SWMM模型参数全局敏感性分析

为有效评估暴雨管理模型(SWMM)输入参数对水文输出变量的影响程度,识别出敏感参数,为高效率定奠定基础,采用两种全局敏感性分析方法对暴雨管理模型(SWMM)中与降雨产流模拟有关的参数进行全局敏感性分析。基于拉丁超立方法对输入参数进行采样,以某小区为例建立SWMM模型进行模拟,分别采用偏秩相关分析法和互信息法分析参数对输出结果的影响。分析得知:对峰值时间影响最大的参数是管道糙率系数,管道糙率系数和峰值时间呈负相关;对峰值流量影响最大的参数是透水区的糙率系数,透水区糙率系数和峰值时间呈负相关;对总产流量影响最大的参数是管道糙率系数,管道糙率系数和总产流量呈负相关。研究表明偏秩相关分析方法和互信息分析方法都有自己的局限性,将两种方法共同使用,能够精确识别所有敏感参数。     

MIKE11模型的参数全局敏感性分析

为了对MIKE11模型计算过程的不确定性进行控制,提高模型率定效率和计算精度,运用LH-OAT参数敏感性分析法对张家港市MIKE11模型参数进行全局敏感性分析。考虑了不同降雨强度、雨型和扰动幅度对参数敏感性的影响,研究选取了3场降雨,10个参数,6种扰动幅度和2项评价指标。研究结果表明河道糙率对洪峰流量影响最大,径流量主要由根区储水层最大含水量、坡面流产流系数和坡面流根区土壤含水量阈值影响。模型的参数灵敏度也会根据降雨强度、雨型和评价目标不同而产生相应波动。通过假定最优参数法证明选用敏感参数可提高59%以上的率定效率。     

一维水分运移模型水力参数敏感性分析

利用数值模拟方法模拟灌溉水入渗补给地下水的过程中,模型参数的不确定性是影响包气带水分运移的关键因素。因此,为了定量分析水力参数的不确性对剖面含水率空间分布的影响。基于新疆伊犁霍城县原位试验场灌溉实验,以剖面含水率为研究对象,运用HYDRUS软件建立一维非饱和数值模型,利用局部分析方法,研究水力参数空间不确定性对剖面含水率的影响,并对水力参数的敏感指数进行分析与对比。研究表明:非均质岩层中,细颗粒中θs和n对剖面含水率影响最大,在粗颗粒中,θr对剖面含水率影响最大。     

基于全局敏感性分析的WOFOST模型参数优化

敏感性分析是模型参数优化的基础,同时也是作物生长模型本地化过程的重要环节。以中国水利水电科学研究院大兴试验基地2015-2016的夏玉米为研究对象,运用全局敏感性分析方法 EFAST对WOFOST模型的49个作物参数进行分析,在此基础上运用PEST软件对产量、干物质量、叶面积指数的敏感参数进行优化。结果表明:(1)对产量(WSO)敏感的参数主要有二氧化碳(CO2)同化率在12℃下的矫正因子、最大光合速率在30℃下的校正因子、开花到成熟之间的积温等;(2)对干物质量(TAGP)敏感的参数主要有CO2同化率在12℃下的矫正因子、在35℃时叶面积的生命周期、生育期为0时的比叶面积等;(3)对叶面积指数(LAI)敏感的参数主要有根的同化物转换效率、生育期为0时的比叶面积、CO2同化率在12℃下的矫正因子等;(4)参数优化后,WOFOST模型对夏玉米的模拟效果较好,相对误差RE小于5%,一致性指数d均大于0.9,标准均方根误差nRMSE均小于20%。优化后的参数对于北京地区的夏玉米模拟效果良好。     

基于EFAST的CROPGRO-Tomato模型参数全局敏感性分析

为了定量讨论番茄生长模型(DSSAT-CROPGRO-Tomato)中各参数对模拟输出结果的影响,运用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法,对影响番茄物候期、生长及生产等3类模型输出的各参数敏感性进行了研究,重点探讨了模型输入中品种参数、气象及土壤参数变化对模型输出结果的影响。结果表明:影响番茄开花期、坐果期和成熟期等物候期最敏感的品种参数和气象参数分别为初花期积温、日最低温度,而土壤参数对番茄物候期的影响可以忽略。影响番茄叶面积指数和冠层高度最敏感的品种参数为初花期积温,而影响番茄根、茎生长最敏感的品种参数为干物质分配比例,日最高温度和土壤田间持水率分别是影响番茄根、茎、叶生长最敏感的气象和土壤参数。影响番茄干物质量和总产量最敏感的品种参数为初花期积温,而影响番茄收获数量和单果质量的品种参数为最大单籽粒质量,日最高温度和土壤田间持水率也分别是影响番茄生产最敏感的气象和土壤参数。     

河北省夏玉米水分生产函数模型初步分析

依据河北省藁城、望都、中心灌溉试验站1984～1988年夏玉米的灌溉试验资料,采用多元回归分析方法,分别求出Jensen、Minhas、Blank、Stewart及Singh模型的敏感指标,并对其进行对比分析,得出适合藁城、望都、中心试验站三地的夏玉米水分生产函数模型。     

基于LH-OAT的马斯京根模型参数全局敏感性分析

为定性了解参数C_0、C_1、C_2对马斯京根模型模拟洪水流量的影响程度,引入Latin-Hypercube抽样算法,并结合OAT方法,对马斯京根模型参数进行全局敏感性分析。改变了传统通过率定K、x值来计算C_0、C_1、C_2值的方式,直接对参数C_0、C_1、C_2进行全局敏感性分析,模型参数的敏感性分析分别以径流量和洪峰流量为评价目标。研究结果表明,对径流量:河道处于涨水阶段时,参数C_0较敏感,C_1、C_2一般敏感;河道处于落水阶段时,参数C_2较敏感,C_0、C_1一般敏感。对洪峰流量:参数C_0、C_1的敏感性相对前一时段的敏感性减弱,C_2的敏感性相对增加。改变某一组参数的扰动幅度(10%、20%、30%),参数C_0、C_1、C_2的敏感度随着扰动幅度的增大而增大。在敏感性分析的基础上,按敏感性顺序进行参数的率定,可提高69%的率定效率,减少模型参数率定的盲目性。     

灌区用水优化模型参数全局敏感性分析与不确定性优化

灌区水资源优化配置中存在众多不确定性因素,而考虑不确定性因素的优化模型往往存在结构复杂、不确定性参数考虑有限、计算精度和效率较低等问题。本文将LH-OAT（Latin hypercube-One factor at a time）方法与灌区用水优化模型耦合,构建了灌区用水优化模型参数敏感性分析与不确定性优化方法,并以黑河流域中游典型灌区为案例研究区,对模型中6类共25个不确定性参数进行了全局敏感性分析。计算获得了模型中25个不确定性参数的敏感度排序,并从中筛选出10个高敏感性参数,以高敏感性参数作为优化模型不确定性参数输入,获得了不确定性下的灌区用水优化结果。案例分析表明,该方法有效筛选出优化模型中高敏感的关键参数,综合考虑了不确定性参数对模型优化结果的影响,大大减少了模型不确定性参数的表征数量,降低了模型复杂性,有效提高了模型计算效率,可为灌区水资源优化配置问题提供方法参考。     

玉米全要素生产率非参数测算分析及对策

玉米生产受到诸多投入要素的限制与影响,如种子、秧苗、劳动力、土地、农药、化肥、农膜、机械设备、畜力和其他物质投入等,提高这些因素的投入-产出效率水平对于促进玉米高效持续增产至关重要。为此,在对中美两国玉米生产成本与单产时序比较的基础上,利用基于DEA的非参数前沿面效率分解方法对全国主要地区的玉米全要素生产效率问题进行了实证分析,从纵向时间序列和横向不同区域两个视角研究了我国玉米生产效率和生产资源配置的演化过程及区域对比特征。最后,有针对性地提出了促进我国玉米生产资源有效配置、提高玉米生产效率的相应措施与途径。     

水分对夏玉米生物量和水分积累量动态变化的影响

2015年焦作广利灌区灌溉试验站设置了夏玉米不同水分处理的桶栽试验,定量研究了不同水分处理对夏玉米单株生物量、水分积累量及水分生理利用效率动态变化的影响,结果表明:夏玉米单株生物量和水分积累量随播种后天数的动态变化呈现S型曲线,土壤含水量维持在70%左右田间持水量下地上部生物量、水分积累量最高,其动态累积模型的特征参数值最为协调,产量最高。在拔节期之前,夏玉米水分生理利用效率在不同水分处理间保持在0.8~1之间,拔节之后迅速下降并维持在0.3左右,不容易受到外界环境影响,可以作为一个评价夏玉米品种水分利用效率高低的指标。     

水分胁迫对夏玉米生理指标的影响

研究了水分胁迫及胁迫后复水对夏玉米光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、叶绿素含量及产量的影响。结果表明:Pn、Tr、Gs等生理指标有着明显的日变化特征;不同水分处理峰值的大小受胁迫程度的影响;Gs、Tr、Pn的日变化呈单峰趋势,峰值出现在12∶00左右;胁迫后复水的玉米叶片机能恢复速度与胁迫程度有关,中度胁迫恢复速度最快,重度胁迫恢复速度最慢;苗期到抽雄期各种水分处理的叶绿素含量均呈上升趋势,且叶绿素的含量随着胁迫程度的增加而减小,灌浆期开始各种水分处理的叶绿素含量均缓慢下降,灌浆期处理3(T3)叶绿素相对含量比同期其他水分处理高;对夏玉米各阶段及整个生育期的日耗水量与叶面积的日增长量进行分析,得出了各阶段及整个生理期的日耗水量与叶面积日变化量的二次相关的方程。     

粮食水分生产率分析计算与思考

在收集、分析江苏省通州市1997～2003年粮食种植结构和作物全生育期耗水量资料的基础上,根据水分生产率的定义,选择小麦、水稻和玉米为典型作物,分别计算各自的水分生产率,再以种植面积为权重,加权平均计算全市粮食作物的水分生产率。计算成果展示了通州市近6年推广渠道防渗和水稻浅湿灌溉技术的成效,揭示了以小麦为突破口,综合运用灌溉节水、农业节水和管理节水三大措施,促进全市粮食水分生产率跨上新台阶的努力方向。     

套播夏玉米全程免耕对水分利用效率的影响

节水耕作措施在旱作农田中研究的相对较多 ,而在灌溉农田上则较少研究。本文重点探索在灌溉农田上 ,节水耕作措施 (免耕 )与高效节水管灌技术相结合 ,充分发挥耕作措施与灌溉技术的节水潜力和优势 ,提高农田水分利用效率。试验结果表明 :同常规耕作相比 ,玉米全程免耕下棵间蒸发的无效耗水可降低 2 7.6% ;农田水分利用效率提高幅度达 18.9% ;同时 ,免耕措施具有明显的省工和节能效果 ,耕作成本可降低 52 .9%～ 74.3%。     

套播夏玉米全程免耕对水分利用效率的影响

节水耕作措施在旱作农田中研究相对较多,而在灌溉农田交少研究。本文重点探索在灌溉农田上,节水耕作措施（免耕）与高效节水管灌技术相结合充分发挥耕作措施与灌当即 技术的节水潜力和优势,提高农田水分利用效率。试验结果表明,同常规耕作相比,玉米全程免耕下银间蒸发的无效耗水可降低２７．６％;农田水分利用效率提高幅度达１８．９％;同时,免耕措施具有明显的省工和节能效果,耕作成本可降低５２．９％～７４．３％。     

山前平原区夏玉米对水分和密度的响应

通过田间试验,以郑单958和浚单20为试材,研究了不同密度和不同灌水处理对玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明:不同灌水处理对产量构成影响较小;不同密度下玉米两品种的穗数和穗粒数差异显著;两品种玉米高密度比低密度处理产量平均增加16.89%;抗旱品种郑单958产量受灌水量的影响较小;浚单20灌水比不灌水处理平均增产11.40%。玉米两品种处理水分利用效率一般以不灌水处理较高,灌水处理水分利用效率均值比0水处理降低30.37%。因此,在水资源较缺乏的太行山山前平原区,选用抗旱品种进行合理密植并灌一水,对实现玉米节水与高产的统一有着重要意义。     

地埋滴灌对玉米耗水及水分生产率的影响

为合理制定玉米地埋滴灌灌溉制度,通过田间试验研究不同滴灌带埋深,不同滴头流量对玉米生长的影响,得出以下结论:在苗期-拔节D1(25 cm)埋深处理株高高于D2(35 cm)15%～30%,到了抽雄期以后D1略大于D2但各处理间无显著差异(p0.05);玉米株高Q2(1.38 L/h)Q1(1.05 L/h)Q3(1.90 L/h),Q2流量下的湿润体最适合玉米生长发育;D2(35 cm)埋深各处理叶面积指数低于D1(25 cm)埋深各处理4%～15%,滴灌带埋设较深时对叶片发育的影响作用大于滴头流量。D1处理生育期耗水量较D2处理高21.9 mm,Q2处理生育期耗水量最小为366.19 mm,滴头流量对玉米耗水影响较小。D1Q2处理产量最高,水分利用效率最大。通辽玉米地埋滴灌建议滴头流量1.38 L/h,埋设深度为25 cm,推荐灌溉制度为全生育期灌水7次,灌溉定额175 mm。     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

夏玉米产量与水分关系及其高效用水灌溉制度

依据灌溉试验资料,研究了水分胁迫对夏玉米生长发育和产量形成的影响,建立了产量与水分关系的数学模型,分析给出了大田夏玉米的高效用水灌溉定额,并用动态规划技术优化得出了夏玉米的最优灌水时间和每次的灌水定额。结果表明,各生育时段的水人胁迫对夏玉米的生育和产量均会造成不利影响,其中尤以抽雄￣吐丝期前后４０天左右缺水对产量影响最大,其次为拔节期缺水;在１９９７年夏玉米生育期降雨量只有１３７ｍｍ的条件下,得出     

夏玉米产量与水分关系及其高效用水灌溉制度

依据灌溉试验资料,研究了水分胁迫对夏玉米生长发育和产量形成的影响,建立了产量与水分关系的数学模型,分析给出了大田夏玉米的高效用水灌溉定额,并用动态规划技术优化得出了夏玉米的最优灌水时间和每次的灌水定额。结果表明,各生育时段的水分胁迫对夏玉米的生育和产量均会造成不利影响,其中尤以抽雄～吐丝期前后４０天左右缺水对产量影响最大,其次为拔节期缺水;在１９９７年夏玉米生育期降雨量只有１３７ｍｍ的条件下,得出其最优灌溉定额为１９６６．０８ｍ３／ｈｍ２,３次灌水时间分别为７月４日、７月２８日和８月１６日。     

管渠灌溉对夏玉米产量及水分利用效率的影响

为探讨不同灌溉方式对夏玉米生长及水分利用效率的影响,以夏玉米为研究对象,设定传统连续灌溉(T)、管渠灌溉(P)、波涌流灌溉(S)和固定隔畦波涌灌溉(G)4种灌溉方式,对比分析4种不同灌溉方式下对夏玉米的叶面积指数、株高、地上部干物质积累量、产量及水分利用效率的影响。结果显示:①夏玉米生育期内4种不同灌溉方式下株高相差不显著,基本不受灌溉方式的影响;②全生育期内P处理叶面积指数最大,且在不同畦段的叶面积指数变化不大。T处理叶面积指数在畦中段与畦尾段上的叶面积指数相差较大;③P处理的地上部干物质积累量最高,总体表现为PSTG;④在夏玉米产量上,P处理比T处理提高了7.64%,且P处理水分利用效率最高,对比T处理、S处理和G处理分别提高了17.5%、9.3%和11.9%。因此,管渠灌溉能提高水分利用效率,在山东泰安对夏玉米采用管渠灌溉可以取得较好的节水和增产效果。