基于EMD和IDAR的灌区年降水量预测研究

针对降水量这样一种非线性、非平稳序列,研究经验模态分解方法(EMD)和信息扩散近似推理方法（IDAR）在年降水量预测中的组合应用,解决资料序列不充分情况下的区域降水量预测问题。首先,通过EMD方法对具有典型非线性与非平稳特征的年降水量时间序列进行处理,分解出包含原信号不同特征尺度的分量数据系列;然后应用信息扩散近似推理技术对各降水量分量间的复杂非线性关系进行描述,建立当前趋势以及相邻年份之间的预测规则,并进行预测。以文献案例灌区长系列降水资料为样本进行实例计算,并与其它预测方法进行了对比。结果表明：基于EMD和信息扩散近似推理的预测方法效果较好,误差绝对值和为1.30,优于人工神经网络、线性自回归方法以及单纯信息扩散近似推理的统计结果。同时,为了验证该方法的适用性,将该方法应用于文峪河灌区的降雨量预测,取得了满意的效果。研究中发现：信息扩散近似推理可将样本点转换成模糊集,部分弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白,并可将矛盾模式转换成兼容模式。而EMD方法可有效分解具有非线性、非平稳特征的降水序列,保留其原序列在空间（或时间）各种尺度上的分布规律。两者结合对解决样本不完备的非平稳序列的预测问题是非常有价值的。通过与其它预测方法比较,发现该模型能够很好地光滑样本数据以及能够较好地发掘知识,有较高的预测精度和推广应用价值。     

基于Jensen模型的内蒙古河套灌区春玉米水分生产函数研究

为了系统分析玉米整个生育期不同时期水分亏缺对产量的影响,适时开展灌溉影响评估,基于Jensen模型和水量平衡方程,利用水分试验数据和历史观测资料研究了河套灌区玉米水分敏感指数、玉米需水量和最高产量,建立了需水量和水分敏感指数时间变化方程,包括三项式和Logisitic两种形式,在旬尺度上二者的模拟结果十分接近;通过回代和实例检验,估算产量与实测产量有较好的一致性,回代结果的相关系数在0.92以上,相对误差小于15%的样本占到80%;实例检验的相关系数在0.63~0.69之间,相对误差低于20%的样本占到80%~100%,模拟效果基本符合实际。     

基于改进Valiantzas方程的黄河下游柳园口灌区ET0预测研究

根据黄河调度旬方案编制对作物需水量逐旬预报的要求,分析了参考作物需水量计算方法。以河南省柳园口灌区为典型,对以空气相对湿度等为输入参数的Valiantzas方程进行了改进,研究建立了基于特征气温的空气相对湿度预测方法。采用多元回归方法,建立了以特征气温、日序数为输入的改进Valiantzas方程,并对模型精度进行了验证。研究表明,改进的Valiantzas方程的相对误差比原方程可减少12.4%,均方根偏差降低37.4%,相关系数提高13.4%。同时,改进的Valiantzas方程能够实现对未来10 d作物需水量的预测,符合黄河水量旬精细调度对基础数据中期预报的要求。     

青海湖及毗邻地区气候变化灰色模型预测

选取1961～2007年青海湖流域附近刚察、茶卡、共和三个站的降水,气温,湿度和蒸发四项气象要素进行分析,以年平均值作为时间序列,建立灰色预测模型,考察其精度,讨论灰色模型在气候变化中的可行性。最后利用模型对流域内各气象要素作了预测。结果表明:在灰色模型的预测中,选用4-5个已知值作为预测序列预测比较理想;由于选用的时间序列短,模型对未来1-2个值预测较理想;由于温度没有相对误差,温度值并不适用该种模型来准确预测;综合考察共和站和刚察站,2008年流域年平均温度继续降低,流域年平均降水量仍持续降低。     

基于CPSO参数辨识的支持向量机增泄水量计算模型研究

水利工程实施的效果可以用增泄水量的多少来评价,文中构建了一种计算增泄水量的计算模型。以径向基函数(RBF)作为核函数,建立了以上游来水量、中游GDP增长、人口增长、降水量为输入,下游下泄水量为输出的支持向量机计算模型,为了提高支持向量机的预测精度,利用混沌粒子群算法(CPSO)的全局寻优特性进行支持向量机(SVM)的参数辨识,克服了人工选取的不足。以黑河流域(1990~2007年)18年的数据样本集作为训练样本,将后5年(2008~2012年)的数据样本集作为检验样本,选择参数如下:C=100,ε=0.001,σ=14。通过支持向量机模型计算的最大相对误差为8.01%,平均相对误差为6.50%。结果表明:文中建立的基于CPSO-SVM的增泄水量计算模型具有很好的效果,可以用于对水利工程实施效果的评价。     

基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析

灌溉是灌区农业生产持续发展的先决条件,排水则是决定灌区能否可持续发展的保证。本研究在全面考虑影响灌排系统健康发展的众多因素的基础上,以青铜峡灌区为例,从土壤盐碱化的防治及水资源合理利用角度,运用水盐平衡原理,判别灌区积、脱盐状态及排水效果,分析灌区灌排系统的合理性。分析结果表明青铜峡灌区灌排系统运行良好,对灌区排盐及盐碱化的防治起着积极的作用。同时也发现灌区存在着排灌比过大,排水能力过剩,排水系统不合理等问题。     

基于相空间重构与RBF神经网络的干旱预测模型

通过引入混沌和相空间重构理论,将一维时间序列重构为多维序列,并与径向基函数神经网络模型相结合,建立了基于条件植被温度指数(VTCI)的干旱预测模型,并对其进行了验证.结果表明:干旱预测结果与实际干旱监测结果中的VTCI最大值、最小值、平均值及标准差十分接近,所有样本点的预测值的相对误差的绝对值均低于9%.经过a=0.0...     

基于于随机-确定模型的渠井结合灌区用水优化配置

陕西省泾惠渠灌区是一个比较典型的渠井结合灌区.由于该灌区地下水的掠夺式开发利用,使得地下水位总体上呈下降趋势,造成许多环境地质问题.如何合理开发利用地下水,优化配置灌溉水资源,是该渠井结合灌区和谐发展的关键.该研究以Visual Modflow软件为平台,并基于时间序列模型和径向基函数神经网络模型(RBFANN),建立...     

渭干河—库车河三角洲绿洲灌区水盐均衡特征分析

依据实地考察实测资料,分析渭干河-库车河灌区的水量平衡、盐量平衡、引水和排水矿化度的变化特征、排盐效率及排水的主要盐分离子.结果显示: (1) 受灌区上游大型水库的调蓄作用,灌区引入地表水的年际变化不大,年内引水出现双峰,排灌比例在8.79%～18.65%,引水利用量为22.53～30.05亿m~3,主要用于农业灌溉用水,农田园林耗水量占总耗水量的75.26%. (2) 随着灌排系统的完善,渭干河-库车河灌区整体处于脱盐过程,年均脱盐量为86.64万t,灌区非盐化土地面积扩大,盐渍化土地面积缩小,灌区内耕地的土壤含盐量减少.(3) 由于大型水库的调蓄作用,灌区引入地表水的矿化度年变幅也较小,1993～1996年平均为0.38 g/L,1997～2001年平均为0.42 g/L,在年内洪水期水量大,矿化度相应偏小.年均排盐量为99.77～275.40万t,排水量和排盐量总体变化趋势相一致,呈略微上升趋势.排水盐分离子中,阴离子主要以Cl~-为主,其次是SO_4~(2-);阳离子主要以Na~+为主,Mg~(2+)出现的机会较小.保持灌区水盐持续均衡所需达到的水量排引比为0.09:1.     

内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控

内蒙古河套灌区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于气候、地形和水文地质条件的影响,在兴建大规模灌区之前,当地已有严重的盐渍化问题,随着引水量增加,灌溉面积扩大,由于重灌轻排,灌排工程不配套,大水漫灌等原因,使灌区的地下水位迅速上升并超过临界水位,加剧土壤盐渍化;此后虽经积极治理,情况有所好转,但仍未得到根本改变。灌区盐碱化的发生、分布、治理在西北干旱地区具有典型意义。河套灌区现状年引黄水量在50亿m3左右,占内蒙引黄水量的90%,超出引黄指标10亿m3,节水任务十分艰巨。因此,必须高效地利用灌溉水资源,采用渠井灌排技术和实施节水灌溉制度,来调控灌区水盐动态,总体上能使河套灌区灌溉土壤逐步由积盐向脱盐的良性循环发展。     

ET_0预测的卡尔曼滤波修正ANFIS模型研究

实时、准确地对作物需水量的预测是实现智能节水灌溉的关键技术。预测模型的合理选择及精度提高是作物需水决策系统的核心。本文将陕西西安地区的气象数据环境信息引入自适应神经模糊推理(ANFIS)作物参考蒸腾量(ET_0)预测模型,应用卡尔曼滤波器对气象数据经ANFIS建模得到的ET_0预测值进行滤波去噪,以提高模型的预测精度,并通过仿真和实验验证,从理论和实践两个方面来验证模型的精度。仿真结果得到,反映模型预测值与真实值之间拟合程度的均等系数(EC)值校正前为0.93,校正后达到0.98。实验结果得到,ANFIS预测模型的平均绝对误差是28.94%,平均相对误差是26.37%,卡尔曼修正后的ANFIS预测模型的平均绝对误差是7.24%,平均相对误差是6.59%。仿真和实验结果表明,利用卡尔曼滤波对ANFIS预测模型进行修正,可以提高预测的精度,经卡尔曼修正后的ANFIS模型能更佳地反映ET_0的变化趋势。     

内蒙古东北部大豆灌溉动态预报模型

为实现内蒙古东北部大豆农田灌溉动态预报,应用多项式拟合方法将大豆适宜土壤湿度下限值插值到全生育期的每一天,形成适宜土壤水分下限动态连续指标曲线,并从土壤-作物-大气连续体角度出发,依据农田土壤水分平衡理论,利用内蒙古突泉农业气象试验站2001—2007年土壤水分数据和气象资料,建立了适合内蒙古东北部旱作农区的大豆灌溉动态预报模型,实现了灌溉日期和灌溉量的时域滚动预报;利用2008—2011年实测数据验证该模型模拟结果,土壤相对湿度预测值与实测值的均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别为2.44%和3.42%,预报灌溉日期的误差在-3~3 d之间,表明模型准确性和实用性较强,可为东北大豆产区节水灌溉提供一定的科学依据。     

石羊河流域制种玉米咸淡水轮灌模式 的SWAP模型模拟

为了探究石羊河流域制种玉米的咸淡水轮灌模式,利用2014年田间试验观测资料对SWAP模型进行了参数率定和验证,模拟了不同咸淡水轮灌模式下的土壤水盐平衡,并筛选出了较优的咸淡水轮灌模式,预测了较长时期土壤盐分动态变化及制种玉米产量。结果表明：SWAP模型率定与验证过程中,土壤含水量的均方误差(RMSE)值在0.05 cm³·cm^-3以下,平均相对误差（MRE)值在15%以下;土壤含盐量的RMSE值在4.2 mg·cm^-3以下,MRE值在25%以下;制种玉米产量的RMSE值在380 kg·hm^-2以内,MRE值在10%以下,率定和验证后的SWAP模型可用于研究区咸水与淡水灌溉的模拟与预测。3.0 g·L^-1微咸水条件下采用2次淡水、1次咸水和1次淡水、2次咸水的轮灌方式以及6.0 g·L^-1咸水条件下采用2次淡水、1次咸水的轮灌方式为研究区制种玉米的较优轮灌模式,这3种较优咸淡水轮灌模式下的土壤盐分累积量较少,并且能够提高制种玉米的产量。3种较优轮灌模式模拟预测结果显示,在模拟期内土壤含盐量增幅不大,能够达到平稳,不会造成土壤盐渍化,制种玉米减产幅度较小,制种玉米产量能够保持平稳。     

基于CROPWAT模型的拉萨地区燕麦优化灌溉制度研究

针对西藏高海拔地区灌溉人工草地发展面临牧草灌溉基础理论研究薄弱的现实,以拉萨市为研究区,依托田间试验和CROPWAT模型模拟预测,对燕麦需水量、耗水量、优化灌溉制度等进行研究。结果表明,拉萨地区燕麦全生育期需水量为570 mm,不同水分条件下耗水量在464~570 mm之间,分蘖、拔节初期为燕麦灌水关键期。通过CROPWAT模型模拟,确定当地燕麦灌水2~4次较适宜。最优非充分灌溉制度的灌水时间为播种前、分蘖期和拔节初期,净灌水量分别为37、43、30 mm。     

田间节水灌溉工程最优规划模型及其应用——以新疆和田地区为例

在充分考虑了区域水源类型、农田灌溉可利用水量、作物种植结构、节水灌溉工程现状、各种节水灌溉技术适应性等条件基础上,为满足区域内各种作物灌溉用水的需求,以区域内田间节水灌溉工程增量年费用最小为目标函数,建立了田间节水灌溉工程最优规划模型。应用这一模型,制定了新疆和田地区2020年田间节水灌溉工程最优规划方案。这一模型为合理制定节水灌溉规划,实现水土资源优化配置提供了依据。     

新疆塔城地区中小河流径流成因分析及预测

以塔城地区乌拉斯台河为例,根据其年径流量(1966-1995年)序列的长期变化特征,提出了时间序列分解预测模型,即将年径流系列分解为趋势项、周期项、随机项,通过对其各项进行识别、提取,再将各项线性叠加,从而建立年径流量预测模型.从模型的识别过程可得,乌拉斯台河年径流具有不显著的递增趋势和明显的周期变化,同时具有一定的随机性.从模型的检验来看,所建模型具有较好的适应性和预报精度,并且拟合效果较好,说明这种预测方法有一定的实用性.     

新疆车尔臣河及其水资源利用研究

车尔臣河是塔里木盆地东南部最大的一条河流,主要依靠雪冰融水和地下水补给。上游山区由于有库木库里盆地和吐拉盆地对径流的调节,水量各季节变化比较平稳,特别是春季占全年径流量的29%,是新疆春季径流所占比例最大的河流之一,春灌基本不缺水。农业灌溉和生态用水各占水资源总量的一半。绿洲虽不断扩大,但中游地下水位仍较高,植被未发生明显退化,同时还向台特玛湖输送一定水量。因此,对车尔臣河水资源利用应保持原生态状况,不宜人工修建大型水利工程。由于车尔臣河出山口有巨大的洪积冲积扇,渗漏量占出山口径流量约30%,是一个比较理想的天然地下水库,所以今后经济发展用水应以开发地下水为主。     

基于GMS的吐鲁番盆地地下水资源量模拟预测

吐鲁番盆地位于我国西北内陆,蒸发强烈,降水稀少,地下水是非常重要甚至是唯一的淡水资源。为了能够探明吐鲁番盆地地下水资源量的构成,通过数据收集、现场调查和水文地质实验获得了一系列的参数,利用GMS软件建立了吐鲁番盆地地下水的非稳定流模型;并且基于现状开采条件下对吐鲁番盆地的地下水做了20 a预测。模拟结果显示:吐鲁番盆地的地下水可采资源量约为4.42×10~8m~3·a~(-1),现状开采条件下到2031年的地下水位下降幅度最高为13 m。由于吐鲁番盆地开采地下水主要用于农业灌溉,故吐鲁番盆地的绿洲面积不会减少,但为了合理利用地下水资源,应该调节该地区的供水结构,加大农业用水节水设备的使用。     

基于河道生态基流保障的渭河宝鸡段水资源调控研究

以渭河宝鸡段为研究对象,以林家村、魏家堡为生态基流关键控制断面,建立基于河道生态基流保障的水资源调控模型、调控规则及调控方案集,对研究区不同水平年不同调控方案下基于河道非汛期生态基流保障的水资源调控结果进行了分析。结果表明:1)林家村断面通过采取方案4,即来水优先保障河道非汛期基流并考虑灌区节水,可使该断面非汛期河道生态基流保证率分别提高至88%、89%;2)魏家堡断面通过采取方案7,即水库对渭河基流补偿并考虑灌区节水,可使该断面非汛期河道生态基流保证率分别提高至88%、90%。由于河道生态基流保障特别是水库补偿河道基流是一个较新的研究领域,今后还需要进一步研究水库补偿的可行性和相应的补偿机制,以确保水资源调配方案的可操作性。