水压采区农业种植结构多目标优化研究——以衡水市为例

针对节水压采区水资源紧缺、种植结构不合理、灌溉定额较大等问题，提出了基于作物水分生产函数的多目标种植结构优化模型。以衡水市为例，以种植结构和灌水量为优化变量，以经济效益最大和总灌溉水量最小为优化目标，建立了多目标优化模型，通过改进的NSGA-II算法进行优化计算，得出了不同灌溉水价水平下对应的种植结构和灌水量调整方案。结果表明，小麦种植面积比现状种植面积有所减少，玉米、花生等耗水量小的作物面积有所增加。通过优化，合理提高灌溉水价可促进高耗水作物种植面积的减少，扩大低耗水作物种植面积。     

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。     

基于改进NSGA-Ⅱ的作物灌水量与灌溉日期同步优化

在非充分灌溉条件下,基于农田水量平衡模拟模型和作物产量计算模型,以灌水日期和灌溉水量为决策变量,将作物相对产量最大和作物全生育期的总灌溉水量最小作为优化目标,建立了能够同时对灌水日期和灌溉水量进行优化的多目标优化模型.在模型求解方面,设计了适合于此类优化问题的染色体结构,在精英保留非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的基础...     

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。     

考虑水资源优化配置的作物种植结构的调整——以河北省邢台市为例

研究考虑水资源优化配置的作物种植结构的调整,为邢台市农业旱灾减灾供科学依据。在水资源日益减少的状况下,优化配置作物灌溉用水量,调整作物种植结构是适应干旱的一种手段。采用1991-2013年邢台市的粮棉油作物的灌溉面积、灌溉水量和作物产量数据,以系统理论为指导,引入种植风险系数,构建数学优化模型。模拟了研究区主要作物最优种植面积配置,采用规划求解法求得灌溉用水量和种植面积优化结果。种植效益1995年、2003年、2013年增加了6.15%、15.9%、18.5%,优化结果与近年来作物实际种植面积的变化一致。     

“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。     

小麦间作向日葵耗水量与优化灌溉制度研究

小麦间作向日葵是一种典型的河套灌区种植模式,研究运用WIN ISAREG模型确定了参考作物蒸发蒸腾量,结合立体种植特征,采用综合作物系数法确定小麦间作向日葵全生育期作物耗水量。同时通过实际处理结果对模型参数进行率定与验证,最终对小麦间作向日葵实际灌溉制度进行准确的评价并进行不同方案的优化,得到试验区如配有井灌等条件,优选灌溉方案为土壤含水率下降至适宜含水率70%时实施灌溉,灌水量为补充根系层水量至田间持水量85%所需水量;若灌水水源仅为黄河水,则优选灌溉方案为整个生育期灌5水,灌水量为达到根系层中总有效水量的80%。     

自适应粒子群优化算法（APSO）在膜下滴灌优化灌溉中的应用

在考虑了灌溉水量、作物水分响应模型、降雨量、不同生育阶段缺水对产量敏感指数、作物市场价格、农业灌溉用水价格、膜下滴灌成本价格等因素下,建立了农作物经济效益最优的多约束、非线性灌溉模型。将APSO算法进行灌溉模型优化求解。利用新疆棉花膜下滴灌实验所得数据,得出了作物在不同范围有限灌水量下棉花各生育阶段间灌水量的最优效益分...     

河北省地下水压采政策下水价机制调控冬小麦灌水量研究

河北平原长期抽取地下水进行灌溉导致地下水严重超采,引发了一系列环境问题,利用水价机制压采地下水。【目的】研究冬小麦适宜灌水量的水价方案。【方法】依据2007—2016年中国科学院栾城农业生态实验站冬小麦不同灌水次数和灌水量的长期灌溉试验资料,建立了作物产量对耗水和灌水的响应关系,研究了不同降水年型下最优灌水量和灌溉效益随水价的变化,确定了不同灌溉策略下的水价优化方案。【结果】与目前灌溉制度相比,当冬小麦生育期不灌溉时,平均减产达27%,枯水年产量降低近50%,水价的临界值是2.79元/m3,高于这个水价灌水收益为负,低于这个水价,灌水收益为正。为保证农民净收入不变,应平均每季补贴3 678元/hm2。当小麦季地下水消耗不超过100 mm时,平均水价应定为1.37元/m3,平均产量损失8.2%,应给予农民的补贴为2 556元/hm2。当地下水消耗不超过200 mm时,平均水价应定为0.38元/m3,产量平均损失1.3%,应给予农民的补贴为942元/hm2。【结论】宜采用水价加补贴回补方式鼓励农民采取节水灌溉。     

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。     

改进粒子群算法在农业种植结构优化中的应用

【目的】促进地区农业水资源高效利用,在保证粮食安全的基础上,降低灌溉需水量,推动农业节水、提高产量和效益。【方法】以安阳市为例,以经济、社会、生态和水资源效益最大为综合目标,引入惯性权重衰减和粒子变异策略,建立了基于改进粒子群算法的多目标农业种植结构优化模型。【结果】通过对现状水平年2018年、规划水平年2025年(近期)、2035年(远期)的种植结构调整,在结合现状缺水程度下,压减耗水量大的小麦、玉米等粮食作物种植比例,增加油料、蔬菜及食用菌等经济作物种植比例,经济、社会、生态、水资源目标的综合效益分别提升13.59%、10.90%、9.82%;同时,在满足农作物全生育期需水量的情况下,缺水率分别缩减9.02%、9.56%、9.95%,在一定程度上缓解了农业水资源供需矛盾。【结论】改进粒子群算法使种植结构得到平衡优化,在提高综合效益及产量的同时能够降低灌溉需水量。     

浑沙灌区农业水价综合改革规划

浑沙灌区是沈阳地区的大型灌区,一直发挥着当地粮仓的作用.农业用水水价的改革可以改善农业生产条件,提高农业综合生产能力,同时也是保障国家粮食安全的需要.本文对浑沙灌区农业用水水价存在的问题进行分析,说明引起水价问题的原因,并提出进行农业用水水价改革的必要性和具体的改革方案.针对具体的改革方案,预测水价改革后产生的效果为:可以改善农田周边的整体环境,增加灌溉面积,减少机井提取地下水,提高地下水位,有效地保护地下水资源.     

基于云平台的智能灌溉控制系统研究

水肥作为影响作物生长的两大主要因素,其管理合理与否直接影响到作物的产量与品质。针对目前我国农业水肥管理中普遍存在的管理模式粗放、自动化程度低、水肥浪费严重等问题,借助无线通信技术、自动控制技术及传感器技术等现代技术,开发了一套集田间信息采集、远程自动控制、设备运行状态监测及灌溉过程调控等功能于一体的智能化灌溉控制系统,有效提高了田间管理的自动化程度和精细化水平,同时还可以对系统和各轮灌区的用水用电量进行精准计量,为灌溉水价计取和农业水价综合改革提供数据支撑,符合现代农业的发展需求。      

条带种植模式下微喷带对冬小麦产量和耗水特性的影响

【目的】缓解华北平原淡水资源匮乏与冬小麦高耗水的矛盾,解决当地水资源利用率低的问题。【方法】以济麦22为试验材料,在条带种植微喷带灌溉设置了4个灌水量处理:在小麦拔节期、灌浆初期、灌浆中期(灌浆期5月下旬)3个生育时期设灌水15 mm(W1)、22.5 mm(W2)、30 mm(W3)、37.5 mm(W4),以等行距种植常规地面畦灌在拔节期和灌浆初期各灌60mm为对照(CK),分析了不同灌溉处理的耗水特性、籽粒产量及水分利用特征。【结果】小麦生育期内总耗水量在306.46～399.4 mm,W1、W2、W3、W4处理和CK土壤水占总耗水的比例分别为44.2%、42.97%、41.24%、40.15%和38.41%;随着灌水量的增加,灌溉水占总耗水的比例增加;冬小麦拔节至灌浆初期耗水量最大,占全生育期的45.33%～53.68%,条带种植模式各处理在播种至灌浆初期耗水所占比重较大,CK则在灌浆初期至成熟期较大。微喷带灌溉条件下冬小麦籽粒产量随着灌水量的增加而增加,W4处理产量最高达9 682.66 kg/hm2;W3处理的水分利用率最高,比CK提高了7.54%。【结论】微喷带灌溉灌水量在135～157.5mm,耗水量在367.5～400 mm时,冬小麦能获得最高的产量和水分利用效率。     

赣抚平原灌区农业终端水价测算与分析

为响应农业水价综合改革的要求,以江西省赣抚平原灌区为研究对象,采用完全成本定价法测算了灌区农业终端供水成本,即赣抚平原灌区国有工程水价为850.54元/hm^+2,典型灌区末级渠系水价为849.53元/hm^+2,合计1700.07元/hm^+2;分析了灌区农业用水户对测算水价的经济承受能力和心理承受能力,发现全成本水价在其经济可承受范围之内,但远高于其心理支付意愿。因此,建议灌区农业终端水价实行两部制,国有骨干工程水价按照其成本水价的60%收取,对高附加值的农作物可适当提高,其余40%由政府补贴;末级渠系工程水费全部采取由政府补贴农业生产发展的形式承担。     

干旱区农业水资源供需水预测分析及对策研究

针对西北干旱区农业水资源短缺的问题,以新疆洛浦县为例,从作物种植结构调整和灌溉面积变化、灌溉水利用系数提高及灌溉方式改变等方面进行节水分析,并对预测水平年农业供需水平衡进行了预测计算,预测结果表明：现有的灌排工程不能满足农业可持续发展要求;提高灌溉水利用系数势在必行;采用滴灌技术极大地减少了农业用水量,是解决农业供需水矛盾的有效措施。最后,根据预测结果,提出了解决农业水资源短缺、可持续发展的对策,为其他区域水资源的合理开发利用提供有益的参考。     

基于两阶段优化配置模型的济南泉域补给区灌溉水源置换研究

目前全球地下水能保持持续平衡的地区日趋减少,不合理农业灌溉成为很多地区地下水系统恶化的主要因素之一。济南市历城区地下水用于农业灌溉是当地地下水位下降的重要因素,对于济南泉域、白泉泉域喷涌有直接影响。针对研究区农业用水特点和水生态文明建设水源置换的要求,建立两阶段优化配置模型,将灌溉用水配置分为2个阶段,阶段一,以生态、节水和经济效益为目标,引入单位脉冲响应系数约束地下水利用量,实现区域地下水与地表水的合理配置;阶段二,以作物最大产量为目标,进行作物生育阶段水量配置和种植结构调整。结果表明,采取两阶段优化算法与用水结构调整后,可以有效减少地下水利用量,2011—2014年平均地表水与地下水用水结构由原来的3∶7调整为5.2∶4.8,较好地实现地下水源置换目标,同时地下水位计算值较实际年分别增加0.31、1.12、1.55和3.38 m,对保证泉域持续喷涌具有重要作用。     

Farm-level perspectives regarding irrigation water prices in the Tulkarm district, Palestine

Agriculture consumes about 70% of water available in the Occupied Palestinian Territories. Domestic and industrial users utilize 30% of the water supply. Water resource managers are considering the policy of reallocating a portion of the water supply from agriculture to other uses. It is believed that increasing irrigation water prices could influence water consumption and thus make water available for non-agricultural (more economic) uses. This paper examines the impacts of water pricing on agricultural water consumption and farming profitability and provides some guidelines for policy makers regarding water pricing as a tool to manage scarce water resources. We estimate a regression model describing agricultural water consumption as a function of water prices, irrigated land area, farm income, and irrigation frequency, using data collected in a survey of about 150 farmers in the Tulkarm district. We conclude that irrigation water prices are perceived as high and comprise a large portion of total farming expenses. Therefore, attempts to increase irrigation water prices in the Tulkarm district might jeopardize farming feasibility and might have substantial impacts on agricultural water consumption. Nevertheless, many farmers would continue farming even if the water prices were increased beyond their willingness to pay threshold.     

变化环境下农业需水量演变趋势及驱动力

根据宝鸡峡灌区11个气象站近30 a的气象及近20 a种植面积资料,分析了气候及作物种植结构的变化特征,计算了作物需水量和农业需水量,研究了灌区农业需水量的演变趋势,并利用主成分回归分析法揭示了影响农业需水量变化的驱动因素.结果表明:灌区气温呈显著上升趋势,相对湿度和风速呈显著下降趋势,蒸发量和日照时数略有增多,降水量有所减少.灌区农业种植结构变化较大,粮食作物与经济作物种植面积比例显著降低,由1991年的4.08减小为2010年的1.83;粮食作物与农作物总播种面积比例也呈下降趋势,由1991年的0.46减小为2010年的0.40.灌区小麦、玉米、油菜、棉花等4种主要作物需水量呈递增趋势,其中油菜需水量递增速率最快,约为3.558 mm/a;灌区农业需水量呈递减趋势,其递减速率为3.35×107m3/a.影响农业需水量变化的主要驱动因素为种植面积、降水量和蒸发量.降水量的减少和蒸发量的增多使得作物需水量明显增多,而农作物种植面积的减少,引起农业需水量的显著减少.     

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。