算时取两个节点间河水的渗漏率)；
T ——地下水的单倍溢出量(已知，计算中取两个节点之间的地下水溢出量)；
WQ——该断面当前地下水开采量(已知，计算中取两个节点之间的灌区开采量)；
H——单位附加容量对流量的影响系数(已知)；
R——西干渠向沙河灌区和骆驼城灌区供水的分配系数(已知)；
说明:①上述标识符可以组合成新的标识符，如QB表示夏、冬灌溉期的河泉节点水量；②多灌区干渠1加下标。如UAO42表示春夏灌溉期4号支2的取水量。
(2)目标函数
1)多目标:
人工绿洲(灌区)灌溉面积最大；
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
正义峡最大排水量:
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
正义峡最大年、季流量可能同时满足调水方案；
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
2)多目标问题的处理——加权法；
目标函数:
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
(3)约束方程
约束方程个数:** 142个方程，包括6个非线性方程；
决策变量个数:** 197个变量，包括0和1个变量。
1)人工绿洲(灌区)灌溉面积和灌溉水量方程；
A.人工绿洲(灌区)水量平衡方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
I = 1，2，20(灌溉面积数)；
J = 1，2，...，冀(灌区渠道数)。
B.干渠引水的极限方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
J = 1，2，…，25(干渠数量)。
C.地下水开采极限方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
I = 1，2，20(矿区数量)。
D.灌溉面积限制方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
I = 1，2，20(灌溉面积数)。
2)河流泉量方程:
A.河流和泉水节点的水量平衡方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
公式
K = 8，7，…，2(黑河节点)；
K = 10(梨园河节点)；
K = 13，12(山丹河节点)；
K = 15(九眼泉节点)；
J = 1，2，...，Jk(河泉节点间的通道数)；
I = 1，2，…，Ik(河与泉节点之间的矿区数)。
说明:①将梨园河、山丹河、九眼泉节点(k=10、13、15)水量加入到相应的节点方程中；②英落峡-大乔河段渗漏损失(SA1，…，SC2)采用非线性方程(见第四章)。
B.正义峡下泄流量的极限方程
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
3)非负约束方程:
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
4) 0-1变量定义:
@ BIN(d 1)；
@斌(D2).