基于最优保留策略遗传算法的玉米小麦优化灌溉模型研究

在综合考虑灌溉水量、作物水分需求、作物种植结构、水分生产函数、降雨量、土壤水分平衡、缺水敏感指数、粮食市场价格、农田灌溉用水价格、最低产量需求和灌溉成本等因素的基础上，建立了适合中国国情的基于灌水收益最大的多作物多约束非线性优化灌溉模型，同时应用遗传算法的搜寻功能，对模型的实数编码解空间进行搜索。求解结果显示该模型很好地解决了玉米和小麦联合种植的优化灌溉问题，遗传算法在求解该模型中显示出了较好的搜寻能力，能在很短时间内搜寻到模型的最优解。     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

基于遗传算法求解的冬小麦优化灌溉产量模型研究

为了在有限灌溉水量条件下研究作物最大产量与不同生育阶段水量分配的关系，该文以静态的作物水分生产函数Jensen模型为基础，建立基于产量最大的有限灌水量优化灌溉模型，并应用最优保存策略遗传算法对建立的多约束非线性模型进行求解。结果显示遗传算法能在不同的灌溉情况下，搜索到模型的最优解，并且能对有限的灌水量在作物不同生育期进行优化分配。     

基于基因表达式编程的作物水分生产函数构建

作物水分生产函数的确定是农业水资源优化配置的关键。该研究采用农业水文生态系统模型（Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC）与基因表达式编程（Gene Expression Programming, GEP）相结合的方法构建作物水分生产函数。以河套灌区3种主要作物（葵花、玉米、小麦）为研究对象,采用AHC模型模拟作物产量等,构建基于GEP算法的作物水分生产函数,探讨考虑盐分胁迫的作物水分生产函数构建的思路与方法。结果表明：1）作物模拟产量与地下水埋深、地下水矿化度和灌水量等因素有关。2）构建作物水分生产函数的最优输入因子组合为地下水埋深、灌溉量、蒸散发、地下水矿化度、土壤根层盐分对作物胁迫因子、土壤根层含水率。3）应用作物水分生产函数估算不同灌溉定额条件下作物产量（预测产量）,并与AHC模型计算的产量（模拟产量）进行比较,玉米、葵花、小麦预测产量与模拟产量具有很好一致性,其决定系数分别是0.96、0.93、0.96,平均相对误差均小于5%,满足计算精度要求。因此,该研究所构建的作物水分生产函数可以较准确地估算盐分胁迫下作物产量,为农业节水与灌溉水高效利用提供科学参考。     

涝渍胁迫条件下Morgan模型的试验研究

涝渍胁迫条件下的作物水分生产函数对于正确评估减灾效益,合理制定涝渍灾害治理对策具有重要现实意义。作物水分生产函数按照模型形式可分为动态模型与静态模型,其中动态模型能模拟作物生长过程,具备一定的作物生理学基础,但鲜有见到关于涝渍胁迫条件下动态模型的研究。该文以水分亏缺条件下的作物水分生产函数动态模型(Morgan模型)为基础,通过利用涝渍指标进行转换,建立了适用于涝渍胁迫条件下的动态产量模型。该模型选用的指标包括常用的空间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、地面累积淹水深度SFW)与涝渍综合指标SFEW30,并为了克服前者在计算过程中涝害指标权重偏小的问题,引入时间划分型涝渍分离指标(累积超标准地下水深SEW30、受涝期间涝渍综合指标SWFDH)。根据连续多年的棉花涝渍胁迫试验数据对模型进行参数率定与验证,结果表明该模型预测效果良好,并推荐优先使用涝渍综合指标SFEW30。同静态模型相比,该模型参数在年际之间也表现出更好的稳定性。     

网络技术在非充分灌溉制度优化中的应用

该文应用动态优化和线性规划方法分别建立了灌区单一作物的基于Jensen和Blank水分生产函数的非充分灌溉制度优化模型。在模型求解过程中，根据网络技术的原理，选择TCP/IP协议组建网络，采用传统的C/S(Client/Server)二层架构，运用ASP技术，使用VBScript、Visual Basic 6.0等语言编程，实现了网上灌区单一作物灌溉制度的实时优化计算。其计算方法为网上通用的应用程序，不受地域和时间等的限制，可节约人力、物力资源。     

宁夏南部山区小麦干旱监测与灾损评估模型研究

研究计算了宁夏回族自治区南部山区 1961～ 2 0 0 0年参考作物蒸散量 ,并利用FAO提供的山区小麦Kc值和历年小麦生育期资料模拟历年逐旬小麦需水量。通过土壤水分平衡方程各分量的订正 ,求算出历年小麦生长期间实际耗水量和水分满足率 ,运用包络产量和作物水分生产函数建立了小麦单产干旱监测与灾损评估模型 ,应用效果良好 ,可满足监测与灾损评估需要     

基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型

在分析总结当前农业干旱评估模型的基础上，利用“土壤-作物-大气连续体”理论，建立起水分运动的两层土壤计算模式，对作物蒸散量的变化规律进行描述。在此基础上，从作物受旱程度和产量损失关系出发，借助作物水分生产函数，并综合考虑各作物的权重，建立起农业干旱风险评估的静态、动态模型。实例表明，这些模型与传统模型相比，不仅适用于未来各种时间尺度下的干旱程度风险评估，而且能够提供出产量损失的信息，有较高的推广应用价值。     

基于RS数据和GIS方法估算区域作物节水潜力

利用遥感ET数据开展用水定额管理及节水潜力分析等方面的研究，是对传统农业节水研究的有益补充。该文利用分类均值法构建了基于遥感ET数据的作物水分生产函数，考虑耗水较低兼顾水分生产率较高的原则，提出基于水资源脆弱区作物ET定额估算模型，利用该模型计算获得冬小麦及夏玉米的ET定额分别为346.00、313.00 mm；保持现有土地利用结构不变，以作物ET定额为评价标准，通过对超过该作物ET定额的像元进行调整，获得大兴区夏玉米及冬小麦的节水潜力分别为1 176.75、369.27万m3。该研究为利用遥感ET数据开展区域耗水节水潜力的定量化评价进行了有益的探索。     

作物水分生产函数研究进展

作物水分生产函数(cropwaterproductionfunctions,CWPF)一般指作物产量(cropyield,Y)与蒸散发(evapotranspiration, ET)之间的函数关系,是作物模型中联系水分和生产力的关键。本文系统地梳理了近半个世纪以来CWPF的相关研究,发现CWPF受多种因素影响,不同地区获得的田间试验结果往往差异较大;常用的CWPF模型多是基于统计信息,缺少坚实的物理基础和可靠的理论支撑,在跨地区、跨物种应用时存在一定缺点。同时基于碳同化过程的机制模型和更为复杂的作物模型也因为参数过多而不易在实际中应用。在以往研究的基础上,从公开发表的41篇文献中筛选出592组田间试验数据,发现小麦产量与ET基本呈线性关系,但数据分布相对离散,而玉米、棉花、水稻因数据量较少其产量与ET关系不明显。利用生长季降水量和累计蒸发皿蒸发数据对不同地区获得的小麦水分生产函数进行了修正,发现改进后的小麦水分生产函数表现出较好的跨地区应用潜力(r2从0.36提高到0.75),并提出了进一步的CWPF修正思路。指出通过改进函数关系虽然能提高统计模型的可移植性,但发展机制模型仍是未来CWPF研究的根本出路。     

灌溉渠道轮灌配水优化模型与遗传算法求解

灌溉过程中的渠系配水实质上是配水渠道流量的时空分配问题。传统的人工调度难以做到统筹优化，且易导致大量的渠道弃水。因此，渠道优化配水技术是灌区现代化管理的重要内容之一，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。该文改进了“定流量，变历时”渠道运行方式的轮灌配水优化模型，应用遗传算法进行了配水渠道流量优化的0—1整数规划模型求解。遗传算法采用了锦标赛选择，算术交叉和交换变异算子，应用Matlab6.0编制了相应的求解程序，求解结果表明，该结果优于常规方法求解结果，说明该算法设计是可行的。     

基于径向基函数神经网络与改进遗传算法的黄河流域需水预测

针对遗传算法的不足 ,利用改进的遗传算法 ,结合性能优于 BP网络的径向基函数神经网络 ,并进行网络优化 ,建立了黄河流域需水预测模型 ,拟合预测结果表明 ,该模型能有效提高预测精度。     

动态规划在地下水地表水联合调蓄建模中的应用

地下水地表水联合调蓄是优化区域水资源配置,维系社会经济可持续发展的重要策略之一。由于地下水地表水调蓄问题具有时变性、阶段性或层次性,动态规划在调蓄模型构建过程中得到了广泛应用。在分析梳理动态规划模型应用进展及模型求解流程的基础上,结合实例,对于由多个用户和多个供水点组成的联合调蓄问题,以供水费用最小为目标函数,其中供水费用系数为阶跃函数,以地下地表供水点的蓄水量为状态变量,选取典型水文年,构建出可以进行调蓄评价和辅助决策的动态规划模型。     

改进的变尺度优化算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

应用改进的变尺度混沌优化算法对水分生产函数模型进行求解,求解程序用Visual Basic编写.以河西武威绿洲春小麦数据为例,将混沌算法应用于小麦灌溉制度优化设计中,并与动态规划法进行对比,证明改进的混沌优化算法可以提高灌溉制度优化设计的精度与速度.     

改进的变尺度优化算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

应用改进的变尺度混沌优化算法对水分生产函数模型进行求解,求解程序用Visual Basic编写。以河西武威绿洲春小麦数据为例,将混沌算法应用于小麦灌溉制度优化设计中,并与动态规划法进行对比,证明了改进的混沌优化算法可以提高灌溉制度优化设计的精度与速度。     

基于记忆梯度混合遗传算法的灌区水资源优化配置

针对灌区水资源优化配置模型中目标函数高度非线性的特点,该文提出基于记忆梯度混合遗传算法用于灌区水资源优化配置,并提出了有条件的随机生成的初始种群生成方式来处理线性约束条件的策略.实例研究表明算法用于灌区水资源优化配置比基本遗传算法计算精度有了明显提高.     

生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建

为建立适用于我国不同区域生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型,在通用土壤侵蚀模型(universal soil loss equation,USLE)框架下,室内概化模拟不同土壤质地、坡度坡长、砾石质量分数等工况下的工程堆积体,通过大量人工模拟降雨试验,修订模型各因子,构建工程堆积体土壤侵蚀量预测模型,并对其进行验证。研究明确工程堆积体标准小区及各因子定义及计算方法,提出采用土石质因子代替传统的土壤可蚀性因子以便更加符合工程堆积体实际,构建以幂函数计算的坡度、坡长因子,与砾石质量分数的指数函数计算的土石质因子和降雨侵蚀力因子相乘的工程堆积体侵蚀量预测模型。经率定与验证,模型预测效果良好(R²＞0.8),且能适用于不同区域及工况下工程堆积体边坡土壤流失量预测,该模型参数少且易获取并具有物理意义,现场操作性和实用性强。研究成果为生产建设项目水土保持工作及水行政主管部门的监督执法提供技术指导及科学依据,具有较大的科学意义与指导生产实践价值。     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响,依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料,将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明,引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于11时,相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下,与现有的作物水模型比较,模拟精度有所提高,但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。