大型灌区农业高效用水的对策

为探讨在水资源短缺和干旱条件下，大型灌区如何实现农业高效用水，提出了优化配置和联合运用灌区内的各种水资源，调整灌区的作物种植结构，采用节水灌溉制度，因地制宜选用节水灌溉技术，节水灌溉与农业综合技术相结合，改革灌区的用水管理等对策措施。     

泾惠渠灌区节水改造对地下水空间分布影响

为了客观评价泾惠渠灌区节水改造环境效应及制定适宜的农业节水方案,寻求灌区地下水合理开发利用模式,综合应用GMS和ArcGIS软件建立了灌区地下水分布式模型,结合灌区渠系衬砌、田间节水及农业种植结构的实际情况设置8种真实情景和假定情景分析了灌区节水改造对地下水空间分布的影响.结果表明:灌区田间节水工程可减少18.5%～33.4%的井灌水量,对缓解地下水位下降效果尤为明显;灌区渠系节水工程使渠系水利用系数增加16.9%,减少地下水开采的作用次之;灌区泾阳、杨府、楼底、张卜等地区农业种植结构与水土资源空间布局匹配不合理抵消了节水改造对地下水位下降的部分抑制作用,地下水降落漏斗呈扩大趋势.建议进行地下水人工调蓄、完善地下水取水许可制度、加大田间节水力度、合理调整农业种植结构,实现灌区水资源高效持续利用及节水农业可持续发展.     

基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型

为提高地区农业综合效益的同时节约灌溉用水量,促进地区水资源高效利用,以人民胜利渠灌区为例,在分析计算农作物虚拟水量的基础上,建立了基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型。结果表明,灌区虚拟水量相对较大的作物为棉花、油菜和水稻,虚拟水量较小的作物为花生、小麦和玉米。通过模型的优化调整,最终优化方案与现有方案相比,水稻和油菜的种植面积均有所减少,而花生的种植面积有所增加。优化后灌区粮食总产量可达6.4亿kg,灌区的粮食安全得以保障。经济效益值增加了1.8亿元,占现状年效益的15.4%;生态效益值增加了1.2亿元,占现状年效益的3.1%;节约灌溉水6 370.7万m3,占现状年用水量的15.6%;节约虚拟水1 659.5万m3,占现状年虚拟水量的2.0%。可见,考虑虚拟水贸易来指导种植结构的调整,在提高灌区综合效益的同时,还促进了灌区水资源的高效利用,缓解了水资源压力,为灌区种植结构调整提供了一种新途径。     

基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

分式两阶段随机优化模型在作物种植结构优化中的应用

以甘肃省武威市民勤县为例,构建了以单方水效益期望值最大为目标的分式两阶段随机规划模型对地区5种主要作物进行种植结构优化,该模型可以在满足粮食安全基础上得到不同水文年不同可用水量下的作物种植结构。比较优化结果与现状水平年种植结构下的指标,现状种植面积比优化结果种植面积多出50.68%,耗水量多出36.91%,但现状水平年的种植收益比优化结果少了0.33亿元,单方水效益低1.33元/m~3。优化结果充分满足了作物的灌溉需求,极大提高了农业生产的用水效率,为民勤县以及类似灌区作物种植结构优化提供了理论依据与决策支持。     

基于NSGA-Ⅱ的灌区水资源优化配置模型及应用

【目的】解决灌区水资源短缺、农业用水效率不高的问题,为灌区水资源管理提供科学依据。【方法】基于大系统分解协调原理构建了包含灌区作物种植结构和作物灌溉制度的层次优化模型,并剖析第1层模型中灌水时间对灌溉制度优化的影响,以及第2层模型中生态效益对作物种植结构优化的影响。以宝鸡峡五泉灌区为研究对象,构建了2层协调优化模型,并利用非支配排序遗传算法,实现了灌区水资源的优化配置。【结果】(1)以灌水量和灌水时间为优化对象的优化设计方案,可以提高灌区整体经济效益。第2层模型不考虑生态效益时,灌水量与灌水时间同时优化时的经济效益较只优化灌水量时增加1.87%,而第2层模型考虑生态效益时,对应的增长率为1.32%。(2)在作物种植结构的优化模型层引入生态效益优化目标,虽然经济效益有所降低,但优化后的经济效益依然显著高于现状种植结构下的经济效益,方案1、方案2、方案3和方案4与现状情况下的经济效益相比,增长率分别为15.72%、15.27%、15.99%和15.07%。(3)考虑生态效益后,优化后的生态耦合度值与现状相比也有所提升,提高23.5%。【结论】采用第1层模型优化灌溉水量和灌水时间,且第2层模型考虑经济效益和生态效益的方案,可实现水资源最优配置。     

加快青铜峡灌区节水改造,推进节水型灌区建设

农业节水是青铜峡灌区节水的关键，实施灌区配套和节水改造工程、调整农业种植结构、加强灌区用水管理、建立灌区节水长效机制，是推进节水型灌区建设的根本途径。     

宁夏中部干旱带节水的现状与对策

宁夏中部干旱带位于宁夏中部,面积占全区的近1/2,人口占全区的1/4,是自治区三大分区之一.区域最大的优势是土地、煤炭资源丰富,是自治区未来的工业化布局的重点地区.区域最大的问题是缺水,是自治区全面建设小康社会的难点与关键地区.主要有:①水资源严重短缺,供需矛盾十分突出.②农村人畜饮水缺水严重.③中部干旱带粮食缺水和水生态环境修复缺水.④近年来随着灌区农业的可持续发展,迫切需要提高干旱带扬黄灌区的用水效率和效益.是破解中部干旱带的一道难题,结合干旱带高效节水设施农业推行的硒砂瓜种植,大力发展节水补灌农业,是解决中部干旱带节水和促进农民增收的有力措施,为中部干旱带构建起了节水的长效机制,加快推进了中部干旱带的发展.     

“三条红线”约束下的种植结构多目标优化模型研究

【目的】通过调整种植结构,达到水资源利用与配置更加合理化,以有限的水资源促进当地农业可持续发展。【方法】根据玛纳斯县农业结构种植特点,建立了基于遗传算法的多目标作物种植结构优化模型,并结合"三条红线"相关指标,运用MATLAB软件进行求解,提出了2020、2030年玛纳斯县主要农作物种植结构优化方案。【结果】现状年小麦种植面积可以维持现状,适当增加玉米、葵花和甜菜的种植面积,减少棉花种植面积,优化后灌溉节水量为137.01万m3,2020、2030年优先增加玉米和葵花的种植面积,当种植面积一定时,随着灌溉水利用系数的提高,可以增加棉花的种植面积。【结论】通过种植结构的调整,可以在兼顾经济、社会和节水效益的基础上缓解农业用水供需矛盾。     

粒子群算法的改进及在农业水资源配置的应用

为了合理分配大荔县农业水资源,提高大荔县的农户总收益,建立农业水资源优化配置模型,得到大荔县主要农作物的合理种植面积以及灌水量优化配置方案,解决将大荔县灌区有限农业水资源在不同作物中合理分配的问题,实现总收益最大化的目标.模型求解中使用粒子群算法,对算法同时进行线性递减惯性权值及限速粒子群的2种改进,解决了粒子逃离函数定义域导致程序中断的问题.结果表明:经过优化后大荔县丰水年(降雨频率P=25%)总收益为29.78亿元,平水年(P=50%)总收益为29.75亿元,枯水年(P=75%)总收益为29.50亿元,与优化前的总收益28.98亿元相比均有所增长,水资源更多分配给经济作物棉花,农作物种植面积和水量均实现最优分配.对改进前后的粒子群算法求解进行比较,改进后粒子群算法寻优能力强,结果可靠合理,为区域水资源优化配置提供了新的解决思路.     

基于双层分式规划的种植结构多目标模型研究

构建了基于双层分式规划的种植结构多目标优化模型,并通过交互式模糊规划方法进行求解。该模型可以定量得到研究区域在最小灌溉水量情况下的最大种植收益,避免多目标模型求解过程中的主观性;可以兼顾并综合上层管理者和下层管理者的种植方案决策。将构建的模型及相应求解方法应用于黑河中游甘州区、临泽县、高台县的种植结构优化中,并将优化结果与实际结果进行对比,结果发现:优化的种植结构整体效益增加3.2×108元,整体用水量减少1.3×109m3,单方水种植效益比实际增加了1.94元/m3,得到的结果验证了模型及求解方法的可行性。构建的模型与得到的优化结果可为黑河中游及类似地区作物种植结构优化提供理论依据与决策支持。     

黑龙江省典型县耕地种植结构空间分异特征与影响因素

为阐明微观地理尺度下耕地种植结构空间分异及其影响因素，以黑龙江省典型产粮大县为研究区，以1km2地理网格为研究单元，运用分区统计法、空间自相关分析法及地理探测器法分析水稻、玉米和大豆3种主要作物种植结构的空间分异特征，揭示区域耕地种植结构空间分异的影响机理。结果表明：研究区耕地种植结构以单一大豆型、单一玉米型和玉米-大豆型为主要类型，以单一水稻型和大豆-玉米-水稻型为次要类型；不同作物种植结构的空间集聚性特征存在一定差异，水稻以HH型为主，玉米和大豆以HH型和LL型为主；地形条件是水稻种植结构空间分异的主导因素，玉米和大豆种植结构空间分异主要受气候条件和土壤条件影响，自然条件是耕地种植结构空间分异的关键性影响要素；研究区耕地种植结构空间分异是多因子交互作用的结果，双因子交互作用的影响均比单一因子影响程度大，市场区位和交通区位与其他因子的交互作用对玉米种植结构空间分异的影响最大，灌溉潜力与其他因子交互作用对水稻种植结构空间分异的影响最大，但因子交互作用对大豆种植结构空间分异影响程度的提升不明显。本研究有利于理解不同粮食作物种植结构空间分异的形成机理，可为耕地种植结构优化调整提供科学依据。     

基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置

针对西北干旱区灌区生态环境脆弱、水资源短缺、复杂不确定性等问题,以石羊河流域红崖山灌区为例,耦合2型模糊集、模糊可信度约束规划和多目标规划等理论方法,构建了基于2型模糊集的多目标农业-生态水土资源优化配置模型。模型以灌溉水损失最小、生态植被灌溉水满意度最大、生态植被灌溉水费用最小和主要粮食作物经济效益最大为目标,对红崖山灌区10个决策单元的地表水、地下水和粮食作物种植面积进行优化配置。求解模型得到不同可信度水平和不确定性程度下的水土资源优化配置方案。结果表明：耦合2型模糊集的模型能够提供丰富的配置方案,水量对可信度水平的敏感性高于不确定性程度,作物种植结构对可信度水平不敏感。以不确定性程度参数为0.5、可信度水平为0.7时为例,生态植被均通过地表水灌溉,作物通过地表水、地下水联合灌溉,玉米的产量和经济效益均大于小麦。相比前人研究,本研究考虑生态植被灌溉需求,优化结果更加真实合理。本研究可为决策者提供较为符合灌区实际的配置方案,为西北干旱区灌区现代化建设提供科学指导。     

基于山东省农业用水合理利用的多目标农作物种植结构调整

山东省是水资源极度匮乏的农业大省，农业用水依然是用水大项。为节约农业用水，在保证粮食安全的前提下，结合山东省农业供给侧改革内容，从种植效益和节水效益角度出发，运用多目标优化模型对农作物种植结构进行调整研究。结果表明:调整后山东省农作物种植结构由原粮、经2类变为粮、经、饲3类，种植比例也由3∶1转变为10∶5∶1，调整后7类作物（小麦、玉米、水稻、棉花、花生、大豆及蔬菜）种植净利润增加59.49亿元，节约农业用水量490.66万m3。种植结构优化调整达到了农业节水目的，同时增加了农业产值，且饲草种植比例的增加也符合农业供给侧改革调整方向。      

偏心—椭圆齿轮行星轮系栽植装置动力学优化与试验

为获得偏心-椭圆齿轮行星轮系栽植装置最优的机构参数,在建立其动力学分析模型的基础上,以一个作业循环中支座垂直方向所受作用力的峰值力和波动最小为目标建立其动力学优化模型。为验证所建立的动力学分析模型的可靠性,以该装置满足理想栽植要求的非劣解集为约束条件,运用所建立的动力学优化模型优化得到该装置最优的机构参数,进而基于最优机构参数搭建试验台进行动力学特性测试,测得了该栽植装置在工作转速为40 r/min时一个工作循环中支座垂直方向受力与行星架转角的关系,通过试验结果和理论结果的对比分析,表明其动力学分析模型是可靠的,可为其动力学优化提供可靠数学模型。     

滦河下游灌区生态作物优化布局与地下水调控

选择我国沿海灌区-滦河下游灌区,构建地下水模拟模型(GBM)和水资源优化配置模型(OPM),通过模型验证、模型耦合与优化控制计算,得出地下水的储蓄动态变量,合理调控地下水,得出土地优化利用和生态作物优化布局方案。结果显示,从2016年到2030年,地下水净储量恢复10万m³/a,地下水储量恢复79.2%。预测到2030年基本恢复地下水下降漏斗。滦河下游灌区生态作物优化布局结果显示,到2030年可获得作物种植效益33.326 1亿元。与传统种植模式对比,生态作物种植总收益提高一倍以上。生态环境与社会经济效益十分显著。研究方法与成果可供制定农业水管理战略参考。     

基于水足迹的河套灌区多目标种植结构优化调整与评价

针对黄河水量逐年减少和农业面源污染日趋严重等因素导致内蒙古河套灌区农业用水短缺、生态环境不断恶化的问题,本文将水足迹概念（蓝水足迹、绿水足迹、灰水足迹）引入多目标优化模型和多目标决策评价模型,对灌区有限的水资源进行合理配置。以河套灌区为例,本文选取小麦、玉米、葵花、瓜类、番茄5种典型作物,从经济、社会、资源以及生态4个角度对作物的种植结构进行优化,并耦合模糊层次分析和TOPSIS法对多种优化方案（多目标优化方案、单目标优化方案、现状情景方案）进行评估优选。结果表明,在保障粮食作物产量的基本需求下,减少粮食作物小麦、玉米的种植面积,增加经济作物葵花、番茄和瓜类的种植面积,可以达到增加经济收入、保证社会公平性、提高水资源利用效率及减少粮食生产过程中给环境带来负面效应的目的。并且,评价结果表明多目标优化方案兼顾经济、社会、资源和生态多方面,优化结果优于单目标优化结果和现状情景。研究可为河套灌区及类似地区作物种植结构调整提供相应的理论依据和决策支持,助力灌区可持续发展。     

武威市石羊河流域种植结构调整与节水思路

石羊河流域武威市属区水资源紧缺,严重制约了区域的社会经济发展.从水资源实际和供水情况看,现状农业种植结构存在总种植面积大、水资源严重超栽、夏秋作物种植比例不合理、种植结构单一等问题.种植结构调整要围绕水资源的合理配置和高效利用,以水定灌溉规模,以结构调整促发展的思路.节水与结构调整相结合,变革耕作制度,提高水资源的利用效率,运用水价杠杆,激励结构调整,依法治水,合理高效利用水资源.     

旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。