LM算法的神经网络在灌区地下水位预测中的应用研究

在气候干旱的宁蒙引黄灌区,控制地下水位是防治土壤盐碱化、保证农业健康发展的重要途径。采用相关分析的方法确定了影响灌区地下水位变化的主要因素,建立了基于LM算法的灌区神经网络地下水位预测模型,并以宁夏河东灌区为实例进行了研究。研究结果表明:模型能够较好地模拟灌区地下水系统的变化特征,对地下水位做出较准确的预测。     

基于BP神经网络的灌区耗水量模拟预测模型

青铜峡灌区耗水量是一个复杂的非线性系统,受多种因素的影响,而农业耗水量是耗水大户.将影响灌区农业耗水量的主要因素:引水量、排水量、降雨量、蒸发量和地下水位埋深作为影响因子,建立青铜峡灌区灌溉耗水量的BP神经网络预测模型.结果表明,应用此网络,对2001-2003年灌区灌溉耗水量进行了预测,误差满足要求,精度较高,说明网络函数的选取和结构设计较为合理,该模型可用于灌区农业耗水量的预测.     

青海省典型灌区农田灌溉对地下水动态变化的影响

灌区地下水位在自然和人为因素影响下,经常处于变化之中,但在灌溉期间主要受灌溉水下渗补给影响.该研究在大峡渠灌区试验地块内建设5眼地下水观测井,开展农田灌溉水下渗对地下水动态变化影响试验.结果表明,春灌期和苗灌期灌区典型地块地下水阶段性动态变化规律与灌区所处的湟水河谷地I级阶地水文地质情况一致.从整体来看,支渠的行水形成了线补效应.距离支渠最近的1号、2号观测井接受了更多的补给,水位最高,3号井次之,4号、5号井接受的补给最少,水位最低.春灌期观测井地下水位变化幅度显著高于苗灌期,这主要由春灌期引水量与退水量差值显著大于苗灌期所致.     

松嫩平原地下水位动态特征分析

选用松嫩平原地下水位多年动态监测资料,绘制地下水位动态曲线,论述松嫩平原不同地貌单元及不同含水层地下水位年际及年内动态变化特征,分析探讨影响地下水位变化的各种因素,指出人为因素是引起松嫩平原地下水位变化的重要原因之一.合理开发利用地下水资源,避免地下水位持续下降,可以有效保护松嫩平原地质环境.     

青海省典型灌区农田灌溉对地下水动态变化的影响（英文）

灌区地下水位在自然和人为因素影响下,经常处于变化之中,但在灌溉期间主要受灌溉水下渗补给影响。该研究在大峡渠灌区试验地块内建设5眼地下水观测井,开展农田灌溉水下渗对地下水动态变化影响试验。结果表明,春灌期和苗灌期灌区典型地块地下水阶段性动态变化规律与灌区所处的湟水河谷地Ⅰ级阶地水文地质情况一致。从整体来看,支渠的行水形成了线补效应。距离支渠最近的1号、2号观测井接受了更多的补给,水位最高,3号井次之,4号、5号井接受的补给最少,水位最低。春灌期观测井地下水位变化幅度显著高于苗灌期,这主要由春灌期引水量与退水量差值显著大于苗灌期所致。     

洛惠渠灌区地下水位动态模拟研究

【目的】探求洛惠渠灌区地下水的动态变化情况,为该灌区地表生态环境的改善提供科学依据。【方法】以陕西洛惠渠灌区实测数据为例,采用3层BP网络建模方法,对灌区自然-人工-生物条件下地下水位动态进行研究,运用缺省因子检验法分析各因子对地下水埋深影响的敏感性;并采用灰色关联方法分析各因子与地下水埋深的关系。【结果】人工神经网络模型具有较高的精度,能够定量描述地下水位动态与各因子之间的响应关系,蒸发量是影响该灌区地下水位动态的主要因子,各因子之间相互作用,形成了复杂条件下的耦合关系;灰色关联排序结果基本符合敏感性因子分析结果,很好地验证了各因子的敏感程度。【结论】将这2种方法结合运用到灌区地下水位动态评价中是切实可行的,是对传统地下水位动态研究方法的补充与完善。     

咸阳市地下水位动态变化特征

依据咸阳市1977～2006年地下水监测资料,对咸阳市不同地貌单元近30年来地下水位的年际和年内变化特点进行了系统分析,在研究时段内,咸阳市地下水平均水位变化分为持续上升阶段(1977～1987年)、持续下降阶段(1988～2001年)和急剧升降阶段(2002～2006年),降雨量、蒸发量、地下水开采量、灌溉等自然和人为因素的综合影响是导致地下水位发生变化的主要原因。提出了合理开发利用和保护地下水资源的建议,旨在为咸阳市地下水资源的可持续利用提供参考依据。     

河北省石津灌区水资源联合利用数值模拟与方案分析

针对河北省石津灌区地下水位不断下降的现状,根据灌区的水文地质条件,运用地下水数值模拟软件MODFLOW建立了地下水三维非稳定流模型,并利用地下水位实测资料进行率定验证。模型验证结果表明:模型能较好的反应该研究区域的实际情况,可用于该区域的地下水位预测。本研究利用该模型对井灌和井渠联合灌区地下水位进行模拟预测,并考虑井灌次数、井灌定额、渠灌定额等3种因素,提出了5种解决方案。结果表明:方案2(对灌区采用井渠联合灌溉方式,调整灌水时间:3月份采用井灌模式,单井平均抽水量为45m3/h,5月份和10月份采用渠道灌溉模式,平均灌水定额为1 800m3/hm2)是比较合理的方案,它能有效控制灌区地下水位,促进灌区的可持续发展,简单实用。     

北方6省渊市冤地下水位变化特征分析

以北京、天津、河北、河南、山东和山西6省(市)2000~2010年的降水量和地下水动态变化数据为依据,分析了11 a来北方6省(市)地下水位的变化特征。结果表明:研究区地下水位主要呈现下降趋势,其中北京、河北和河南省地下水位下降趋势明显,天津、山东和山西省地下水位表现为弱下降;确定了地表水减少和人类活动是影响地下水位下降的主要因素,并提出了相应的建议措施。     

三江平原典型灌区近58年降水量及其丰枯特征分析

为获取三江平原龙头桥灌区降水的变化特征,根据龙头桥灌区1959～2016年的逐月年降水量的统计数据,首先,对龙头桥灌区近58年的总体降水量的统计参数进行求解,再运用滑动平均法得到降水量总体的变化趋势、其次应用M-K(Mann-Kendall)突变检验法对降水量突变的年份进行求解,并利用Morlet小波分析法得到总体降水量的变化周期,然后应用求得的结果对龙头桥灌区近58年来降水量的统计规律、趋势性变化、突变性变化和周期性变化特征研究分析。最终,利用1,3,6,12,24,36个月等多时间尺度的标准降雨指数(SPIn)求得龙头桥灌区总体降水量的丰枯程度状态变化特征,并分析了在多时间尺度下不同旱涝程度发生的频率。研究结果表明:龙头桥灌区1959～2016年的年降水量平均值为531.00mm,降水量年际间分配不均匀,且整体呈下降趋势,年际倾向率为-0.0172mm·a-1;年降水量在2012年发生明显的突变;龙头桥灌区年降水量周期存在多时间尺度特征,其年降水量具有18年和28年两个主要周期。随着SPI值时间尺度的增大,总体的旱涝变化特征越来越明显,其中12和24个月尺度能明显看出旱涝的周期变化,随着时间尺度的再增加其变化趋势无明显变化,最终得到龙头桥灌区干旱主要发生在1967～1969年和1977～1980年。通过不同时间尺度SPI值的比较和旱涝发生频率分析发现,龙头桥灌区58年来旱涝变化交替出现,正常年份发生频率在60%以上,极涝、极旱和重旱发生的频率不足5%。表明本研究区域属于雨量充裕区且适合灌区的发展。研究成果可为实现灌区多水源的高效利用、促进灌区水资源系统协调发展提供重要决策依据。     

地下水水位对灌溉的响应——以北京南部灌区为例

北京地区的地下水为满足农业灌溉,保障粮食生产起到了至关重要的作用。但是随着开采的急剧增加,地下水位出现了连续下降的趋势。为掌握地下水水位对农业灌溉的响应,选取了主要受农业灌溉影响为主的一眼地下水监测井,通过对比地下水水位的日变化量与大气降水以及本地区冬小麦降水耦合度之间的关系,得出了地下水水位与冬小麦灌溉之间的关系。研究发现,冬小麦灌溉各个阶段,地下水水位相应下降,显示出两者之间存在密切关系。冬灌后至返青前,地下水得到了充分有效的补给,水位可以恢复到冬灌之前的水平;但是由于返青-拔节和灌浆期灌溉需水量较大而且降水量较少,地下水不能得到充分有效补给,静储量被消耗,地下水位持续下降。研究结果表明,如果在返青-拔节和灌浆期采用节水措施或者引用其他水源,减少地下水的开采量,可以达到采补平衡,实现地下水的持续利用。     

Analysis on water requirement and water-saving amount of wheat and corn in typical regions of the North China Plain

This paper studied the variation characters on wheat and corn water consumption and irrigation watersaving amount under different water conditions (ample irrigation level, farmers conventional irrigation level and optimizing irrigation level). The water use efficiency and water saving potential of optimizing treatment and farmers’ conventional irrigation treatment were analyzed respectively. The objective of this study was to provide theoretical supporting for popularization and application of optimizing irrigation measures. Crop water requirement under sufficient water supply was calculated by Penman equation. We obtained crop water consumption under conventional treatment and optimizing treatment by field experiment. The main results showed that the irrigation amount of wheat and corn was too much under farmers’ conventional irrigation level and basically satisfied their water requirement, therefore, the water-saving amount was smaller while water-saving potential was bigger compared with the optimizing irrigation treatment. The grain yield under optimizing irrigation treatment was improved or appreciably reduced compared with that under conventional irrigation treatment, while the water consumption and irrigation amount of optimizing irrigation treatment was lower, with a higher water use efficiency. Therefore, the optimizing irrigation treatment could achieve a stable yield and high water efficiency at the same time. Moreover, when the optimizing irrigation measure was adopted, the grain yield reached 5940 kg/hm², water-saving amount reached 91mm for winter wheat, and the grain yield reached 7743 kg/hm², with water-saving amount of 49mm for summer corn in the piedmont region of Taihang Mount. The grain yield got 7710 kg/hm², with water-saving amount of 20mm for winter wheat in Heilonggang Plain. Therefore, the water-saving amount in the piedmont region of Taihang Mountain was obviously higher than that in Heilonggang Plain. Thus, the piedmont region of Taihang Mountain in the North China Plain is viewed as the key district for water-saving.     

基于灰色系统的地下水动态研究

为了深入探求地下水动态变化规律,以陕西洛惠渠灌区实测数据为例,首先采用改进的灰色斜率关联法,对灌区自然-人工-生物条件下地下水动态敏感性因子进行研究,分析了各因子与地下水埋深的关系,并运用灰色动态模型对敏感因子进行灾变预测.结果表明:蒸发量是影响该灌区地下水动态的主要因子,而各因子之间相互作用影响,形成了复杂条件下的耦合关系;灰色动态模型对蒸发量的灾变预测精度较高,完善模型系统.将灰色系统理论应用到灌区地下水动态评价中是切实可行的,是对传统地下水动态研究方法的补充与完善,可为灌区管理和调控提供一定的依据.     

克拉玛依农业开发区地下水埋深与土壤积盐空间异质性分析

[目的]分析克拉玛依农业开发区地下水作用条件下土壤的积盐规律,为研究其土壤盐渍化的成因以及制定合理改良对策提供依据.[方法]运用GIS和地统计学的原理与方法,结合地下水埋深的空间分布,对土壤盐分分布规律进行定量分析.[结果]地下水埋深、耕层土壤含盐量均属于中等变异强度,中、底层土壤含盐量属强等变异性;受结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深、底层土壤含盐量呈强空间自相关性,耕层、中层土壤含盐量具有明显的空间自相关性;对空间尺度上的地下水埋深与土壤含盐量定量分析表明,耕层、底层土壤含盐量与地下水埋深呈负相关性,中层土壤含盐量与地下水埋深相关性不明显.[结论]加强排水,制定合理灌溉定额并严格实施,从而控制并降低地下水位是当前盐碱改良主要措施.     

洛惠渠灌区地下水动态变化规律研究

为了准确了解洛惠渠灌区地下水资源的动态变化特征,以灌区1955~1990年的实测水文资料为基础,对洛惠渠灌区地下水资源多年开发利用状况下的水位动态和水质变化进行了综合评价。结果表明,该灌区地下水多年补给量整体呈上升趋势,在人类活动的影响下水位变动很大;灌区水质多年平均矿化度为2.48 g/L,属微咸水,而矿化度随水位上升呈淡化趋势,又由于地形地貌的差异,全灌区的矿化度分布并不均匀。因此,应合理建立灌区水资源优化调度系统,确保将地下水位控制在一定的变化范围之内,并进一步加强水情、水质的动态监测预报与调控,强化灌区地下水资源的开发利用与保护。     

灌水频率对地下水埋深较浅土壤中溴和硝态氮迁移的影响

采用人工土柱试验方法，研究了3种灌水频率下灌施到地下水埋深较浅土壤中的溴(Br^-)和硝态氮(NO3^-—N)的迁移规律。结果表明，Br^-和NO3^-的迁移规律表现出良好的一致性，在相同灌水量下，随灌水频率的降低(除土表5cm土层)，Br^-、NO3^-浓度峰均变胖、变缓，峰值降低，且Br^-和NO3^-峰向下迁移加快；灌水频率越高，土表Br^-、NO3^-含量降低越快，淋洗越彻底。随灌水总量的增加，各灌水频率土壤中Br^-、NO3^-浓度峰变胖、变缓，峰值降低。     

黄淮海平原水盐调控灌排一体化渠系规划与设计

针对黄淮海平原水土资源短缺和农田灌排系统不完善问题,根据水量平衡原理和灌排理论,结合不同典型区的灌溉排水特点,提出黄淮海平原明渠灌溉排水一体化渠系规划布置设计方案,编制了渠系布置参数计算软件,分析不同典型区渠道参数的主要影响因素和变化规律。结果表明:在灌溉排水控盐区以及灌溉排水并重区,渠道间距随地下水位埋深和排渍时间的增大而增大,但随排渍深度的增大而减小。渠道间距随着土壤质地由粘性到砂性的转变而逐渐增大。在灌溉排水补源区,渠道深度和渠底宽度随设计流量的增大而增大,但随渠底坡降的增大而减小。与传统渠系布置相比,在灌溉排水补源区的一体化渠系布置可减少渠系占地面积约55%,工程土方量70%。     

河套灌区春小麦生产水足迹影响因子敏感性及贡献率分析

【目的】农业水资源高效利用是保障国家粮食和水资源安全的重要途径,作物用水评价是农业用水管理的主要研究课题之一。水足迹为农业用水评价提供了新的指标体系,对作物生产水足迹影响因素进行定量评价有助于进行水足迹调控,实现农业水资源高效利用。【方法】以河套灌区为研究区域,基于水足迹概念体系,利用改进的水足迹量化方法对河套灌区春小麦生产水足迹进行量化并分析其在研究时段内的演变特征;利用单因素轮换（One-At-A-Time,OAT）敏感性分析方法和贡献率分析方法探究气候、农业生产投入因子和水资源利用效率对春小麦生产水足迹变化的驱动力。【结果】春小麦生产水足迹在研究时段内呈显著下降趋势,从1981年的4.71 m³·kg^-1,下降到2010年的1.52 m³·kg^-1;同时年际变化呈现出较为明显的阶段性特征,可划分为波动性下降期（1981-1987年）、快速下降期（1988-1995年）、缓慢下降期（1996-2010年）,该变化规律与灌区农业生产和灌溉水平的发展特征基本一致;从水足迹的蓝、绿水构成来看,河套灌区春小麦生产水足迹中蓝水足迹比例超过90%,而绿水足迹比例不足10%,这与灌区农业生产用水特征相一致。敏感性分析显示,水足迹对各个因子的敏感性差别十分显著,日照时数、相对湿度、降水量、灌溉水利用系数和单位面积化肥用量在±20%波动的情况下,春小麦生产水足迹的波动范围分别为±30%、±24%、±2%、±63%和±4%,春小麦生产水足迹对灌溉水利用系数、日照时数和相对湿度的敏感性较高,对其余影响因子的敏感性较低。贡献率分析显示,研究时段内相对湿度的减少和降水量的增加促使春小麦生产水足迹的增加。而日照时数的下降、化肥使用量以及灌区用水效率的提高促使了春小麦生产水足迹的降低。定量分析结果显示,化肥和灌溉水利用系数对春小麦生产水足迹变化的贡献率分别为-36.89%和-39.42%,而气候因子的综合贡献率仅为2.80%,对研究时段内春小麦生产水足迹下降贡献率最大的是灌溉水利用系数,其次为单位面积化肥用量,而相对湿度、日照时数和降水量三者的贡献率相近,贡献率最小的是日照时数,这主要是因为日照时数在研究时段内的变率较小。【结论】气候、农业生产资料投入和水资源利用效率是影响作物生产水足迹的主要因素,就河套灌区而言,农业生产资料投入和水资源利用效率的提高是促使灌区春小麦生产水足迹下降的主要因素,而气候因子在研究时段内对春小麦生产水足迹的影响较小。该研究结果可为水足迹调控提供理论依据与实践参考。     

节水改造对沈乌灌域不同地貌浅层地下水埋深的影响

为了揭示节水改造对区域地下水埋深的影响,以沈乌灌域44眼地下水观测井资料为基础,研究节水改造下地下水动态演变趋势。结果表明：整个灌域地下水埋深受灌溉影响明显,夏灌和秋浇后整个灌域地下水埋深都有上升趋势,秋浇后灌域大部分地区地下水埋深处于最浅值,有一定的周期性变化规律,但灌域中心地区存在深埋区,对于地下水资源要加强管控;节水改造后,各渠系下游耕地区平均埋深降幅（12.46%）大于上游耕地区平均埋深降幅（7.13%）,最大埋深平均降幅（16.54%）大于最小埋深平均降幅（15.78%）;荒地区、湖泊旁地区和林地区的地下水平均埋深分别下降0.33、0.24 m和0.36 m。研究表明,节水改造对耕地区、荒地区、湖泊旁和林地区影响较明显,对盐碱区和渠道旁地区影响较微弱。     

灌溉农业节水潜力计算分析—以2001-2003年中牟县杨桥灌区为例

河南属缺水省份,农业用水量约占总用水量的80％,其他行业用水缺口大。农业灌溉用水的利用率较低,尚有较大节水潜力。从杨桥灌区的作物需水量出发,综合考虑有效降水、地下水补给、输水损失、田间损失等因素,计算出该灌区灌溉农业整体需水量,与2001-2003年实际灌溉用水量相比得出了该灌区此3年平均理论节水潜力为1972.88万m^3。继而利用现实调节因子,得出了灌区2001-2003年农业实际平均节水潜力为1815.05万m^3。为灌区乃至河南水资源宏观调控利用及节水规划提供理论依据。