基于调控适宜性区域评价的红崖山灌区地下水位动态预测

红崖山灌区位于中国典型干旱内陆区石羊河流域下游,当地地下水的过度开采已引起地下水位持续下降、生态环境严重恶化。2006—2010年期间,红崖山灌区实施了"关井压田"等相关治理措施,并于2010年开始对青土湖进行生态泄水,用水环境随之发生变化。该文运用GIS技术和FEFLOW软件,基于2011—2012年观测数据构建了红崖山灌区潜水三维数值模型;基于井群调控原则,对研究区进行调控适宜性区域评价,在此基础上以地下水开采量为基准设置了若干调控方案;利用构建的地下水数值模型对现状条件和各种调控方案下20 a内地下水动态变化进行了预测。结果表明:现状用水条件下,当地地下水位依然整体以低降幅持续下降,地下水降落漏斗进一步扩大;水量的削减能让地下水位下降趋势得到有效的遏制并修复地下水降落漏斗;依据评价值大小确定限釆比例的方案比全区域均匀比例限采方案能更有针对性地回升地下水位、修复地下水降落漏斗,且调控井数更少。     

基于BP神经网络的地下水动态预测

人工神经网络是一种高度非线性的并行分布处理系统,采用人工神经网络预测宝鸡市的地下水位动态变化趋势,取1995-2007年研究区内的降水入渗补给量、河道渗漏补给量、人工开采量和闸坝蓄水渗漏量作为输入因子,建立BP模型,用于模拟2008的年地下水位埋深,并与传统的灰色模型进行比较,结果表明:BP神经网络的相对误差介于0.07%～1.98%,相对于灰色模型(0.13%～6.41%)具有较高的预测精度,可为该灌区地下水位的动态预报提供参考。     

内蒙古河套灌区节水灌溉工程实施后地下水变化的BP模型预测

根据黄河河套灌区多年的水文、气象和地下水资料，应用不同的ANN—BP网络模型对灌区年、月地下水埋深的变化进行了模拟，预测了黄河河套灌区节水工程实施后未来灌区年平均地下水位下降的情况，从预测结果可以看出，河套灌区节水工程实施后灌区平均地下水位预计下降0.5 m左右。此外对BP模型的结构设计中隐含层数、隐含单元数和学习速率的合理确定作了具体分析，提出了学习速率取值范围lr=0.01～0.1，为河套灌区节水工程改造规划、设计和管理决策及BP模型的应用提供了参考依据。     

应用时间序列模型分析长武塬区地下水水位的变化特征

针对长武塬区地下水资源贫乏的问题,运用时间序列分析理论对长武塬区地下水位动态变化进行了分析和横拟.采用多项式拟合计算水位动态的趋势分量,运用谐波分析提取周期项,利用自回归(AR)模型模拟随机分量,将得到的三个分量进行叠加建立预报模型.依据长武塬区三口监测井的月平均水位埋深资料,运用SAS提供的指数平滑模型建立地下水位动态模拟和预测模型,并对模型的模拟和预测精度进行分析.(1)时间序列分析法可以简易快捷地模拟预测研究区的地下水位变化,且计算简单,所需资料较少且易于获得,可作为一种简易快速的地下水位模拟预测模型;(2)所建立的时间序列模型需要及时更新资料以提高预测精度;(3)通过对周期项的分析可知研究区地下水位变化存在的主要周期为7.4～10 a,且周期逐年增长,揭示了地下水位的多年变化规律;(4)研究区地下水水位呈下降趋势,尤其近几年水位下降幅度增大,应加以控制.     

榆树市地下水位变化特征与降水关系分析

水资源是制约生产生活的重要因素。对榆树市近8年地下水位的年内、年际的动态变化特征与降水关系给予分析,结果表明:地下水位与降水量基本呈正相关关系,地下水的补给主要源自降水量的入渗,且地下水位的变化具有不同程度滞后性。此结果为合理开发水资源,当地水资源的可持续发展利用提供参考依据。     

辽阳县地下水水位控制与取水总量控制研究

通过对辽阳县地下水水位控制和取水总量控制研究,对全县的地下水水位、地下水取水量进行了统计分析,并对多年平均、不同特征年地下水位特征进行了分析,同时进一步分析了地下水取水量与地下水位之间的相关关系,最终确定了地下水取水总量和地下水水位控制目标。控制地下水开发利用总量和维持地下水合理水位,对确保地下水资源可持续利用和保护生态环境具有十分重要的意义。     

2000-2020年昌吉州东部平原区地下水位埋深对土地利用及干旱时空演变的动态响应

联合土地利用与覆被变化及气象干旱综合分析区域地下水位埋深变化及其动态响应关系,明晰地下水位埋深变化的阶段性主导因素,对地下水超采地区综合治理和地下水资源有效管控具有现实意义。选取昌吉州东部平原区2000-2020年78眼地下水监测井月尺度地下水位埋深数据资料及5期遥感影像数据并结合同期多尺度标准化降水蒸散发指数SPEI,分析不同时空尺度地下水位埋深对土地利用/覆被变化及SPEI的动态响应规律,探讨研究区土地利用变化与干旱变化趋势对地下水埋深变化的综合影响。结果表明:研究区21年间地下水位埋深表现出不显著变化(2000-2005年)-显著增大(2005-2014年)-变缓(2014-2017年)-持续增大(2017-2020年)的变化特征,整体呈持续增大动态趋势,空间分布呈北向南逐渐增大特征;同期土地利用类型面积发生了显著变化,耕地为其主要的土地利用类型,面积呈持续增加趋势,分形维数呈现出先降低(2000-2005年)后升高(2005-2010年)再降低(2010-2020年)的变化特征;SPEI年际动态变化呈显著干旱趋势变化特征,年尺度序列在2012年、2017年发生突变,2016年开始气象干旱发生频次增加;2000-2015年研究区地下水位埋深动态变化对土地利用变化尤其是耕地变化响应显著,2016-2020年地下水位埋深动态变化是对土地利用变化与气候干旱因素的联合响应。     

基于BP人工神经网络的长江河口地区土壤盐分动态模拟及预测

为开展长江河口地区土壤盐分动态的中长期模拟与预测,采用人工神经网络中应用较为成熟和广泛的BP网络建立长江河口地区土壤盐分与降雨量、蒸发量、长江水电导率、内河水电导率、地下水位、地下水电导率6因子间的非线性神经网络响应模型。网络模型结构为6-11-1,隐含层单元数用"试错法"确定。选择合适的参数训练和学习网络模型后,对河口地区2003年各月平均根层土壤电导率进行预测,并与线性回归模型预测结果进行比较。结果表明:BP网络模型较线性回归模型具有更高的预测精度,平均相对预测误差为7.3%,预测值与实测值相关性良好,可以满足实际应用需求。     

基于灰色关联分析的土壤水盐动态变化研究

根据洛惠渠灌区多年观测资料与实地调查,采用灰色关联法对灌区地下水矿化度、埋深与土壤含盐量的动态关系进行了分析。阐明了3者之间的年际动态变化规律和耦合关系,建立了灌区土壤水盐动态耦合关系模型。结果表明,地下水矿化度是影响土壤含盐量的主要因素,地下水埋深对盐分的转移也起着重要的作用,各因子之间相互作用,形成了复杂条件下的耦合关系;该灌区处于脱盐和相对稳定状态,受外界因素影响,土壤含盐量变化趋势与地下水矿化度和地下水位变化趋势不一致;基于地下水矿化度和地下水埋深的土壤水盐耦合关系模型具有较高的预测精度,能够很好地定量描述土壤水盐动态变化与其影响因子之间的响应关系。     

洛惠渠灌区地下水动态敏感因子研究

以陕西省洛惠渠灌区实测数据为例,首先采用多元时空序列马尔可夫链分析模型,对多年来洛惠渠灌区地下水动态进行趋势因子评价分析;采用改进的灰色斜率关联法分析各影响因子与地下水埋深的敏感关系;提出临界蒸发量这一概念;建立ARIMA动态模型,并对蒸发量进行预测.结果表明,该灌区地下水动态趋势较恶劣;蒸发量是影响该灌区地下水动态的最敏感因子,各因子之间相互作用,形成了复杂条件下的耦合关系;当蒸发量超过1 800 mm临界值时,地下水位开始回升,对土壤有盐碱化的威胁;未来几年蒸发量多数超过临界值,模型预测精度较高.将以上方法体系运用到灌区地下水动态研究中是切实可行的,可统一管理和调控水资源提供科学依据.     

基于地统计学的宝鸡市区地下水位空间变异特征研究

借助地理信息系统软件（ArcGIS）,从宝鸡市DEM数据中提取面积约100 km²的研究区图层,选取24眼监测井1990年、1995年、2000年和2004年的地下水位水位数据为样本资料,应用地统计学方法对市区地下水位进行了趋势分析、空间变异分析以及空间插值研究。结果表明,在单个年份中,市区地下水位在南北方向上存在明显的“U”型趋势,东西方向上的趋势变化稍显平稳;地下水位具有中等的空间相关性,在800 m以下尺度上的短距离变异所占比重较大,各年份地下水的空间连续性差,空间自相关距离较短,异性比从1990年的0.713减小到2004年的0.171,说明市区地下水位空间各向异性逐渐增强;球状模型交叉验证表明模型拟合效果良好,空间插值结果显示,研究区不同地方的地下水位年际变幅较大,且空间分布变化明显,主要受开采强度时空变化的影响。     

城市建设用地集约度测评及空间分异特性研究

开展城市土地集约利用评价,分析其区域变化规律,为宏观指导城市土地资源集约利用,切实实现土地利用方式的转变提供依据。以宝鸡市为研究对象,构建建设用地节约集约利用评价指标体系,采用多因素综合评价法,测算宝鸡市及下辖12个县(区)的集约度水平,判定土地利用类型,并进行空间分异特性研究。结果表明:宝鸡市整体集约度较高,各县(区)存在明显的区域差异性。集约利用水平在空间上呈现中心—外围递减的圈层结构形式,即土地集约度市区郊区郊县,城市中心城市边缘区,中部平原北部山区,城市空间拓展与土地利用之间的耦合性较差。影响区域土地集约利用的因素较为复杂,自然条件和区位条件差异是基底条件,经济发展水平和产业结构是其重要因素。多因素综合评价法测算结果与空间分异特性研究结果基本吻合,符合宝鸡市实际,表明该评价方法适用于城市建设用地集约度测算,具有一定的可行性。     

基于分数阶灰色模型的农业用水量预测

针对农业用水量序列的振荡特性以及传统灰色预测模型的过拟合问题,该文提出分数阶灰色预测模型。将农业用水量振荡序列转化为单调递减非负序列,并以转化序列为基础,根据"阶数最大(或最小)"、"历史数据拟合最好"2个目标函数构造优化模型,采用改进NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行模型求解。根据验证集拟合结果优选出模型阶数,结合分数阶反向累加灰色模型(fractional order reverse accumulation grey model),以通辽市和宝鸡市为例,进行农业用水量的预测。为了检验模型性能,将该文模型分别与传统GM(1,1)模型、自回归模型、基于小波分析理论组合模型进行对比。结果表明,该文模型对于通辽市、宝鸡市与鄂尔多斯市的农业用水量预测的相对误差分别为2.33%、0.31%和1.77%。同时,该文模型预测误差最小(比自回归模型分别低1.11%(通辽)、6.18%(宝鸡);比传统GM(1,1)模型分别低3.32%(通辽)、0.97%(宝鸡)),具有一定实用性,研究结果可为区域农业用水量预测提供依据。     

山地城镇化进程中土地生态安全动态评价研究——以贵阳市为例

为促进其土地资源可持续利用及其未来生态环境质量改善和生态安全规划管理提供依据,对贵阳市近20 a来的土地资源生态安全状况进行动态评价研究。基于P-S-R模型构建城市化驱动力下土地生态安全评价指标体系,采用多指标综合评价法计算土地资源生态安全水平,利用SPSS软件和GM（1,1）模型进行相关性分析与短时间序列预测。结果表明:近20 a贵阳市土地生态安全指数1992—2000年处于恶化级、2001—2009年处于风险级、2010—2011年处于敏感级,总体呈波动上升趋势,但基本处于不安全状态;人类社会经济活动的响应对土地资源生态安全的影响较大;预测在2011年后5 a内该区域压力值、状态值、响应值和综合值均呈上升趋势,土地生态环境良性循环发展潜力具大,但生态系统脆弱且敏感性显著等问题一直存在。控制人口增长,优化人口结构,加快转型发展,构建绿色经济生态体系,统筹城乡协调发展,优化合理利用土地,探索节约集约用地的新型城镇化模式,加大环境保护力度,建立生态补偿机制是保护贵阳市土地资源生态安全的合理性对策。     

基于空间决策的城镇空间与农业生产空间协调布局优化

科学划定城镇空间和农业生产空间的空间开发管制边界,是兼顾城市发展与粮食安全的重要举措.该文以鹰潭市中心城区为例,借助GIS平台进行建设开发适宜性评价和耕地综合质量评价.基于2个评价结果开展城镇空间和农业生产空间协调优化布局研究.通过城市发展方向预测、新增建设用地规模、基本农田保护面积和耕地国家利用等四方面修正,形成城市开发边界和基本农田保护红线初步方案.根据空间矛盾协调原则做出空间决策,优化协调城镇空间和农业生产空间布局.研究结果为:中心城区建设开发适宜性分值由高到低呈现出以中心城区中心为圆心的“圈层”式的空间分布,中心城区耕地综合质量高的耕地主要分布在西部和东部;综合建设用地重心移动分析、凸壳原理分析城市扩张模式、基础设施与产业布局分析得出中心城区北部的夏埠乡、志光镇和鸿塘镇是中心城区未来发展的重点方向;引入耕地国家利用等指标,将基本农田保护红线方案划分为可调区和不可调区,城市开发边界方案与耕地保护红线方案不可调区布局冲突的空间决策为调整城市开发边界,优先保障耕地.城市开发边界方案与耕地保护红线方案可调区布局冲突的空间决策为调整耕地保护红线,优先保障城市发展.     

基于多变量时间序列CAR模型的地下水埋深预测

为准确估计内蒙古河套灌区地下水埋深的变化规律,根据河套灌区沙壕渠灌域1988－2007年实测的地下水埋深、降雨、蒸发及引水量资料,基于多变量时间序列CAR（Controlled Auto-regressive）模型建立了地下水埋深的预测模型,并对模型进行了验证,并将模型在不同方案条件下进行了地下水埋深预测的应用。结果表明：河套灌区地下水埋深受到气候条件、引水量的影响较大。CAR模型预测效果良好,模型在沙壕渠灌域具有较好的适用性。预测方案显示,当区域蒸发量增加25%,降雨量减少34%,年引水量减少18%时,地下水埋深将达到2.21 m。提出的研究方法和结果可为灌区灌溉用水管理提供参考。     

渭河宝鸡市区段生态治理工程综合评价

建设生态河堤、控制河流污染、创建滨水景观已经成为国际上城市河流治理发展的总趋势。以详实的数据为基础,对渭河宝鸡市区段生态治理工程进行综合评价。此项工程的实施,不仅能够保障防洪安全,还可以综合开发利用河道资源,提高市区的绿化水平,营造水域景观,美化环境,提高城市品位,优化投资环境,具有显著的社会经济效益和生态环境效益,为城市的可持续发展奠定了良好的基础。     

GM(1,1)模型改进技术在咸阳市地下水动态预测中的应用

针对地下水埋深变化离散性程度较大的咸阳市,采用GM（1,1）模型改进技术对其地下水动态进行预测研究,为地下水埋深的准确预测提供支持。以灰色理论GM（1,1）模型为基础,运用滑动平均法对离散性程度较大的原始序列进行改造,使原始数据的变化变得缓慢,再利用改造后的序列建立GM（1,1）^*模型,以咸阳市地下水埋深资料为研究对象,进行地下水动态预测,并与未改进的GM（1,1）模型的预测结果进行比较。咸阳市地下水动态的预测结果显示,该区地下水埋深有逐年减小的趋势,说明该区地下水资源得到了有效的保护与利用。利用2001-2007年的地下水埋深资料建立GM（1,1）^*模型进行预测,相较于实测数据,GM（1,1）^*模型的预测结果科学合理;相较于未改进的GM（1,1）模型的预测结果,改进后的GM（1,1）^*模型具有更高的预测精度和实用性。GM（1,1）模型改进技术的应用,减小了原始序列的离散性程度,提高了预测精度,为地下水动态预测提供一种新思路。