西辽河平原主要作物耗水量及耗水规律研究

根据联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式及单作物系数法,研究了西辽河平原不同典型年的春玉米、春小麦、谷子、大豆、甜菜5种作物的耗水量及耗水规律,并分析作物生育期有效降雨量与作物耗水量的关系。计算结果表明:以一般年为例,春玉米、春小麦、谷子、大豆和甜菜的耗水量分别为501.01、427.68、464.76、443.10、500.22mm;干旱年份作物的耗水量较大,一般年次之,湿润年作物耗水量最小;作物在发育期和生育中期耗水量较大,为需水的关键时期;作物整个生育阶段有效降雨量总体上不能满足作物的耗水量,在干旱年、一般年、湿润年平均有效降雨量分别占作物生育期耗水量的40%、50%、70%左右,对作物必须进行合理的灌溉。     

基于SPI和云模型的海河平原区干旱特征研究

根据海河平原20个气象站1955—2019年逐日降水量计算了年尺度和季尺度的标准化降水指数(SPI),对各尺度不同等级的干旱频率及其时空特征进行分析;以年尺度SPI为样本,采用正态云发生器算法和多步还原逆向云变换算法构建云模型,分析了干旱的随机性和稳定性。结果表明,海河平原区干旱频率主要分布区间为[0.28,0.31],呈现轻旱高频、重旱低频的特点;春旱发生频率最高,冬旱频率最小,夏季地区间及年际间差异最大。年际间SPI云模型的3个特征参数均呈减小趋势,其中熵呈显著减小趋势,且超熵与熵呈显著正相关,即SPI分布的随机性和不均匀性变化趋势一致;空间上各站点超熵和熵则呈极显著负相关,随机性和不均匀性呈相反趋势;云特征的年际差异大于站点间差异,即云模型能够更好地反映区域年际间SPI在空间上的随机性和稳定性。海河平原整体上有趋于干旱的趋势,各站点SPI的随机性显著减小,且变化趋于稳定。     

基于图论和列队竞争算法的环状管网优化设计

用控制参数少、具有二个竞争水平的进化算法——列队竞争算法进行环状管网优化设计。优化过程中先用该算法产生管径组合方案,然后用基于图论理论的水力计算模型计算每个方案的管段水头损失和设计流量,据此再计算该方案的适应度函数,从而得到系统的管径组合方案和管段计流量。通过工程实例验证表明,提出的优化法可行,优化效果明显,且该方法不用初设管段流量,输入参数少,收敛速度快,易于程序实现。     

Stacking集成模型模拟膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数

为准确模拟膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数,该研究以4个经典机器学习模型：随机森林（Random Forest,RF）、支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、BP神经网络（Back Propagation Neural Network,BP）和Adaboost集成学习模型（Adaboost,ADA）为基础,基于Stacking算法建立了集成学习模型（Linear Stacking Model,LSM）对膜下滴灌玉米逐日蒸散量和作物系数进行模拟。并将LSM的模拟精度与RF、SVM、BP和ADA模型的模拟精度相比较,结果表明：1）RF、SVM、BP和ADA模型模拟膜下滴灌玉米的逐日蒸散量和作物系数时的相对均方根误差均大于0.2;2）相比RF、SVM、BP和ADA模型,LSM模型提高了玉米逐日蒸散量和作物系数模拟精度。LSM模拟的膜下滴灌玉米的作物系数相比于FAO推荐值更接近实测值;3）日序数、平均温度、株高、叶面积指数和短波辐射5个特征对玉米膜下滴灌玉米日蒸散量和作物系数影响最高,基于这5个特征建立的LSM模型模拟膜下滴灌玉米的蒸散量和作物系数的R2 分别为0.9和0.89,相对均方根误差分别为0.23和0.16。因此,建议在该研究区使用日序数、平均温度、株高、叶面积指数和短波辐射5个特征参数建立LSM模型模拟膜下滴灌玉米蒸散量和作物系数。该研究可为高效节水条件下作物蒸散量和作物系数的精准模拟和合理制定灌溉制度提供参考。     

轮灌条件下的灌溉管网优化设计

在灌溉输配水管网的设计中，不同的灌溉工作制度会在管网中产生不同的流量分配模式，直接影响管网工程总的投资。本文研究在轮灌工作制度下灌溉管网优化设计，提出了将轮灌组的划分也进行优化，用基于整数编码的遗传算法进行优化，通过VB和Matlab混合编程来实现。计算结果表明提出的方法优化结果明显，可以应用于生产。     

基于机会约束规划模型的灌溉管网不确定优化研究

【目的】弥补管网优化设计确定性模型虽然简化了计算,但忽略了一些不确定参数对优化结果影响的不足。【方法】将管段设计流量、节点最小工作水头和管道粗糙系数等参数作为随机变量,分别建立了基于随机模拟技术的重力和泵站加压两种输配水系统的机会约束规划模型;在随机模拟技术基础上,用列队竞争算法对该模型进行求解。【结果】工程实例验证表明,不确定参数对优化结果有显著影响,随着不确定参数变化范围的增加,系统的泵站扬程和投资费用也随之增加。【结论】研究建立的优化方法与工程实际情况更接近,弥补了确定性规划模型的不足。     

辽河流域水资源承载力计算分析

在确定了水资源承载力的定义之后,根据最小生态需水量和适宜生态需水量分别计算了水资源可利用量的上限及下限,在此基础上用多目标方法计算了"生态一般型"、"生态良好型"及"生态良好一般型"3种方案下的水资源承栽力,计算结果表明辽河流域按照水资源分区计算各三级区的水资源可以承栽未来2020年和2030年的社会经济发展,但不能满足流域内灌溉需水要求.     

辽河流域各市水资源承载力计算分析

为了探讨辽河流域各市的水资源承载状况,以水资源的极限承载力作为水资源承载力的定义,根据最小生态需水量和适宜生态需水量分别计算了水资源可利用量的上限及下限,在此基础上用多目标计算了"生态一般型"、"生态良好型"及"生态良好节水型"三种方案下辽宁省辽河流域各市的水资源的"生产"、"生活"和"生态"的极限承载力,并根据各城市的特点对计算结果进行了分析,分析表明"生态良好节水型"方案生态经济社会效益最好。     

沟灌二维入渗特性试验研究

通过试验研究沟灌的二维入渗特性,研究结果表明:灌水沟断面尺寸、土壤初始含水率及土壤导水率对沟灌的入渗特性均有不同影响。灌水沟中水深小、沟底导水率的减小、土壤初始含水率增大都有利于灌水沟的水平侧向入渗,同时可相应减小垂向入渗,而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗,只影响垂向入渗,底宽减小时,垂向入渗减小。     

辽西地区不同灌溉方式下玉米耗水规律研究

为了探究地面灌和膜下滴灌2种灌溉方式下不同生育期干旱处理对玉米生长发育以及产量的影响,通过辽宁西部朝阳市建平县试验站的测坑试验,分析了各处理对玉米生长性状、耗水量、产量和水分利用效率的影响。结果表明,充分灌溉条件下,苗期、拔节期、抽雄期膜下滴灌的株高均高于地面灌,且各生育阶段相同的干旱处理对膜下滴灌的影响较地面灌大;除苗期外,地面灌的茎粗都大于膜下滴灌;整个生育期膜下滴灌的叶面积都大于地面灌,且各生育期干旱处理对叶面积的影响不大;不同的生长阶段,玉米的耗水差别较大,且在抽雄期进行干旱处理能够有效减少玉米整个生育期的耗水量;2种灌溉方式充分灌溉条件下玉米产量差异不大,地面灌灌浆期亏水,产量显著降低,膜下滴灌苗期和灌浆期干旱处理对产量的影响都很大;膜下滴灌的水分利用效率明显高于地面灌。