基于层次分析-蚁群算法的内蒙古大型灌区节水改造综合评价

内蒙古大型灌区节水改造工程建设已开展15a,各灌区改造效果差异较大,全面系统的评价灌区节水改造效果可为灌区管理及进一步节水改造实施提供科学依据。该文针对内蒙古14个不同类型大型灌区(引黄、水库取水、河流取水、扬水灌区及井灌区)复杂条件,利用层次分析法的层次框架思维模式与蚁群算法的自适应性及人为干扰少等特点,在种植种类、灌溉方式、运行管理不同,经济效益迥异的环境中,构建了层次分析-蚁群算法。选择灌区的作物种植、节水效益、运行管理及经济效益等4个要素的14项评价指标,采用层次分析法获得权重值,再利用蚁群算法确定各灌区的优属度,对其中10个典型灌区的节水改造效益进行综合评价与分析,旨在研究各灌区节水改造效果。获得10个灌区优属度(值)的排名为:山湾子灌区(0.91)、镫口灌区(0.95)、河套灌区(0.97)、黄河南岸灌区(0.98)、甸子灌区(1.005)、察尔森灌区(1.01)、英金河灌区(1.115)、西辽河灌区(1.14)、麻地壕灌区(1.165)、莫力庙灌区(1.185)。结果表明山湾子灌区和镫口灌区的节水改造效果最好,莫立庙灌区节水改造效果最差。该评价结果符合灌区实际情况,表明该基于层次分析-蚁群算法的评价结果具有一定的可信度。因此,层次分析-蚁群算法可用于大型灌区节水改造工程综合评价。其评价结果可为管理机构进行灌区改造综合评价提供一条新的思路与方法,并为相近大型灌区节水改造综合效益评价提供参考。     

基于熵权的改进的TOPSIS模型在灌区运行状况综合评价中的应用

为了评价灌区节水改造后的运行状况和分析近年来节水改造的综合效益,提出了一种灌区运行状况评价的改进TOPSIS模型评价方法,选择影响灌区运行状况的主要因素作为评价分析的特征指标,引入信息熵来计算各评价指标的权重,利用求得的贴近度综合评价灌区的运行状况。通过某灌区实例分析可知该灌区在10 a里的节水改造中,2006年的评价样本最优解的相对贴近度最大,灌区运行状况最优。该方法克服传统的TOPSIS法在确定评价指标的权重因子时采用专家意见打分或单一样本材料造成主观因素的影响,计算过程简单科学,结果合理,可为灌区节水改造后的运行评价提供科学依据和良好思路。     

大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证

灌区是中国农业节水的主战场,对灌区节水水平进行评价可为灌区现代化改造提供借鉴与指导,合理适用的评价指标体系是进行灌区节水水平评价的核心内容。针对当前灌区评价指标选取存在的冗余、不完备的问题,为构建满足简洁性与完备性的反映灌区节水水平的评价指标体系,该研究从工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护及用水效益5个方面初步建立了大型灌区节水水平评价指标体系,利用筛选模型从70个指标中优选出了23个灌区节水评价指标,表达了86.42%的信息,使最终的指标体系兼具简洁性与完备性,并对河南省沿黄渠村灌区、彭楼灌区、广利灌区、大功灌区4处大型灌区进行了节水水平实证研究。结果表明,4处灌区相应的节水评价指数分别为0.666、0.730、0.657、0.616,其中彭楼灌区由于具有较高的骨干渠系配套程度和明显的工程节水优势使其整体节水水平较高,渠村灌区和广利灌区的节水水平次之,大功灌区的节水水平相对较低;受益于大型灌区续建配套与节水改造项目4处灌区在工程节水方面表现相对较好,评价结果与实际情况相符,表明该研究构建的节水水平评价指标体系科学合理;为进一步提升灌区的节水水平,4处灌区需加强用水管理水平、增加用水效益以及注重水资源保护建设。研究成果为科学评估大型灌区节水建设提供了一种有效的方法,并对推进农业节水化进程具有积极的指导作用。     

综合集成赋权法在灌区节水改造效益评价中的应用

为了合理确定大型灌区节水改造后评估指标权重,从而对节水改造效益进行科学评价,应用基于单位化约束条件的综合集成赋权法进行指标权重确定计算,并将该方法应用于陕西省关中大型灌区节水改造项目效益评价中。应用结果表明,与单纯的主观赋权法和客观赋权法以及目前其他已有的综合集成赋权法相比,基于单位化约束条件的综合集成赋权法能够兼顾主客观影响因素,且原理科学、计算过程简便,有较好的实际应用价值。     

两种综合赋权法应用于灌区节水改造效益评价的比较研究

在灌区节水改造项目综合后评估中,指标权重的确定对于评价结果的客观合理性起着至关重要的作用.为了科学合理地确定指标权重,选用两种不同原理的综合赋权法对灌区节水改造资源性效益评价指标权重进行了确定,并分别应用得出的权重值计算了灌区节水改造资源性效益综合评价值.结果表明,两种综合赋权方法得出的指标权重向量大小排序结果一致,应用于灌区评价时所得4个灌区节水改造资源性效益两种综合评价值大小不一样,但排序结果一致.最后,对该结果出现的原因及两种综合赋权法的适用条件进行了分析.     

基于循环修正的灌溉用水效率综合评价方法

灌溉用水效率是最严格水资源管理制度建设中用水效率控制红线的重要组成部分,也是衡量灌区节水改造进展与效果的重要指标。针对灌溉用水效率评价中存在的单一方法评价结果不一致的难点问题,该文以12个灌区用水水平与用水效率实地调查分析为基础,首先采用突变理论评价方法、熵值法和层次分析法进行灌溉用水效率评价,再以Spearman等级相关系数作为检验标准,利用平均值法、Board法、Copeland法、模糊Borda法4种组合评价方法对单一评价结果进行组合,反复迭代,得到各灌区农业用水效率综合评价排序。最后,根据影响灌区排序的主要指标将灌区分为3类,指出了影响各灌区灌溉用水效率的主要因素及其改进措施,对灌区节水改造与农业用水效率管理具有参考意义。     

基于多源数据的宁夏贺兰县现代化生态灌区健康评价

现代化生态灌区是灌区发展方向,因此,灌区健康水平评价具有重要意义。该研究根据现代化生态灌区的概念、内涵要求,应用知识图谱可视化工具VOSviewer对国内外灌区综合评价研究的指标体系进行系统梳理,筛选共现频率高的关键指标,在结合实际、广泛调研的基础上,构建了包括生态环境、输配水现代化、田间工程现代化、生产及管理现代化、生产效益5类一级指标,共计18个二级指标的宁夏贺兰县现代化生态灌区综合评价指标体系,并以乡镇为尺度划分评价单元,结合遥感数据、调研统计、田间试验数据实现指标定量化,利用层次-模糊综合评价方法,对宁夏贺兰县现代化生态灌区健康水平进行综合评价。结果表明：1）对于权重较大的二级指标信息化管理水平（权重为0.100）、主要排水沟水质（权重为0.091）、灌溉保证能力（权重为0.090）,各评价单元健康水平较好且单元之间差异性小;2）各评价单元综合评价结果显示南梁台子及京星农牧场健康水平等级值最高（0.81）,最低为洪广镇（0.69）,所有评价单元均处于二至三级健康水平之间;3）贺兰县灌区整体处于一级健康水平的测度值（0.325）最大,表明灌区整体处于一级健康水平,但一至四级健康水平的测度值差别较小,存在健康水平恶化的风险较大,可从发展节水灌溉措施,提高规模化生产程度,完善管理制度,增大水域面积等方面优化灌区结构。该研究可为宁夏乃至西北现代化生态灌区建设提供参考。     

基于ANN技术的大型灌区节水改造后农田水环境预测

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化及可能引起的环境负效应,该文以中国黄河河套灌区为案例,通过区域水盐动态的监测和多年水文、地下水资料的分析,以三个不同尺度下的试验区为研究对象,用人工神经网络技术中的BP、RBF模型对农田地下水文和土壤水盐变化进行了系统预测,求得中国内蒙古河套灌区在未来不同节水水平下灌区地下水文、土壤水盐的变化趋势,并与传统的有限元数值法和水均衡法的结果进行了对比,得出的预测结果具有一定的合理性和一致性。说明人工神经网络技术在进行复杂系统的模拟预测中显示突出的优势,可获得较好预测效果,适合未来因子变化的区域趋势估计,提出了在气候干旱、土壤盐渍化灌区的科学引水量应存在一个适度的环境安全阀值,可以为大型灌区节水改造提供宏观管理决策依据。     

关中灌区改造工程综合效益分析

从陕西省关中9大灌区的实际出发,结合关中灌区改造工程世行贷款项目的实施情况,采用模糊综合评价的方法,建立了由社会性指标、资源性指标、经济性指标、技术性指标和生态环境性指标等5大体系8项指标组成的综合评价指标体系,构建了综合评价模型,将综合评价结果分为效益差、效益一般、效益良好、效益优良4个等级,通过模糊分析计算得到综合评价分值。研究表明,陕西省关中灌区改造后效益综合指标提升了一个级别,即从合格级别上升为良好级别。     

基于SPA-VFS耦合模型的河套灌区灌溉用水效率分级

针对大型灌区用水效率分级评价问题,该研究构建河套灌区用水效率综合评价指标体系和指标分级标准,采用改进熵值法对评价指标赋权,将集对分析法(Set Pair Analysis theory,SPA)和可变模糊理论(Variable Fuzzy Set theory,SFS)结合,应用SPA-VFS耦合模型,进行河套灌区用水效率分级评价。结果表明:SPA-VFS耦合模型得到河套灌区用水效率等级为Ⅲ级,与VFS模型和SPA模型的评价结果一致,说明SPA-VFS耦合模型用于河套灌区用水效率分级评价合理可行;SPA-VFS耦合模型和VFS模型所得级别特征值的稳定范围分别为3.12～3.17和3.00～3.33,SPA-VFS耦合模型稳定范围明显小于VFS模型,评价结果更可信,更适宜河套灌区用水效率等级评价。指标评价结果可为河套灌区现代化改造建设提供决策依据,同时为类似灌区的改造建设提供参考。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

基于ZigBee的精准农业模式研究

针对传统农业的局限性,探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式,阐述了ZigBee技术在精准农业中的应用,对系统的硬件进行了设计,并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本,提高农作物产量。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

土壤对养分离子吸附特性初步研究

针对土壤本身对养分离子具有吸附固定特性降低了养分的有效性,运用土壤养分状况系统研究法通过吸附试验研究新疆两种土壤对养分离子的吸附固定能力。研究结果表明:棕漠土对P、Zn、Cu的吸附固定能力比潮土强,两种土壤对K、B和Mn吸附固定差异不显著,棕漠土的养分限制因子是N>P>Mn>B,潮土的养分限制因子是N>Mn>P>K,因此施肥时考虑到土壤对养分离子的吸附固定能力确定合理的施肥量。     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

黄土高原坡耕地小麦根系分布特征研究

小麦是黄土高原陕西区坡耕地上的主要农作物,为了研究小麦根系整个生长期内在坡耕地上随土层和坡度的分布规律,以陕西杨凌农耕地种植的小麦根系为研究对象,在小麦5个生长期,采用挖土块法调查研究了5个坡度的坡耕地上0—20 cm层内冬小麦根系的分布特征。结果表明:（1）小麦根系各生长期的根重密度、根长密度、根径与坡耕地土层深度和坡度变化都有一定的关系。（2）小麦的根重密度在0—5 cm层最大,随土层深度减小。根重密度随生长期逐渐增大,成熟期达到最大值。当坡度为10°时,生物量最大。（3）根长密度在0—5 cm的最大,随土层深度增加而减小;拔节期达到最大值,随后逐渐减小。根长密度随坡度增加而增加,当坡度为15°时达到最大值。（4）小麦平均根径随土层深度增加而逐渐减少,拔节期达到最大值,随生长期逐渐减小。当坡度为10°时,根系平均直径达到最大值。（5）SPSS处理结果显示根重密度、根长密度、根径与土层深度有线性相关的关系。各根系指标与坡度和生长期也有线性回归关系。     

稀土铽对辣根的生态毒性

研究了稀土铽(Tb)对辣根生理毒性的影响。结果表明,Tb在低浓度范围内,可以诱导叶绿素的合成,高浓度时对其产生破坏作用;对于辣根过氧化物酶,酶活性先升后降;质膜透性、丙二醛含量则呈现先减后增的变化趋势。TbCl3浓度为3mg/kg时各指标达到最值;辣根中毒阈限为10mg/kg左右。通过分析,辣根过氧化物酶对Tb反应敏感,这表明过氧化物酶可能成为研究稀土毒理的生物监测手段。     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

不同基因型大豆氮效率的研究

通过对不同基因型大豆新大豆1号和黑农40的试验研究,结果表明,施氮对新大豆1号的增产作用不明显,但对黑农40有较好的增产作用;花期黑农40和新大豆1号上、中、下层叶片氮含量都随着施氮量的增加而增加,黑农40叶片氮含量与施氮量的相关系数都达到极显著相关,但新大豆1号没有达到显著水平;施氮对新大豆1号的生物固氮抑制程度高于黑农40,使新大豆1号生物固氮降低36. 3% ~85. 2%。     

陆面过程中的水文模式研究

陆面水文过程模拟是解决全球环境恶化与气候异常的最好方法，是当前学术界关注的热点。对陆面过程的涵义、模式的发展、陆面过程中水文参数的描述进行了总结，提出了在陆面水文过程研究中存在的尺度匹配误差、数据共享矛盾、参数不确定性等不足及今后的研究方向。