基于模拟优化模型的干旱风沙草原区水-粮食-能源关系

定量分析干旱风沙草原区水-粮食-能源(WFE)关系,可为制定草原区生产、经济和生态环境等政策提供科学的支持.采用基于Python语言的 MODFLOW模型——FloPy,在考虑研究区牧草产量和灌溉能源消耗的基础上,构建了一个紧密耦合干旱风沙草原区WFE系统理想案例的多目标模拟优化模型,并使用多目标优化工具Pymoo框架下的NSGA-Ⅱ算法进行了求解.结果表明:所构建的模拟优化模型可以定量计算干旱风沙草原区的WFE关系,Pymoo提供的NSGA-II算法在WFE关系多目标优化中具有较好的搜索效率与稳定性;使用权重w_x对设定的6种方案进行对比分析,一般年(方案1—3)与干旱年(方案4—6)的地下水水位差最大值分别为1.15,1.43,1.34,0.96,1.26,1.15 m;一般年和干旱年灌溉水量最大可减少136.90%和134.37%,作物产量增加18.60%和18.31%,节省能源26.94%和27.89%.     

基于GEE的宝鸡峡灌区耕地灌溉面积遥感监测方法

准确监测耕地灌溉面积的变化,对于管理有限的农业水资源及保证粮食安全等具有重要意义.选择中国西北干旱半干旱地区的典型灌区陕西省宝鸡峡灌区,基于Google Earth Engine(GEE)云平台的Landsat卫星数据,在土地利用分类提取出耕地范围的基础上,结合实地采样获得的样本点,并基于宝鸡峡灌区实际,提出了一种获取历史样本点的思路和方法;通过计算归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、绿色叶绿素植被指数(GCVI)、水调节绿色指数(WGI)等指数作为分类参数,应用随机森林(RF)算法对2010年及2020年耕地灌溉区域进行了识别与提取.结果表明,宝鸡峡灌区2010年和2020年耕地灌溉面积分別为104 211和90 174 hm²,混淆矩阵验证总体精度分别为91.67%和95.35%,Kappa系数为0.832和0.907.     

基于水量水质耦合模拟优化的渠井结合灌区多目标水资源优化配置模型与方法

为探究灌区考虑水质水量耦合模拟优化的水资源优化配置模型与方法，基于FloPy和Pymoo构建了水量水质耦合的多目标模拟优化模型。采用地下水数值模拟模型MODFLOW和溶质输移模型MT3D模拟了灌溉引起的地下水位变化和污染物的扩散过程，考虑灌溉收益、作物水分生产率、地下水位变幅和污染扩散4个目标，分别采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ对该问题进行求解，并对比分析了两种方法的实际应用效果。采用多准则分析评价方法 TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)，推荐了灌溉方案。推荐灌溉方案在平水年和枯水年分别可以最大减少地下水位变幅56%和43%，最大减少污染扩散面积54%和40%。