農(nóng)業(yè)灌區(qū)機(jī)井規(guī)劃布局研究進(jìn)展

張嘉星，齊學(xué)斌，喬冬梅

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng)453002；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081；3中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng)453002）

農(nóng)業(yè)灌區(qū)機(jī)井規(guī)劃布局研究進(jìn)展

張嘉星1,2，齊學(xué)斌1,3，喬冬梅1

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng)453002；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081；3中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng)453002）

農(nóng)業(yè)灌區(qū)機(jī)井的合理布局對(duì)于合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源，保障糧食安全等方面都有著極其重要的作用。從灌區(qū)機(jī)井規(guī)劃布局的基礎(chǔ)理論研究、規(guī)劃布局的方法、機(jī)井空間布局適宜性評(píng)價(jià)3個(gè)方面概括了機(jī)井布局的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，并對(duì)下一步研究重點(diǎn)給出了建議：加強(qiáng)井渠結(jié)合灌區(qū)機(jī)井規(guī)劃研究，強(qiáng)化機(jī)井空間布局及其適宜性評(píng)價(jià)方法探討，重視GIS技術(shù)、地下水模擬軟件和各種現(xiàn)代啟發(fā)式算法等新技術(shù)在機(jī)井空間布局優(yōu)化應(yīng)用研究。

灌區(qū)機(jī)井布局；井流理論；啟發(fā)式算法；GIS技術(shù)；適宜性評(píng)價(jià)

0 引言

地下水是中國(guó)北方地區(qū)的重要供水水源，在保障中國(guó)糧食生產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用。截至2010年底，在供水量方面，中國(guó)機(jī)井的供水量達(dá)847.91×108m3，占地下水總供水量的77%。全國(guó)用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水取水量約666×108m3，占灌溉總?cè)∷康?9%，全國(guó)累計(jì)已建成各類(lèi)機(jī)井有533.71萬(wàn)眼，其中灌溉機(jī)井占的比例最大，占全國(guó)的93.9%[1]。但中國(guó)各地地下水的開(kāi)發(fā)利用程度很不平衡，北方地區(qū)的地下水超采嚴(yán)重，使得地下水位下降，機(jī)井報(bào)廢等問(wèn)題嚴(yán)重[2]。而有些地區(qū)的地下水資源尚未得到合理開(kāi)發(fā)。因此，研究灌區(qū)機(jī)井的合理布局對(duì)于緩解區(qū)域地下水位下降、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源高效利用、改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境都起著重要作用。

1 灌區(qū)機(jī)井布局理論研究

灌區(qū)機(jī)井布局是通過(guò)對(duì)地下水的滲流研究分析不同性質(zhì)流動(dòng)情況下的井流理論。G·哈根于1839年觀測(cè)到毛管中水力坡度與水流的層流流速成線性關(guān)系。達(dá)西通過(guò)大量試驗(yàn)得出達(dá)西定律，即水在巖土孔隙中的滲透定律，它為地下水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究提供了相關(guān)的理論基礎(chǔ)；20世紀(jì)20年代末，地下水流的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)引起人們的關(guān)注。1935年利用熱傳導(dǎo)方程的相似性有關(guān)學(xué)者提出了地下水向井孔運(yùn)動(dòng)的非穩(wěn)定流井流公式。Jacob等[3]于1955年提出承壓含水層中有越流補(bǔ)給的非穩(wěn)定井流模型。此后，一些學(xué)者在潛水井流模型的延遲指數(shù)方面做了一些研究。70年代以后，研究井流理論開(kāi)始使用一些優(yōu)化和模擬技術(shù)，信息技術(shù)的發(fā)展為處理水文地質(zhì)問(wèn)題帶來(lái)便捷。張蔚榛[4]通過(guò)對(duì)不同布置形式的井群的研究，建立了地下水非穩(wěn)定流模型。陳鴻吟[5]推導(dǎo)出承壓水單井的流線方程和滲流速度的近似解析值。常安定等[6]為地下水動(dòng)力學(xué)引入了作用現(xiàn)象理論和作用的對(duì)立統(tǒng)一理論，考慮滯流作用下的潛水變邊界井流問(wèn)題。Singh等[7]、Hunt等[8-9]應(yīng)用前人研究的抽水滲流理論對(duì)抽取承壓水引起地下水位下降的問(wèn)題建立了模擬模型，分析了承壓含水層邊界條件和水力參數(shù)等對(duì)河流疏干速率的影響。陳凌顏等[10]利用Boulton井流公式和降深比值關(guān)系求解潛水非穩(wěn)定流條件下的水文地質(zhì)參數(shù)，便于實(shí)際工程應(yīng)用。江峰等[11]依托在潛水含水層中開(kāi)展的10組高分辨率抽水試驗(yàn)，探討了Theis、Boulton和Neuman 3種潛水井流模型的識(shí)別精度。

總之，國(guó)內(nèi)外機(jī)井布局理論研究多側(cè)重于地下水的動(dòng)態(tài)變化，為機(jī)井的出水流量提供了計(jì)算依據(jù)。在灌區(qū)的機(jī)井規(guī)劃的國(guó)內(nèi)外研究中，大部分是對(duì)井灌區(qū)的機(jī)井布局理論和方法的研究，而井渠結(jié)合灌區(qū)的機(jī)井布局研究較少，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)井渠結(jié)合灌區(qū)的井流理論研究。針對(duì)過(guò)去有些地區(qū)對(duì)地下水的盲目開(kāi)采，造成機(jī)井布局、配套不合理的問(wèn)題，要將井流理論應(yīng)用于實(shí)際的機(jī)井建設(shè)中，做好機(jī)井的合理規(guī)劃，提高灌區(qū)綜合效益和發(fā)展水平。

2 灌區(qū)機(jī)井布局方法研究

近年來(lái)國(guó)內(nèi)的關(guān)于灌區(qū)機(jī)井布局方法的研究相對(duì)于國(guó)外較多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)井布局的方法從常規(guī)規(guī)劃法向智能優(yōu)化模擬技術(shù)發(fā)展。灌區(qū)機(jī)井布局方法主要圍繞如何確定適宜的井?dāng)?shù)、井距及單井控制面積等方面展開(kāi)，目前可將機(jī)井布局方法分為以下幾類(lèi)。

2.1 常規(guī)規(guī)劃法

常規(guī)規(guī)劃法是人們基于當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)狀況和地下水利用現(xiàn)狀，根據(jù)傳統(tǒng)的布井經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)，對(duì)機(jī)井進(jìn)行優(yōu)化布局的方法。

經(jīng)驗(yàn)法適用于灌區(qū)資料較缺乏的地區(qū)，是綜合考慮灌區(qū)地質(zhì)狀況規(guī)劃井位、井?dāng)?shù)和井深，該方法在早期機(jī)井規(guī)劃中應(yīng)用較多。抽水試驗(yàn)法可以較準(zhǔn)確地計(jì)算出當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)參數(shù)，適用于含水層條件較特殊的地區(qū)，目前使用較為普遍。聶慶林等[12]用抽水試驗(yàn)法確定地下水水源地的承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)，以進(jìn)行地下水可開(kāi)采量的計(jì)算。李淑娟等[13]采用單井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，計(jì)算出水文地質(zhì)參數(shù)，從而確定井距。單井灌溉面積法和允許開(kāi)采模數(shù)法是根據(jù)灌區(qū)供需水量的關(guān)系計(jì)算確定機(jī)井布局，該方法綜合考慮了地區(qū)水資源承載力等狀況，計(jì)算方法較簡(jiǎn)便，但該方法并未考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用上有限制。于長(zhǎng)青等[14]在尋求灌區(qū)灌溉效益最大的情況下運(yùn)用了單井灌溉面積法和允許開(kāi)采模數(shù)法計(jì)算井?dāng)?shù)。

以上可見(jiàn)，一般規(guī)劃法適用于灌區(qū)缺乏水文地質(zhì)資料的地區(qū)，并且因?yàn)槠溆?jì)算方法簡(jiǎn)單，在早期機(jī)井規(guī)劃中應(yīng)用較多。但傳統(tǒng)規(guī)劃法未能考慮灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境效益和綜合發(fā)展?fàn)顩r，應(yīng)用上有一定的局限。

2.2 系統(tǒng)規(guī)劃法

系統(tǒng)規(guī)劃法作為運(yùn)籌學(xué)的重要分支，隨著這幾十年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程等各類(lèi)基礎(chǔ)學(xué)科中[15]。系統(tǒng)規(guī)劃法包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和多目標(biāo)規(guī)劃法。

線性規(guī)劃是在水資源領(lǐng)域中應(yīng)用最早也是最廣泛的一種規(guī)劃技術(shù)[16]。在灌區(qū)機(jī)井規(guī)劃研究中，可用線性規(guī)劃求解井?dāng)?shù)，但因?yàn)閷?shí)際的水位、水量等不能?chē)?yán)格的滿足線性條件，所以該方法的應(yīng)用有一定局限性。非線性規(guī)劃是具有非線性約束條件或目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃[17]。決策者可根據(jù)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益設(shè)定滿足區(qū)域綜合發(fā)展的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，從而合理規(guī)劃?rùn)C(jī)井布局。陶國(guó)玉等[18]為得出經(jīng)濟(jì)效益最大的機(jī)井方案采用了非線性規(guī)劃法，對(duì)河北省藁城縣灌區(qū)機(jī)井進(jìn)行優(yōu)化布局。整數(shù)規(guī)劃中的變量（全部或部分）限制為整數(shù)。因?yàn)榫當(dāng)?shù)的取值為整數(shù)，所以整數(shù)規(guī)劃在機(jī)井布局中有一定的應(yīng)用。張遠(yuǎn)東等[19]通過(guò)目標(biāo)函數(shù)為降深最小的0-1整數(shù)規(guī)劃法，采用分支-定界法確定了水源地的最優(yōu)開(kāi)采井位布局。多目標(biāo)規(guī)劃是在多個(gè)目標(biāo)函數(shù)的可行域中最優(yōu)化的決策方案[20]。水資源配置理論中多目標(biāo)規(guī)劃應(yīng)用較多，因?yàn)樵械膯文繕?biāo)規(guī)劃法已不能滿足灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置，因此可依據(jù)灌區(qū)水文地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)效益等方面的發(fā)展要求建立多目標(biāo)函數(shù)，建立機(jī)井布局的數(shù)學(xué)模型，求解出單井出水量或井?dāng)?shù)，得出最佳決策方案。王洪波等[21]在查哈陽(yáng)灌區(qū)用多目標(biāo)規(guī)劃法建立了水資源優(yōu)化配置模型，解決灌區(qū)的水資源分配問(wèn)題。

以上可見(jiàn)，系統(tǒng)規(guī)劃法綜合考慮了灌區(qū)的水文地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展目標(biāo)，在機(jī)井規(guī)劃中能解決許多一般規(guī)劃法未能解決的問(wèn)題，具有廣泛的應(yīng)用前景，但面對(duì)機(jī)井布局中的復(fù)雜的不確定性問(wèn)題，用該方法解決仍然比較困難。

2.3 現(xiàn)代啟發(fā)式算法

現(xiàn)代啟發(fā)式算法已經(jīng)廣泛用于解決資源分配、生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)裙こ虄?yōu)化問(wèn)題，現(xiàn)代啟發(fā)式算法包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、人工魚(yú)群算法、模擬退火算法等?，F(xiàn)代啟發(fā)式算法主要解決在眾多方案中什么樣的方案最優(yōu)，以及如何找出最優(yōu)方案的問(wèn)題，其在水資源優(yōu)化配置中應(yīng)用較多。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network，ANN)是一種模仿人腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的智能算法，具有很強(qiáng)的非線性適應(yīng)處理功能[22]。羅定貴等[23]用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地下水進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)測(cè)，結(jié)果表明其模擬精度高，效果較好。徐建新等[24]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)灌區(qū)的灌溉供水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并用山東聊城彭樓灌區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明其預(yù)測(cè)精度符合現(xiàn)實(shí)需要。楊先野[25]將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊系統(tǒng)理論結(jié)合為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)降雨、地下水、土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，為水土資源高效利用提供了新思路。陳小強(qiáng)[26]引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，建立了水資源可持續(xù)發(fā)展與其影響因子間的定量關(guān)系模型。遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)是模仿自然遺傳機(jī)制的全局隨機(jī)搜索算法[27]。賀北方[28]以綜合效益最大為目標(biāo)，用遺傳算法求解大系統(tǒng)多目標(biāo)的區(qū)域水資源優(yōu)化配置模型。李彥剛[29]以灌區(qū)井?dāng)?shù)為決策變量，灌溉最小費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，用遺傳算法求解井?dāng)?shù)。模擬退火算法(Simulated Annealing，SA)是解決大規(guī)模組合優(yōu)化問(wèn)題的一種全局隨機(jī)性方法[30]。該方法目前已在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、控制工程等各類(lèi)工程中得到廣泛應(yīng)用。吳丹[31]以宜布井點(diǎn)坐標(biāo)為決策變量，從井?dāng)?shù)、井距、優(yōu)先級(jí)別3個(gè)方面進(jìn)行限制，采用模擬退火算法，構(gòu)建機(jī)井布局優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)井的最終優(yōu)化布設(shè)。

總之，國(guó)內(nèi)關(guān)于優(yōu)化算法在灌溉方面的研究多集中于灌溉水量預(yù)測(cè)和水資源評(píng)價(jià)等方面，有關(guān)機(jī)井布局的研究較少。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法和模擬退火算法等智能算法越來(lái)越完善，可用以解決許多不確定性問(wèn)題，為機(jī)井的優(yōu)化布局提供了新思路。

2.4 新技術(shù)在灌區(qū)機(jī)井布局中的應(yīng)用

灌區(qū)機(jī)井布局研究中一些新技術(shù)的應(yīng)用并不多，但最近幾年新技術(shù)的發(fā)展較快，這些新技術(shù)主要包括地理信息系統(tǒng)(GIS)和地下水動(dòng)態(tài)模擬軟件等。

GIS技術(shù)是近些年迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)空間信息分析技術(shù)，能夠?qū)Ａ康乩硇畔?shù)據(jù)進(jìn)行兼容、存儲(chǔ)、管理、分析等。目前GIS在國(guó)土管理、農(nóng)林牧業(yè)、水利電力等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)水資源領(lǐng)域，GIS技術(shù)多側(cè)重于灌區(qū)水資源的管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，而應(yīng)用于機(jī)井布局的研究并不多。徐網(wǎng)谷[32]運(yùn)用GIS等軟件，設(shè)計(jì)了地下水開(kāi)采鑿井空間輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)了鑿井位置等屬性信息的錄入和可視化查詢(xún)。蔣樹(shù)芳等[33]采用MapWindow開(kāi)源地理信息系統(tǒng)組件等軟件，設(shè)計(jì)一種灌溉管網(wǎng)輸水灌溉信息控制系統(tǒng)，用于井渠結(jié)合灌區(qū)的信息化管理。地下水動(dòng)態(tài)模擬軟件可以較好地反映復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的地下水流狀態(tài)，其原理是首先建立分析地區(qū)的地層三維模型，然后將其劃分成眾多的規(guī)則單元分別進(jìn)行計(jì)算，再將計(jì)算結(jié)果綜合輸出。這些模擬軟件主要有美國(guó)的GMS(Groundwater modeling system)、SUTRA，德國(guó)的FeFlow，加拿大的Visual Groundwater等。王康等[34]用MODFlow軟件模擬在某一確定的地下水開(kāi)采強(qiáng)度下，不同水井布局方案的地下水動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，探討機(jī)井布局新的形式。葉偉聰[35]分別用FeFlow和MODFlow軟件對(duì)地下水水流進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，比較了2個(gè)地下水模擬軟件的優(yōu)缺點(diǎn)。地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)可以模擬地下水流運(yùn)動(dòng)，并且有較好的仿真度，在井流理論的研究中可以多加應(yīng)用。

以上可見(jiàn)，新技術(shù)在水資源領(lǐng)域應(yīng)用較多，但在機(jī)井布局中的應(yīng)用不多，所以應(yīng)重視GIS的空間數(shù)據(jù)分析和綜合處理能力和地下水模擬軟件在井流理論中的應(yīng)用，將這些新技術(shù)應(yīng)用到機(jī)井空間布局規(guī)劃中，建立優(yōu)化模型，對(duì)灌區(qū)機(jī)井進(jìn)行全面的規(guī)劃。

3 機(jī)井空間布局適宜性評(píng)價(jià)

灌區(qū)機(jī)井空間布局的適宜性評(píng)價(jià)對(duì)于地下水的合理開(kāi)采與機(jī)井的優(yōu)化布局具有重要作用。井位的選擇不僅影響機(jī)井建設(shè)的投入成本，也會(huì)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于灌區(qū)機(jī)井總體規(guī)劃而言，尤其在水資源匱乏、地下水位下降嚴(yán)重的地區(qū)，更需要確定適宜布井區(qū)域，從而對(duì)現(xiàn)有機(jī)井進(jìn)行調(diào)整。目前對(duì)機(jī)井空間布局適宜性評(píng)價(jià)的方法主要有模糊綜合評(píng)判法、層次分析法、灰色綜合評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、綜合指數(shù)法等[36-37]。劉鑫等[38]在石羊河流域紅崖山灌區(qū)提取土地資源利用類(lèi)型、地下水埋深等影響因素作為機(jī)井空間布局的適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)值。

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的適合解決難以量化的問(wèn)題的綜合評(píng)價(jià)方法。李進(jìn)等[39]用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)咸陽(yáng)市地表水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際狀況，說(shuō)明該方法可用于水質(zhì)評(píng)價(jià)。層次分析法是將問(wèn)題分解成若干層次，將定性與定量分析方法相結(jié)合的一種評(píng)價(jià)方法[40]。盧文喜等[41]將層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合對(duì)石頭口門(mén)水庫(kù)匯水流域的河流進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法的可靠性?；疑C合評(píng)估法是對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行灰色評(píng)估，先給出評(píng)估類(lèi)別的標(biāo)準(zhǔn)，以確定各指標(biāo)的級(jí)別[42]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法是一種可以自組織、自學(xué)習(xí)的非線性建模過(guò)程，能從大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其規(guī)律。謝恒星[43]通過(guò)建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以制定地區(qū)發(fā)展規(guī)劃。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法是一種對(duì)多項(xiàng)投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)的數(shù)量分析方法[44]。綜合指數(shù)法作為進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一種方法，多用于水質(zhì)等環(huán)境評(píng)價(jià)中[45]。

總之，適宜性評(píng)價(jià)方法的相關(guān)研究主要集中在耕地、林地、土壤等自然資源利用方面[46-50]。就灌區(qū)地下水管理而言，主要集中在對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)，而綜合分析灌區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水承載力等因素，對(duì)機(jī)井空間布局進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)的研究較少。所以針對(duì)機(jī)井空間布局及其適宜性評(píng)價(jià)方法的研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 存在問(wèn)題及展望

綜上所述，關(guān)于灌區(qū)機(jī)井布局的研究已取得了不少成果，但由于過(guò)去很多地區(qū)盲目建設(shè)機(jī)井，地下水開(kāi)采隨意性大，許多機(jī)井規(guī)劃方法停留在理論研究，沒(méi)能應(yīng)用于實(shí)際。同時(shí)隨著研究的深入，常規(guī)方法的局限性也越來(lái)越明顯，基于水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的灌區(qū)機(jī)井合理布局還有一些問(wèn)題需要深入研究，建議今后從以下方面開(kāi)展工作。

（1）加強(qiáng)對(duì)井渠結(jié)合灌區(qū)的機(jī)井規(guī)劃研究。在灌區(qū)的機(jī)井規(guī)劃中，大部分是對(duì)井灌區(qū)的機(jī)井布局理論和方法的研究，而對(duì)地下水和地表水的聯(lián)合運(yùn)用的機(jī)井布局研究較少。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)井渠結(jié)合灌區(qū)機(jī)井布局的研究，做好機(jī)井的合理規(guī)劃，提高灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益。

（2）重視現(xiàn)代啟發(fā)式算法在機(jī)井布局中的應(yīng)用。啟發(fā)式算法可用來(lái)解決許多復(fù)雜的不確定性問(wèn)題，從而為機(jī)井優(yōu)化布局方法提供理論基礎(chǔ)。但啟發(fā)式算法在灌溉方面的研究多集中于灌溉水量預(yù)測(cè)和水資源承載力等方面，有關(guān)機(jī)井布局的研究較少。今后可以引進(jìn)最新的智能算法，對(duì)灌區(qū)機(jī)井進(jìn)行合理布局。

（3）重視GIS的空間數(shù)據(jù)分析和綜合處理能力和地下水模擬軟件在井流理論中的應(yīng)用?，F(xiàn)有研究多側(cè)重于GIS管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，但其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析和綜合處理能力，并沒(méi)有得到充分利用。將GIS的數(shù)據(jù)分析、管理技術(shù)應(yīng)用到機(jī)井空間布局規(guī)劃中，以確定機(jī)井的布設(shè)位置并對(duì)機(jī)井進(jìn)行信息化管理。

（4）加強(qiáng)機(jī)井空間布局及其適宜性評(píng)價(jià)方法的研究。相對(duì)于機(jī)井?dāng)?shù)量研究，機(jī)井空間布局研究較少，同時(shí)為了確定井位要對(duì)其空間布局進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，而當(dāng)前這一方面的研究較少。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)機(jī)井空間布局及其適宜性評(píng)價(jià)方法的研究。

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Research Process of Motor-pumped Well Planning Layout in Agricultural Irrigation District

Zhang Jiaxing1,2,Qi Xuebin1,3,Qiao Dongmei1

(1Farmland Irrigation Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Xinxiang 453002,Henan,China;2Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081;3Key Laboratory of High-efficient and Safe Utilization of Agriculture Water Resources of CAAS of Henan Province,Xinxiang 453002,Henan,China)

The rational distribution of motor-pumped wells was important to the reasonable exploitation and utilization of groundwater resources and national food security.The authors summarized the research status and existing problems from the aspects of the theoretical research,methods of planning and the suitability evaluation of wells.Suggestions on future research emphasis were provided:strengthening the study of wellcanal combined,paying attention to the study on the suitability evaluation methods and spatial layout, strengthening new technologies(GIS,groundwater simulation software and a variety of modern heuristic algorithms)application in motor-pumped well spatial layout study.

Motor-pumped Wells Layout;Well Flow Theory;Heuristic Algorithms;GIS Technology; Suitability Evaluation

S273.4

A論文編號(hào)：cjas15080002

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目“沿黃典型井渠結(jié)合灌區(qū)作物高效用水技術(shù)集成與示范”(201203077)；國(guó)家“863”計(jì)劃課題“污灌農(nóng)田及退化土壤修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)”(2012AA101404)；基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)預(yù)算增量項(xiàng)目(2014ZL013)。

張嘉星，女，1993年出生，安徽和縣人，碩士研究生，主要從事水資源安全高效利用研究。通信地址：453002河南省新鄉(xiāng)市宏力大道380號(hào)中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)田灌溉研究所水資源環(huán)境室，Tel：0373-3393402，E-mail：898773475@qq.com。

齊學(xué)斌，男，1963年出生，陜西戶(hù)縣人，研究員，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事水資源與水環(huán)境方面研究。通信地址：453002河南省新鄉(xiāng)市宏力大道380號(hào)中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)田灌溉研究所，Tel：0373-3393227，E-mail：qxb6301@sina.cn。

2015-08-03，

2015-10-04。