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摘 要：针对单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策问题，使滩涂围垦达到预期的目的，并获得良好的经济效益。确定滩涂围垦工程的规模和空间布局、开发方案及实施策略。以单块滩涂阶段末总净效益现值最大为目标，各阶段开发面积为决策变量，充分考虑各阶段单位筹集资金、滩涂总面积、适宜垦殖面积、各垦殖项目面积上下限为约束条件，构建以单块滩涂计算期末总净效益最大为目标函数的单块滩涂优化围垦进度模型。采用大系统分解?动态规划聚合法求解该模型，获得单块滩涂各垦殖项目各阶段最优开发面积，以及对应的最大总净效益现值。提出的模型求解方法对今后开展单块滩涂开发建设具有一定实用价值，也为进一步开展多块滩涂优化围垦进度研究提供理论基础。
关键词：单块滩涂围垦；决策优化；大系统分解?动态规划聚合法
中图分类号：P458.1 21.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180431022
1 概述
滩涂围垦必须建立在科学利用的基础上，科学的处理好自然条件和社会因素的影响，确定出围垦工程的空间布局和规模、开发利用方案等。系统工程理论和方法在滩涂决策研究中[1-7]得到越来越多的应用，滩涂围垦的垦区排涝排水系统最优规划、最优分期围垦面积等研究课题都得到了预期的成果。吴玉柏等[8]利用线性规划方法对大喇叭垦区分期开发进行了研究，制定了垦区中长期发展规划；郭元裕等[9]利用动态规划原理对滩涂围垦进行了最优规划。但尚存在一定不足：数学模型适用范围小，适应范围小，仅适应于特定垦区；在多块滩涂的最优围垦决策研究方面尚未展开；土地利用规划、分期围垦进度与排涝排水规划之间的内在联系没有充分考虑。
构建以单块滩涂计算期末总净效益最大为目标函数的单块滩涂优化围垦进度模型，采用大系统分解-动态规划聚合法[10-15]求解该模型，获得单块滩涂各垦殖项目各阶段最优开发面积，以及对应的最大总净效益现值，提出的模型求解方法对今后开展单块滩涂开发建设具有一定实用价值，也为进一步开展多块滩涂优化围垦进度研究提供理论基础。
2 单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策模型
建立的模型不考虑各块间匡围时公共工程（如隔堤）等问题。为体现长期效益最大，设开发规划期为T年，分为NN个阶段，每个阶段D年，T=D×NN。将土地利用优化规划与最优进度决策相结合，以单块滩涂从匡围初期到计算期末开发的总净效益现值最大为目标，各阶段各垦殖项目的开发面积为决策变量，考虑各阶段开发单位筹集资金、滩涂总面积、适宜垦殖面积、以各垦殖项目面积的上下限为约束条件，构建单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策模型，以期确定各阶段优化垦殖布局及开发进度。
2.1 目标函数
3.2 子模型单纯形法优化
上述模型是线性规划模型，可用单纯形法求解。
对于垦殖项目K，将各阶段筹集资金KJ（n）按一定步长m离散，即m=1，2，…KJ（n，m），分别进行一系列不同资金约束KJ（n，m）下的子模型优化求解，获得一系列给定各阶段资金约束下，各阶段最优种植面积分配X（n，m），及对应的最大净效益现值PP（m），即PP（k，m）～X（n，m）。
对每一个垦殖项目K，共需进行K组子系统优化方法，最终获得一系列PP（k，m）～X（k，n，m）关系。
3.3 大系统动态规划聚合模型构建及求解
以各垦殖项目各阶段的筹集资金为决策变量，将原模型（1）～（5）转换为如下聚合模型。
3.4 聚合模型优化成果回查寻优
根据获得的各垦殖项目各阶段最优资金分配值，回查子模型优化成果中各子系统给定筹集资金下对应的优化种植面积分配，最终获得各垦殖项目各阶段最优种植面积分配。
以上采用基于单纯形法的大系统分解-动态规划聚合法求解思路如图1所示。
4 计算实例
4.1 垦区基本情况
盐城市蒲港垦区主要以盐业和对虾养殖为开发项目，滩涂总面积393.33hm2，基本情况及垦殖经济指标如表1所示。
规划期共30a，均分为6个阶段，每阶段5a，圩堤及排灌设施寿命30a，资金年折现率7%。项目开发初期一次性投资300万元。采用前述方法，进行单块垦区最优化决策计算。
4.2 蒲港垦区土地利用优化规划与最优开发进度决策成果
最优化决策结果如表2所示。各阶段垦殖项目面积如图2所示。
由图2可以看出，采用基于子系统单纯形法优化的大系统分解-动态规划聚合法，对蒲港垦区不同垦殖项目优化决策计算分析，盐业项目和对虾项目的最大垦殖面积分别位于开发期的第5阶段和第6阶段，结合表2可知，可获得合计800万元的最大开发净效益值。
5 结论
本文针对单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策问题，以单块滩涂阶段末总净效益现值最大为目标，各阶段开发面积为决策变量，考虑各阶段单位筹集资金、滩涂总面积、适宜垦殖面积、各垦殖项目面积上下限为约束条件，构建了单块滩涂土地最优开发进度数学模型，采用基于子模型单纯形法优化的大系统分解-动态规划聚合法求解，以盐城市蒲港垦区为计算实例，获得了较好的优化开发进度成果。本文方法有效可行，获得的成果效益明显，可为单塊滩涂土地优化开发进度决策提供借鉴与参考；同时也为开展多块滩涂优化围垦进度决策研究提供理论支撑。
参考文献
[1]王华杰. 滩涂围垦区土地开发利用中优化方法应用的研究[D]. 上海：上海交通大学，2001（1）：21-28.
[2]郭元裕.海涂围垦开发优化决策与经济评价[M].武汉：武汉大学出版社，1997：1-50.
[3]Carter R W G. Coastal Environments [M].Academic Press，1988， 516-518. [4]Chen J Y. Eisma D. Walker H J. etal. Artifical Coasts [M]. Kluwer Press （in press），1999.
[5]沈永明，冯年华.江苏沿海滩涂围垦现状及其对环境的影响[J].海洋科学，2006， 30（10）：39-43.
[6] JCPeernetta， JDMilliman. Land Ocean Interactionsin the Coastal Zone： Implementation Plan. GtGraphic SystemsAB，1995：7-8.
[7] Vedula S， Kumar D N， An integrated model for optimal reservoir operation for irrigation of multiple crops[J].Water Resources Research， 1996，32（4）：1101-1108.
[8]吴玉柏，黄俊友.大喇叭垦区分期开发模式的研究[J].农业系统科学与综合研究[J].1992，8（3）：236-240.
[9]郭元裕，白宪台，雷声隆.动态规划在海涂围垦最优规划中的应用[J].水利学报，1981，8（6）：9-17.
[10]张晓祥，严长清，徐盼，等.近代以来江苏沿海滩涂围垦历史演变研究[J].海洋科学，2013，11（68）：3-8.
[11]程吉林，金兆森.大系统试验选优方法及其在灌区优化中应用[J].水利学报，1993（1）：41-47.
[12] Kuo S F， Liu C W， Chen S K. Comparative study of optimization techniques for irrigation project planning [J]. Journal of the American Water Resources Association， 2003，39（1）：59-73.
[13] El G T， Harrell L J. Chance-Constrained Genetic Algorithm for Water Supply and Irrigation Canal Systems Management[C]. In： World Water and Environmental Resources Congress，2003：3413-3422.
[14] J.W.Lee and S.H.Kim， “using analytic network process and goal programming for interdependent information system project selection”. Computers and Operations Research，2000（27）：367-382.
[15]康彥彦，丁贤荣，程立刚，等.基于匀光遥感的6000年来盐城海岸演变研究[J].地理学报，2010，65（9）：1130-1136.
关键词：单块滩涂围垦；决策优化；大系统分解?动态规划聚合法
中图分类号：P458.1 21.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180431022
1 概述
滩涂围垦必须建立在科学利用的基础上，科学的处理好自然条件和社会因素的影响，确定出围垦工程的空间布局和规模、开发利用方案等。系统工程理论和方法在滩涂决策研究中[1-7]得到越来越多的应用，滩涂围垦的垦区排涝排水系统最优规划、最优分期围垦面积等研究课题都得到了预期的成果。吴玉柏等[8]利用线性规划方法对大喇叭垦区分期开发进行了研究，制定了垦区中长期发展规划；郭元裕等[9]利用动态规划原理对滩涂围垦进行了最优规划。但尚存在一定不足：数学模型适用范围小，适应范围小，仅适应于特定垦区；在多块滩涂的最优围垦决策研究方面尚未展开；土地利用规划、分期围垦进度与排涝排水规划之间的内在联系没有充分考虑。
构建以单块滩涂计算期末总净效益最大为目标函数的单块滩涂优化围垦进度模型，采用大系统分解-动态规划聚合法[10-15]求解该模型，获得单块滩涂各垦殖项目各阶段最优开发面积，以及对应的最大总净效益现值，提出的模型求解方法对今后开展单块滩涂开发建设具有一定实用价值，也为进一步开展多块滩涂优化围垦进度研究提供理论基础。
2 单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策模型
建立的模型不考虑各块间匡围时公共工程（如隔堤）等问题。为体现长期效益最大，设开发规划期为T年，分为NN个阶段，每个阶段D年，T=D×NN。将土地利用优化规划与最优进度决策相结合，以单块滩涂从匡围初期到计算期末开发的总净效益现值最大为目标，各阶段各垦殖项目的开发面积为决策变量，考虑各阶段开发单位筹集资金、滩涂总面积、适宜垦殖面积、以各垦殖项目面积的上下限为约束条件，构建单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策模型，以期确定各阶段优化垦殖布局及开发进度。
2.1 目标函数
3.2 子模型单纯形法优化
上述模型是线性规划模型，可用单纯形法求解。
对于垦殖项目K，将各阶段筹集资金KJ（n）按一定步长m离散，即m=1，2，…KJ（n，m），分别进行一系列不同资金约束KJ（n，m）下的子模型优化求解，获得一系列给定各阶段资金约束下，各阶段最优种植面积分配X（n，m），及对应的最大净效益现值PP（m），即PP（k，m）～X（n，m）。
对每一个垦殖项目K，共需进行K组子系统优化方法，最终获得一系列PP（k，m）～X（k，n，m）关系。
3.3 大系统动态规划聚合模型构建及求解
以各垦殖项目各阶段的筹集资金为决策变量，将原模型（1）～（5）转换为如下聚合模型。
3.4 聚合模型优化成果回查寻优
根据获得的各垦殖项目各阶段最优资金分配值，回查子模型优化成果中各子系统给定筹集资金下对应的优化种植面积分配，最终获得各垦殖项目各阶段最优种植面积分配。
以上采用基于单纯形法的大系统分解-动态规划聚合法求解思路如图1所示。
4 计算实例
4.1 垦区基本情况
盐城市蒲港垦区主要以盐业和对虾养殖为开发项目，滩涂总面积393.33hm2，基本情况及垦殖经济指标如表1所示。
规划期共30a，均分为6个阶段，每阶段5a，圩堤及排灌设施寿命30a，资金年折现率7%。项目开发初期一次性投资300万元。采用前述方法，进行单块垦区最优化决策计算。
4.2 蒲港垦区土地利用优化规划与最优开发进度决策成果
最优化决策结果如表2所示。各阶段垦殖项目面积如图2所示。
由图2可以看出，采用基于子系统单纯形法优化的大系统分解-动态规划聚合法，对蒲港垦区不同垦殖项目优化决策计算分析，盐业项目和对虾项目的最大垦殖面积分别位于开发期的第5阶段和第6阶段，结合表2可知，可获得合计800万元的最大开发净效益值。
5 结论
本文针对单块滩涂土地利用优化规划与最优开发进度决策问题，以单块滩涂阶段末总净效益现值最大为目标，各阶段开发面积为决策变量，考虑各阶段单位筹集资金、滩涂总面积、适宜垦殖面积、各垦殖项目面积上下限为约束条件，构建了单块滩涂土地最优开发进度数学模型，采用基于子模型单纯形法优化的大系统分解-动态规划聚合法求解，以盐城市蒲港垦区为计算实例，获得了较好的优化开发进度成果。本文方法有效可行，获得的成果效益明显，可为单塊滩涂土地优化开发进度决策提供借鉴与参考；同时也为开展多块滩涂优化围垦进度决策研究提供理论支撑。
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