我國農(nóng)業(yè)一直是用水需求量的產(chǎn)業(yè)，需水量常年占比超過60%。隨著生活用水和生態(tài)用水的需求占比逐漸增大，農(nóng)業(yè)用水面臨的壓力日益增長。2021年中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出要針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用水粗放等問題，嚴(yán)格農(nóng)業(yè)用水總量控制，以大中型灌區(qū)為重點(diǎn)推進(jìn)灌溉體系現(xiàn)代化改造，推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，打造高效節(jié)水灌溉示范區(qū)，穩(wěn)步提升灌溉水利用效率。

我國在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，農(nóng)業(yè)發(fā)展卻相對滯后，面臨著諸多問題，例如農(nóng)業(yè)水資源量不足，用水量逐年降低；供給側(cè)結(jié)構(gòu)不合理，無效供給過剩；農(nóng)業(yè)水資源利用率低，農(nóng)業(yè)灌溉用水水資源浪費(fèi)嚴(yán)重；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)存在突出問題等。這些問題都制約著農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益和競爭力的提高。灌區(qū)作為我國糧食生產(chǎn)的主要基地，面對日益嚴(yán)峻的水資源問題，急需優(yōu)化灌溉管理方案和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。同時(shí)，灌區(qū)灌溉管理優(yōu)化模型中存在著多種不確定性因素，例如降水、可用水量、經(jīng)濟(jì)參數(shù)等。這些不確定性因素可能給農(nóng)業(yè)系統(tǒng)造成很大的損失甚至帶來災(zāi)難性的風(fēng)險(xiǎn)，但其在以往的確定性模型中都是無法反映的，因此研究和應(yīng)用不確定性優(yōu)化理論對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的三個主要單元農(nóng)業(yè)水資源、灌溉系統(tǒng)、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化具有非常重要的意義。

為提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率與管理水平，從20 世紀(jì)60年代開始，國內(nèi)外學(xué)者就開始將系統(tǒng)運(yùn)籌優(yōu)化理論應(yīng)用于水資源的優(yōu)化配置研究。之后又將作物生長模型和隨機(jī)動態(tài)規(guī)劃相結(jié)合用于灌溉用水的分配研究，也出現(xiàn)了很多模型成果，如多水源聯(lián)合運(yùn)用的灌溉規(guī)劃模型、灌區(qū)水資源優(yōu)化配置序列模型、分層耦合的水資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型、地表地下水聯(lián)合調(diào)度遞階優(yōu)化模型等大量成果。農(nóng)業(yè)水資源的優(yōu)化配置也逐漸由經(jīng)驗(yàn)管理向更精準(zhǔn)的優(yōu)化管理轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)90年代初，Gordon Huang教授提出了區(qū)間優(yōu)化算法，將各種各樣的不確定性優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化模型中，并開發(fā)出了大量具有區(qū)間、模糊、隨機(jī)特性的不確定性資源優(yōu)化管理模型。以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)郭萍教授為代表的學(xué)者也開發(fā)了大量既實(shí)用又有創(chuàng)造性的不確定性優(yōu)化管理模型，如兩階段模糊機(jī)會約束規(guī)劃模型、模糊機(jī)會約束線性分式模型、基于區(qū)間兩階段模糊可信性約束的灌區(qū)水資源優(yōu)化配置模型、基于模糊定權(quán)的模糊可信性約束二次規(guī)劃模型、基于不確定性的區(qū)間分式規(guī)劃灌區(qū)優(yōu)化配水模型、基于雙區(qū)間作物灌溉水量優(yōu)化模型等上百種模型，為農(nóng)業(yè)水資源高效配置的管理提供了豐富的理論基礎(chǔ)。

隨著不確定性模型的型式越來越復(fù)雜，求解方法越來越豐富，迫切需要有關(guān)介紹不確定性模型及其應(yīng)用的參考書籍。本書從農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中存在的問題及其不確定性因素出發(fā)，介紹了相關(guān)的常用基本規(guī)劃模型及其求解方法，并結(jié)合國內(nèi)部分灌區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐，建立了若干農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置模型、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型、灌溉水質(zhì)評價(jià)模型、農(nóng)業(yè)水資源與社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展預(yù)測模型，并簡單介紹了兩個決策支持系統(tǒng)。這些模型和系統(tǒng)等均以不確性理論為核心，旨在為從事農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置、水環(huán)境管理等的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員提供理論依據(jù)、技術(shù)參考和案例借鑒，也可供高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程、生態(tài)工程、農(nóng)業(yè)工程及相關(guān)專業(yè)師生參考。

本書由楊改強(qiáng)著，在撰寫過程中得到了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)郭萍教授的悉心指導(dǎo)，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)李茉教授、太原科技大學(xué)霍麗娟教授、山西電子科技學(xué)院丁麗瑞老師給予了大力支持，太原科技大學(xué)劉亞紅、徐云飛、夏爽、趙俊楠等參與了本書的編排和校對工作。另外，化學(xué)工業(yè)出版社在本書的策劃和組織方面做了大量工作；國家自然科學(xué)基金（51709195、U21A20524）、山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（20210302123213）和山西省社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)科研項(xiàng)目（KY[2021]146）對本書的撰寫和出版予以了經(jīng)費(fèi)支持，在此一并表示衷心的感謝！

由于著者水平所限，撰寫時(shí)間倉促，書中難免存在不足和疏漏之處，敬請廣大讀者提出修改建議，以助本書進(jìn)一步完善。



著 者

2021年6月于太原