基于最优加权组合模型的枯季径流预测研究

【目的】研究最优的枯季径流预测模型,为流域水资源管理提供依据。【方法】建立基于差分自回归移动平均(ARIMA)、人工神经网络(ANN)和多元线性回归(MLR)3个单项模型的简单平均组合和最优加权组合预测模型,并将单项预报模型和组合模型应用到石羊河流域支流西营河的枯季径流预测中,采用相关系数、确定性系数以及均方根误差对各模型预测精度进行比较。【结果】单项预测模型中,仅ARIMA模型通过了确定性系数检验;最优加权组合模型的预测精度较简单平均组合模型高;组合预测模型中,仅ARIMA-MLR和ARIMA-ANN最优加权组合模型的确定性系数高于所有单项预测模型。【结论】最优加权组合模型的精度不但取决于各单项预测模型的精度,也与其之间的相关性有关,适合西营河枯季径流预测的最优加权组合模型是ARIMA-MRL和ARIMA-ANN组合模型。     

渠井双灌区水资源统一调控的管理机制研究

分析制约泾惠渠灌区渠井协调发展的主要原因,开展水资源统一调控管理机制研究。在了解泾惠渠渠井双灌区发展历程的基础上,指出水资源管理主体不一致、地下水无计量设施和水价不统一是制约渠井协调发展的主要原因。通过完善水资源管理体制、建立水量计量与监控机制、实施总量控制与定额管理相结合的用水管理制度、建立"异水同价、阶梯水价"的水价形成机制、建立水资源联合调控智能管理决策系统、建立舆论监督制度等一系列措施,对泾惠渠灌区水资源统一调控管理机制进行了初步研究探讨。     

基于作物种植结构优化的农业节水潜力分析——以武威市凉州区为例

以武威市凉州区为例,以传统节水潜力计算方法为基础,在保证粮食安全、工业原料需求、畜牧饲草等要求的前提下,增加了农业种植结构优化因素,提出了基于种植结构优化的农业节水潜力概念和计算方法。其计算过程包括降低灌溉定额、提高灌溉水利用系数、优化种植结构三个部分。运用该方法计算出2005年武威市凉州区基于种植结构优化的农业节水潜力为2.63亿m3,比传统的农业节水潜力提高13.3%,农业总产值增加6.04亿元,净收益增加4.32亿元。     

关中地区气候变化对主要作物需水量影响的研究

用关中地区30个气象站41年气象资料,探讨了关中地区主要作物冬小麦和夏玉米需水量与相应生育期内气候因子的变化趋势,分析了气候变化对作物需水量的影响。结果表明:关中地区冬小麦需水量无一致变化趋势,净灌溉需水量(NIWR)呈增加趋势;夏玉米需水量呈不显著减少趋势,净灌溉需水量无一致变化趋势。气象因子影响顺序为,冬小麦:相对湿度>最高气温>日照时数>降水量>平均气温>风速,夏玉米:日照时数>相对湿度>最高气温>平均气温>降水量>风速。日照时数和风速引起冬小麦需水量的降低趋势在很大程度上抵消了相对湿度和最高气温引起的冬小麦需水量的升高趋势,而冬小麦生育期降水的减少是造成冬小麦净灌溉需水量增加的主要原因;风速和日照时数的降低趋势是导致夏玉米需水量减少的主要原因。关中地区秋冬春季向暖干发展,夏季除风速显著降低外,其它气象因子变化不大。     

基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因

研究黑河中游地下水埋深变化规律及其成因,可为该流域地下水合理开发利用提供参考。根据黑河中游33个观测井1985—2010年的地下水埋深资料,利用地统计学方法分析了地下水埋深变化规律;采用随机森林法研究了埋深变化的成因。结果表明:黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势;影响黑河中游地下水埋深变化的主要因素是渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力。     

黑河流域干旱指数的变化趋势及其多时间尺度特征

【目的】研究黑河流域干旱指数的变化特征,为气候变化影响下该流域水资源的有效管理及农业发展提供依据。【方法】用参考作物蒸散量(ET0)与降水量(P)的比值表示干旱指数(AI),根据黑河流域内12个气象站及流域外3个气象站近50多年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,利用Mann-Kendall趋势检验法和ArcGIS插值研究P、ET0及AI的变化趋势和空间分布,基于Morlet小波函数分析AI序列的多时间尺度特征。【结果】近50多年来,黑河流域P、ET0和AI均呈现出明显的南北差异;流域内12个气象站中,大部分站点的P、ET0呈上升趋势,且上游野牛沟站、托勒站上升趋势显著;AI呈下降趋势,仅野牛沟站下降趋势显著,流域趋于湿润,上、中、下游季AI最大值分别出现在秋冬季、春冬季、冬春季;流域AI的多时间尺度变化主要存在19~23年、14~15年的中长振荡周期和7~10年、4~5年的短振荡周期,中长周期与太阳黑子活动的周期基本一致,短周期与大气环流和厄尔尼诺事件的周期基本一致。【结论】黑河流域多年来逐渐趋于湿润,其干湿变化存在明显的短周期和中长周期。     

综合干旱指数的构建及其在 泾惠渠灌区的应用

基于标准化降水蒸散发指数(SPEI)、归一化植被指数(NDVI)、标准化土壤含水量指数(SSI)和标准化地下水指数(SGI)4个反映地区农业干旱的指数，利用CRITIC客观赋权法构建了综合干旱指数(CDI)，以泾惠渠灌区为研究区，计算综合干旱指数，并与改进的帕默尔干旱指数（sc-PDSI）进行相关性分析评价其适用性，采用Mann-Kendall检验法分析了泾惠渠灌区2002-2013年农业干旱的发展趋势。结果表明：构建的综合干旱指数(CDI)与自适应帕默尔干旱指数(sc-PDSI)具有强相关性，皮尔逊相关系数为0.73，CDI与sc-PDSI在对旱情监测结果上相关性显著，两者在时间演进上趋势整体相同，说明综合干旱指数(CDI)可以较为准确地反映研究区的干旱情况，在研究区适用性较强。利用综合干旱指数(CDI)对泾惠渠灌区的干旱特性进行了分析，月际间分析发现泾惠渠灌区在4、6月和11月较容易发生干旱，而2月和8月灌区较为湿润，季节间分析发现灌区在2003年发生了严重的春旱，2002年发生了严重的夏旱和秋旱，2009年发生了严重的冬旱。年际间分析发现泾惠渠灌区的CDI值在2002—2013年间大约以0.032·a^-1的速度波动上升，说明研究区干旱有缓解趋势。利用Mann-Kendall突变检验法分析出泾惠渠灌区的旱情在2011年7月发生了显著突变，CDI趋势由降低转为增加，表明研究区在此时间点后呈湿润化趋势。     

基于水资源高效利用的农业种植结构及灌溉制度优化——以民勤灌区为例

在非充分灌溉条件下,为解决灌区内作物之间和单作物生育期内不同生育阶段的灌水配置问题,依据大系统递阶分析原理,建立了一个能同时优化作物灌溉制度、种植结构和灌溉定额的双层模型。模型第一层以作物相对产量最大为目标,采用动态规划,优化了作物灌溉制度;第二层以灌区内农业净效益最大为目标,采用非线性优化,优化了作物种植结构和灌溉定额。该模型应用范围较广,既能为政府部门提供宏观决策,又能为农民提供具体的灌水办法。以民勤灌区为例,优化结果表明,在75%保证率下比现状节水1.29亿m³,农业生产总值和净效益分别增加5.99,4.25亿元。     

灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率分析

为研究灌渠闭闸期闸前段流场特征及泥沙淤积速率,基于南亚某河流待建引水明渠建立水流数学模型,并借助Flow-3D软件对高水位、中水位和低水位3种特征工况下,闭闸期闸前段流场进行模拟分析。依据盲肠水流泥沙运动的研究思路,提出闭闸期闸前明渠段泥沙淤积速率的估算方法,并结合同期明渠段悬移质泥沙模型试验资料,率定得出闸前段泥沙淤积速率求解公式。结果表明,闭闸期闸前段出现围绕竖轴近似呈椭圆型的回流现象,平面流速呈交替增减、水位呈中心低周界高的水力特征;泥沙淤积速率较大,灌渠将呈现累积性淤积特征。最终得出,闭闸期闸前明渠段与港池内盲肠水流运动相类似,闸前渠段淤积严重,引水明渠的口门初步设计方案有待充分论证的结论。     

基于人均GDP差异的生活用水量模拟及增长潜力分析

【目的】分析城市居民人均生活用水量的增长潜力,为保障城市用水安全提供决策依据。【方法】以2009-2011年858个中国城市用水及相关数据为研究对象,应用线性回归模型、幂函数模型、对数函数模型和ANNBP模型,基于人均GDP的差异分别建立人均生活用水量模型,进行人均生活用水量的增长潜力分析。【结果】在不同的人均GDP水平下,模型对于高收入的数据样本最为敏感;线性回归模型、幂函数模型和ANN-BP模型的模拟效果较为接近,对数函数模型的误差最大。人均生活用水量增长潜力最大的是年人均GDP低于3万元的城市,增长潜力最小的为年人均GDP3~≤10万元的城市。【结论】基于人均GDP差异可以进行生活用水量的模拟与预测,人均GDP小于3万元的城市将成为人均生活用水量增加的主要来源。