遗传算法优化神经网络的坡面入渗产流模型

引入遗传算法优化BP神经网络权重和阈值的方法建立黄土坡面产流入渗模型.模型以雨强、降雨历时、表层40 cm土壤前期含水量、坡度值为输入项,径流量、入渗量为输出项,用实测资料对网络进行模拟和预测.模拟结果平均误差6.32%和1.93%,预测结果平均误差为5.71%和1.92%.并与传统BP神经网络模型和定雨强Philip...     

BP神经网络在不同植被产流产沙分析中的应用

以甘肃省西峰市南小河沟小流域径流场为研究对象，利用BP神经网络对4种植被类型的径流小区（农田、林地、人工草地和天然荒坡）进行了产流产沙量模拟和预测。其模拟产流量的相对误差分别为0．2％～5．7％，0．1％～2．5％，0．7％～2.9％和0．1％～3％；模拟产沙量的相对误差分别为0．1％～3．2％，0．2％～3．1％，0．6％～4．2％和0．2％～2．7％。预测农地、林地、草地和天然荒坡产沙量最大相对误差分别为-11％，14％，-14．6％，18％，产流量最大相对误差分别为10．9％，27．3％，15％，26．3％。结果表明，BP神经网络预测产流产沙的效果较好，对径流小区运用神经网络进行蓄水拦沙指标分析是可行的。     

黄土高原沟壑区典型小流域土地利用变化对产水量的影响——以陕西省长武王东沟流域为例

对黄土高原沟壑区长武王东沟流域土地利用变化对产水量的研究结果表明，王东沟流域土地利用变化主要特点是农田、草地面积所占比重减少，而林果面积迅速增加。同样降雨类型1996年和2010年流域下垫面的产水量分别比1986年少产水5747m^3及5914m^3。产水量的减少使该流域汇入河流的水量减少，土壤蓄水量增加，有利于流域生态环境的持续发展。     

黄土沟壑区不同植被对产流产沙的影响

以甘肃西峰南小河沟小流域径流场为研究对象,采用横向对比分析的方法,在降雨量相同的条件下,对4种植被类型小区(农田、林地、人工草地和天然荒坡)进行了产流产沙、雨能和抗侵蚀能力的分析。结果表明,农田的径流系数最大,最高可达36.33%;林地的径流系数最小,基本在1%以下;农田的产沙量是林地的2~4倍,是天然荒坡的4~7倍;各种植被对雨能的影响不大;农田的抗侵蚀能力最差,其他3种植被小区相当。     

高寒荒漠草原季节性放牧管理优化模拟研究

【目的】保护中国高寒荒漠草原的生态环境,指导草原牧区的全面可持续发展,从草畜平衡的角度为制定高寒荒漠草原牧区合理的放牧管理政策及实现牧草资源高效利用提供依据。【方法】根据季节性轮牧的特点和牲畜生产节律,考虑了草地资源的时空隔离和牲畜数量的动态变化,对暖季、冷季两个草场放牧时间段进行细化,在现有合理载畜量计算方法的基础上,以载畜量最大为目标,以动态草畜平衡为约束条件,以转场时间和出栏率为优化参数,建立了放牧-管理优化模型,并选取青海省乌兰县牧区作为高寒荒漠草原季节性牧区的典型代表,利用遗传算法寻优,确定乌兰县牧区丰、平、枯3种降水情景下最优放牧条件,进行草畜平衡优化模拟计算和动态草畜平衡分析,并与优化前进行对比。【结果】放牧-管理优化模型对牧区不同降水情景的模拟结果均较好。以未利用饲草量最低为依据,确定乌兰县牧区丰、平、枯3种降水情景下最优放牧条件分别为11月1日转场,出栏率43.4%、11月3日转场,出栏率38.2%和11月3日转场,出栏率36.7%,最优合理载畜量分别为109.92、96.14和83.64万标准羊单位,较优化前合理载畜量分别提高了11.75%、10.44%和10.43%;优化前后乌兰县牧区丰水年的合理载畜量分别为98.38和109.92万标准羊单位,比枯水年的75.74和83.64万标准羊单位的适宜承载量高30%,可见除牲畜出栏率和转场时间外,降水量也是影响牧区合理载畜量的重要因素;通过对牧区产草过程与牲畜动态需草过程的分析,进行乌兰县牧区平水年动态草畜平衡计算后发现,优化前冷季牧场可利用饲草不能被完全利用,放牧过程存在不合理之处,剩余草量超过6 130万kg,而优化后可利用饲草未充分利用问题得到有效解决,牧草资源得到高效利用,对于乌兰县整个牧区而言,调整放牧转场时间和牲畜出栏率是改良放牧制度的可靠方式;利用放牧-管理优化模型对牧区放牧过程进行优化,可以在保证牧区全年合理载畜量较高的同时,能够实现季节性轮牧区动态草畜平衡。【结论】放牧-管理优化模型对高寒荒漠草原季节性牧区的适用性较好,对轮牧区放牧管理过程调控和草畜平衡优化具有一定的优越性;放牧-管理优化模型可有效调控牧区载畜量,其优化结果可为制定合理的放牧制度提供参考,因此可将该模型用于优化单个牧户或牧场的放牧过程,得到单个牧户或牧场的最优放牧条件,从而制定相应的放牧制度,对单个牧户或牧场的生产实践工作更具有实际指导意义和可操作性。     

棉花调亏灌溉的生理基础研究

以盆栽棉花为材料,通过苗期和现蕾期不同程度的亏水处理(低、中、高三个水平),对调亏灌溉节水效应及生理机制进行了研究。结果表明:适时适度的水分亏缺可使植株旺盛的营养生长得以有效控制,株型和根冠比都更为理想。调亏期间,蒸腾速率和气孔导度都明显下降,而光合速率下降不明显,复水后光合速率和气孔导度明显恢复且接近或高于对照;此外,水分亏缺不仅影响棉桃的数量,而且影响单果重。表明适度的亏水处理可使水分利用效率明显提高,而经济产量接近或高于对照,同时节水20%以上。     

黄土区不同下垫面农田降雨入渗及产流关系的数值模拟

在野外试验的基础上，建立了二维农田降雨入渗及产流关系的数学模型，并用中国科学院长武县王东沟农业生态站不同下垫面径流小区实测土壤含水率及产流资料对该模型进行验证。结果显示：该模型对降雨过程中土壤入渗、产流以及雨后蒸发条件下土壤水分的模拟都有很高的精度，可以用于黄土区降雨入渗及产流关系的模拟。     

新乡市近60年降水序列变化规律及干旱预测

新乡市属严重缺水地域,近年来干旱的加剧使水资源短缺问题更加突出,严重制约了区域社会经济的发展。因此,对该地区进行降水序列的分析以及干旱的预测显得尤为重要。利用新乡市1953-2010年的年降水量资料,采用一元线性回归法和Mann-Kendall法分析新乡市降水的时间变化规律,结果表明：该地区近60年来年降水量呈减少的趋势,干旱发生频率有增加的趋势。以1953-2000年的年降水量资料为建模数据,2001-2010年的年降水量资料为检验数据,运用灰色系统的灰色预测方法,建立新乡市的灰色预测GM（1,1）模型,对该地区未来一定时期内干旱发生的时间进行预测,经检验该预测模型精度高,检验结果与实际相符,故可用该模型对新乡市未来的干旱年进行预测。预测结果显示,新乡市将在2012-2013、2020-2021、2028-2029年期间发生干旱。     

陕北坡地产流产沙特性及径流模拟

利用野外模拟降雨试验,研究了陕北坡地产流产沙的特性,结果表明:在相同雨强下,裸地径流总量是草地的1.15倍,是PAM地的1.46倍,是秸秆覆盖的2.64倍。裸地产沙总量是草地的1.3倍,是PAM地的1.5倍,是秸秆覆盖的44.4倍,秸秆覆盖的蓄水保沙效果最为显著;同一下垫面的累积产沙量与累积径流量呈显著的线性关系,相关系数0.95以上;根据短历时Philip公式建立的修正降雨产流模型,利用该模型对其径流进行了模拟。结果显示:修正的Philip模型可反映裸地、草地、PAM地的降雨产流特征,计算值与实测值误差在10%以内,满足精度要求,但对于秸秆覆盖地其适用性不强,有待于进一步研究。将土壤吸湿率S参数推求方法推广应用于草地以及PAM地,得到的土壤有效传导度与饱和导水率之间的关系为:草地K=0.90 KS,PAM地K=0.98 KS。该研究成果对于拟定不同黄土坡地的保水保肥措施具有重要参考意义。     

黄土高原沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应

为研究黄土沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应，基于黄土沟壑区小流域刺槐、侧柏、油松样地实测蒸散发数据，借助Hydrus-1D软件构建了黄土沟壑区刺槐、侧柏及油松植被蒸腾与土壤蒸发的模拟模型，使用修正Morris法对模型参数敏感性进行分析，结果表明：>40～100 cm土壤孔径分布参数（n2），>40～100 cm土壤饱和体积含水率（θs2），0 cm土壤田间持水率（θf），根系吸水最适水势上阈值（h1），根系吸水最适土壤水势下阈值（h2），植物出现永久凋萎时的土壤水势（h3），消光系数（μ），截留模型经验参数（a）等参数对植被蒸腾影响较大，植被生理特征相关参数h1，h2，h3，μ，a的不同是造成树种间蒸腾量出现差异性的重要原因。选取2015年试验观测数据对模型进行率定，2016年试验观测数据对模型进行验证，土壤含水率及土壤蒸发的Nash-suttcliffe模拟效率系数（Ens）均在0.700以上。采用率定后的模型对预设情景下的蒸散发量进行模拟，结果表明：未来及不同水文年气候特征对刺槐蒸腾的影响程度大于蒸发，对侧柏和油松而言，则正好相反。所有气候情景下，刺槐、侧柏、油松的蒸腾量分布在128.8～282.6、99.3～200.3和140.5～220.5 mm，蒸发量分布在94.6～135.4、116.5～187.3和123.8～212.5 mm，蒸腾量与蒸发量均表现为丰水年＞平水年＞枯水年。3个树种蒸腾量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：刺槐＞侧柏＞油松，并且，同一时期内，在丰水年及平水年，刺槐蒸腾量最大，在枯水年，油松蒸腾量最大。3树种蒸发量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：油松＞侧柏＞刺槐。生长季降雨量对于同期蒸腾量与蒸发量的影响明显强于温度的影响，其与蒸腾量、蒸发量之间均呈极显著（P<0.01）线性关系。