基于人工智能技术的数字地面模型空间插值研究

本文针对数字地面模型(D igital Terrain Model)的建模问题,将高程作为插值变量,通过建立采样点的平面坐标(x,y)及位置因子x2 y2作为输入,对应点的地面高程作为输出的1种描述空间采样数据的BP模型,用人工智能技术研究了1个小区域的高程插值问题。结果表明:基于BP法的人工智能技术可用于DTM的最优空间插值,插值结果可直接用于DTM数字建模,为数字地面模型的建立提供了1种新方法。     

内蒙古河套灌区节水灌溉工程实施后地下水变化的BP模型预测

根据黄河河套灌区多年的水文、气象和地下水资料，应用不同的ANN—BP网络模型对灌区年、月地下水埋深的变化进行了模拟，预测了黄河河套灌区节水工程实施后未来灌区年平均地下水位下降的情况，从预测结果可以看出，河套灌区节水工程实施后灌区平均地下水位预计下降0.5 m左右。此外对BP模型的结构设计中隐含层数、隐含单元数和学习速率的合理确定作了具体分析，提出了学习速率取值范围lr=0.01～0.1，为河套灌区节水工程改造规划、设计和管理决策及BP模型的应用提供了参考依据。     

内蒙古河套灌区节水工程改造效果分析与评估

以内蒙古河套灌区1982—2012年长系列农业净引水量和年降水量资料为基础,运用均值分析、方差分析、相关分析、时间序列分析和生存分析等数理统计学方法,并结合内蒙古河套灌区农业种植发展进程,分析了河套灌区多年农业净引水量变化趋势与影响因素,得出年降水量(超过211.76 mm时,即丰水年)和节水工程改造分别独立地与农业净引水量呈明显负相关关系的结论。运用时间序列法预测了2013、2014和2015年河套灌区的农业净引水量分别为44.5、44.18和43.86亿m3;同时运用生存分析法预测了在灌区现有节水改造规模条件下,河套灌区农业净引水量区间为35~55亿m3,平均为45亿m3。     

膜下滴灌条件下生物炭对土壤水热肥效应的影响

通过田间小区试验,研究膜下滴灌条件下农田施用生物炭0 t/hm2(A0)、15 t/hm2(A15)、30 t/hm2(A30)和45 t/hm2(A45)后玉米各生育期土壤含水率、温度和有机质及速效养分含量的变化规律.试验结果表明:在每个生育期,各处理耕层土壤含水率均随生物炭施用量增加呈先增加后减少的趋势,且均高于对照.在玉米拔节期、抽雄期和灌浆期差异性显著,且显著相关,其中A30处理增幅最大,达13.74%;在玉米三叶期和拔节初期,施用生物炭显著提高土壤表层温度,且呈正相关;在抽雄期、灌浆期和成熟期,土壤表层温度依次为A30>A0>A45>A15,与施炭量没有表现出显著相关;耕层土壤有机质和有效磷含量随施炭量增加而显著增加,且均高于对照,与施炭量表现出极显著相关;整个玉米生育期,相比对照A0,处理A15、A30和A45有机质最大增幅分别为:14%、20%和58%,有效磷最大增幅分别为:62%、99%和113%;施用生物炭后,各处理均显著提高了耕层土壤碱解氮和速效钾含量,相比对照A0,处理A15、A30和A45碱解氮的最大增幅分别为13%、17%和10%,速效钾的最大增幅分别为:35%、48%和63%.综上所述,膜下滴灌条件下适量施用生物炭可有效增加耕层土壤含水率、土壤温度和有机质及速效养分,生物炭具有一定的保水、保温、保肥特性,有利于提高土壤水、肥利用率.     

不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的影响

【目的】探求河套灌区不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的定量影响。【方法】试验设置地下水畦灌(J)、黄河水畦灌(H)和地下水滴灌(D)2种灌溉水源及3种灌溉方式,对比分析了不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的影响。【结果】滴灌能显著促进玉米对氮肥的利用效率以及玉米生长,增加玉米籽粒产量。滴灌处理玉米产量较黄河水畦灌、地下水畦灌分别提高8%~15%和10%~15%(P0.05);滴灌处理作物水分利用效率较黄河水畦灌、地下水畦灌分别提高36.7%~57.6%和44.4%~66.7%,黄河水畦灌较地下水畦灌分别提高5.6%、17.3%(P0.05);滴灌处理氮肥偏生产力较黄河水畦灌和地下水畦灌提高117%~131%、120%~131%(P0.05)。【结论】膜下滴灌可以明显提高玉米水分利用效率,促进植株生长和产量增加,是目前适宜于河套灌区玉米灌溉的节水方式之一。     

不同空间尺度下灌区灌溉水利用效率研究——以察尔森灌区为例

根据察尔森灌区2013-2014年实测数据,应用实测法与水量平衡法计算了田间水利用效率,通过典型渠道测试法计算了渠道水利用效率,在此基础上计算了察尔森灌区不同空间尺度下灌溉水利用效率;同时应用首尾法测算了察尔森灌区的灌溉水利用效率。结果表明,察尔森灌区从田间到斗渠尺度以及支渠到干渠尺度灌溉水利用效率降低明显,下一步灌区节水改造的重点是斗渠及干渠的工程建设和运行管理;首尾法所得灌区尺度下的灌溉水利用效率略大于典型渠道测试法,原因在于首尾法考虑了部分回归水的利用。     

大型灌区节水改造后地下水动态的

以黄河河套灌区的节水灌溉工程改造为目标，通过一个试验区（沙壕渠灌域）的实际分析，在地下水动力学数值模拟基础上，用Galerkin法对节水工程实施后的地下水动态进行预测，通过更大范围（解放闸灌域）用人工神经网络BP模型的快速算法进行了检验比较认为：成果基本可靠，有一定代表性，可供河套灌区水环境评估与宏观水管理预测和决策参考。     

秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

人工神经网络在冻土水盐空间变异与条件模拟中的应用比较

该文利用人工神经网络的BP模型建立了具有类似普通Kriging(OK)法和条件模拟(CS)运算目标的人工神经Kriging(NK)方法，在黄河河套平原进行了耕地和盐荒地初冻期、最大冻深期和融通期土壤水盐时空变异性的模拟和估值，通过NK法与OK法、CS法模拟、估值、检验结果及3种方法的理论变异函数、统计参数与实验变异函数的对比，结果表明NK法在消除滑动平均影响方面优于OK法，并以类似于CS法的空间变异性进行模拟，而且NK法有自身独特的优点，它不需要协方差函数的估计和变异函数的推求，对于含有一定特异值和一维到三维空间的扩展有更强的适应性，是对空间变异性应用研究方法的一种补充，同时拓宽了ANN的应用领域，具学科融合的优势。     

基于人工智能计算技术的区域性土壤水盐环境动态监测

根据区域水环境监测与评价的要求，采用人工智能计算技术的BP神经网络模型进行二维区域性土壤水盐环境动态监测，仿真计算了河套灌区内两个实验区的区域土壤水盐动态值，绘制出水盐等值线图与三维透视图，将两年的预测成果对比分析。结果表明：隆胜实验区2002、2004两年春季耕作层土壤水分平均值稳定为21.0%，电导率平均值分别为0.35 ms/cm、0.42 ms/cm，有少量积盐。沙壕渠实验区两年春季耕作层土壤水分平均值分别为25.8%、21.8%，水分减少4%，而电导率明显增加，从0.44 ms/cm增至0.66 ms/cm，土壤耕层积盐明显，值得引起重视。由于BP神经网络技术对原始数据无参数及分布要求，不涉及特异值处理问题，可消除普通克立格法的平滑效应，具有较强的非线性拟合智能，对采样系统布置无严格要求，计算程序简单实用，是对常用地质统计学Kriging传统预测方法的改进，有独特的优点，可应用于大面积土壤水盐动态监测工作。