基于典型计量统计的农业灌溉地下水用水量评估

【目的】利用现有计量统计机井数据准确评估典型地区灌溉农业地下水实际用水量。【方法】基于唐山市不同种植结构典型井灌区地下水计量统计数据,通过典型区域实地调查,结合降水量、农业种植结构、统计年鉴等数据,绘制不同种植结构下降水量与灌溉定额的关系曲线,评估2010年唐山地下水实际用水量。【结果】①水浇地、水田的灌溉定额与降水量的关系曲线分别为y=1.167×10^(7)x^(-1.2773)、y=378796x^(-0.6366),拟合R^(2)分别为0.8990、0.8833。②唐山市2010年降水量条件下不同种植结构作物灌溉定额表现为水田灌溉定额(5763~7649 m^(3)/hm^(2))>大棚灌溉定额(4950 m^(3)/hm^(2))>水浇地灌溉定额(2633~4647 m^(3)/hm^(2))。③唐山市2010年灌溉农业地下水实际开采量评估结果为13.08亿m^(3),与《唐山市水资源公报》数据相差9.42%。【结论】水田灌溉定额要大于大棚和水浇地,利用计量统计数据评估得到的农业地下水开采量可在一定程度上评估北方地区农业地下水实际开采量。

不确定性条件下农业微电网与灌溉系统相结合的鲁棒优化调度

农业微电网以低成本的方式为偏远农村地区的能源供应提供了一种有前景的解决方案.综合考虑风光抽水蓄能一体化农业微电网满足用电负荷和用水负荷需求,在可再生能源出力及用电负荷需求的不确定性条件下,提出包含抽水蓄能(PHS)电站的孤岛型农业微电网和灌溉系统相结合的鲁棒优化调度模型,利用农村地区水资源富足的特点和风光抽蓄补偿的优势,在最小化系统总成本的同时提高可再生能源的消纳.所提模型考虑分布式发电、用电负荷和用水负荷需求、涡轮流量和灌溉流量,具有多样性、多约束、非连续的特点.提出一种引力鲸鱼优化算法(GWOA)求解该模型,在某农业微电网上的仿真结果表明,GWOA可以获得比CPLEX求解器及其他新开发算法更具竞争力的解.另外,探究了降水量不确定性引起灌溉系统用水负荷需求变化对系统运行成本的影响以及使用PHS电站的必要性.

基于SVM算法的区域农田灌溉短期用水量预测方法

运用常规方法对区域农田灌溉短期用水量预测时易出现预测数据误差大、预测过程复杂等问题。本文以黄河流域某市东南方向的农田为研究对象,设计了基于SVM算法的区域农田灌溉短期用水量预测方法。基于SVM算法选择用水量特征,选取一对一的构造方法将农田灌溉短期用水量数据分为两个类别。通过SVM算法中支持向量机分类功能获取农田灌溉短期用水量特征子集,并在此基础上根据特征子集运用预测模型进行用水量预测。因为用水量序列波动性较强,所以将GM(1,N)模型与机器学习算法LSSVR模型相结合来进行用水量预测,并确定模型评价指标。结果表明,基于SVM算法的区域农田灌溉短期用水量预测方法误差在允许范围内,且在农业中具有可使用性。

考虑回归水重复利用的多水源灌区灌溉用水量分析

多水源灌区中的灌溉回归水重复利用是普遍存在的现象,分析了灌溉回归水重复利用的机理并结合改进SWAT模型的特点概化了灌溉回归水及其重复利用量的计算方法,并说明了实际灌溉用水量的计算方法。进一步以浙江省浦江县通济桥水库灌区为实例,利用改进SWAT模型构建其水文循环模型,利用长系列实测逐月径流及实测渠首灌溉取水量率定模型参数,并进行验证。其中率定期及验证期的纳什效率系数均大于等于0.85,4条干渠灌水量模拟值与实测值的平均相对误差低于5%,表明改进SWAT模型具有良好的模拟效果且可用于模拟灌区不同水源类型的灌水量。进一步根据模型模拟结果计算得到通济桥水库灌区灌溉回归水及其重复利用量、以及灌区实际灌溉用水量,结果表明,该灌区灌溉回归水重复利用率达到40%,考虑扣除灌溉回归水重复利用量后,灌区灌溉用水量将降低约5.4%,灌区骨干水源灌溉用水量占总用水量的63%,不能代替整个灌区的灌溉用水量。进一步说明灌区实际灌溉用水量统计时应考虑扣除灌溉回归水重复利用量,尤其针对大型灌区或大范围区域,灌区灌溉用水量减少的绝对值将十分可观,可提高灌区灌溉用水量统计精度。对于有监测设施的灌区,不能仅仅以监测水量作为灌区的灌溉用水量,应模拟统计灌区内来源不同水源类型的实际灌溉用水量。

基于系统动力学的平原河网型灌区多尺度下灌溉用水量计算方法研究

以嘉兴市长水塘灌区为研究对象,建立基于系统动力学的灌区水循环过程模拟模型,并引入灌片灌溉水回归系数,应用于灌区灌溉回归水重复利用量模拟分析以及多尺度下灌溉用水量计算。结果表明:通过对模型的率定与验证,模拟得到典型泵站模拟水量与实测值基本吻合,相对差绝对值均在15%以内,模拟得到的灌区河网水位变化趋势与实测过程基本一致。模型能够较好的反映灌区水量转化过程,能够为灌区灌溉用水量统计工作提供支撑。

考虑径流来水不确定性的灌溉用水量预测

有关径流预测和灌溉用水量的研究对优化配置和合理利用水资源、制订区域社会经济规划具有重要意义。该文应用灰色-时间序列分析法对蔡旗断面年径流量进行预测,然后以该径流预测结果为基础,进行基于不确定性的红崖山灌区2011-2020年最大效益及主要作物灌溉水量的预测。结果表明,径流预测结果与实测值比较吻合,合格率为67.6%,蔡旗径流受人类活动影响较大。此外,有效的节水改造措施在干旱缺水地区是十分必要的,它可大大提高水分利用效率,保证一定的经济效益。就红崖山灌区而言,棉花比起春小麦、籽瓜和白兰瓜,是单位水经济效益最大的作物,其次是白兰瓜,所以在可用水量短缺时,应保证棉花和白兰瓜的灌溉用水,以减小因缺水灌溉而带来的经济损失。

气候变化对汾西灌区灌溉用水量的影响研究

研究灌区气象要素长期变化特征及其对灌溉用水量的影响对掌握灌区灌溉用水规律从而进行更科学合理的灌溉具有一定的指导意义和实际参考价值。基于山西汾西灌区3个气象站点1975-2018年的实测气象资料,采用线性倾向估计、M-K检验等方法分析降水和气温的时间变化特征,用作物系数法计算灌区作物需水量和灌溉用水量,综合分析气候变化对灌溉用水量的影响,建立了不同水文典型年降水、作物需水量与灌溉用水量之间的关系。结果表明:44 a来汾西灌区降水量以2.7 mm/10a的速率下降,在1977年第一次突变;平均气温以0.471℃/10a的速率显著上升,在1997年突变;灌区气候向暖干方向发展,灌溉用水量以25.4 mm/10a的速率上升。气温突变伴随着降水骤降为多年最低值,灌溉用水量比多年均值增加了396.8 mm,远大于降水突变年。作物需水量增加1 mm,灌溉用水量就会增加1.92 mm;降水增多,其对灌溉用水的影响减小,单位降水量在丰、平、枯水年可分别引起1.29、1.74、2.72单位灌溉用水量的变化,枯水年的灌溉定额比丰、平水年多出20%。

我国农业灌溉用水量统计方法的确定及工作开展情况

在我国,农业是用水大户,农业灌溉用水情况十分复杂,统计工作难度较大。为了支撑最严格水资源管理考核工作,2014年水利部下发了《用水总量统计方案》(试行稿),方案中农业灌溉用水量的统计方法充分借鉴了水利普查中典型调查、由点及面、综合推算的统计方法,要求以灌区为基本单元,采取用水大户逐一计量统计、一般用水户抽样调查、综合推算区域农业用水量的技术方法,比传统水资源公报中定额匡算的方法在准确性上有了很大的提高。

广东印发小型灌区用水量推算指引

为深入实施用水统计调查制度,科学合理做好农业用水核算工作,2023年12月25日,省水利厅率先印发实施《广东省小型灌区用水量推算指引(试行)》。广东省小型灌区农业灌溉面积占全省灌溉面积超60%,其用水量占全省总用水量约25%。为探索解决小型灌区和潮排潮灌灌区农业取水监测计量及用水量统计难问题,自2022年以来,省水利厅组织省水科院开展了小型灌区和潮排潮灌灌区取水监测计量及用水量推算研究工作。

农作区净灌溉需水量模拟及不确定性分析

净灌溉需水量是估算农业灌溉用水量的参考依据。该文以西北干旱内陆区石羊河流域上中下游的古浪县,凉州区,民勤县为研究对象,在分析农业净灌溉需水量宏观驱动力因子(1959-2005)的基础上,以关键因子作为输入项,区域农业净灌溉量为输出项,分别建立农业净灌溉需水量的多元线性回归模型、人工神经网络BP模型以及人工神经网络集成模型。并对不同模型的模拟效果进行比较;通过对时间序列的离散化蒙特卡洛(MC)设计,采用不确定性评价指数(d-factor)对3种模型模拟的不确定性进行分析。结果表明:与多元线性回归模型和神经网络BP模型相比,神经网络集成模型具有较高的模拟精度,并能合理地指示影响因素与净灌溉需水量的不确定性变化。

温州市温瑞灌区净灌溉用水量测算

大型灌区净灌溉用水量的测算是计算大型灌区系数的一项重要内容,本文以温州市温瑞灌区为例,通过调查温瑞灌区作物种植情况,选取9个典型田块,在渠道末端设置量水设备量测典型田块作物的灌溉水量,通过相关公式计算得到灌区的年净灌溉用水量。研究方法可用于样点灌区的年净灌溉用水量测算。

一种用于田间作物净灌溉用水量计量的超声波水表智能量测系统研究

为了精准量测典型田块作物的灌溉水量,需要设置计量设施,但由于末级渠道现场条件复杂,典型田块可能存在边界不清、形状不规则、与灌区面积不协调,以及种植作物、进水口不够单一等情况,即便选出了典型田块,但由于多为U形渠道,也不便于在末级渠道设置简易量水槛或采用标准断面量水。基于此,本文提出了一种在现场条件复杂的情况下在典型田块设置的超声波水表智能量测系统,该系统结构简单、便于维护,量测效果良好,适合复杂条件下的田间作物的灌溉用水计量。

利用随机模拟的方法确定灌溉用水量频率曲线

对运城地区37年实测降雨、蒸发资料进行统计分析,分别考虑降雨蒸发为独立和互相关联的两种情况,建立了单变量和多变量季节自回归模型,生成了长系列月降雨和蒸发序列,并计算了长系列作物灌溉用水量频率曲线。结果表明:当降雨量大时,多变量模拟的蒸发量比单变量的要小,相反就大。因此多变量季节自回归模型更符合实际。通过多变量模型确定灌溉用水量频率曲线,其结果与实测序列基本吻合,该模型具有较强的实用性。

灌溉用水量的并联型灰色神经网络预测

该文提出了把人工神经网络和灰色预测方法结合成并联型灰色神经网络预测方法,用这种方法来预测灌溉用水量,并以预测方法有效度为优化指标求解组合模型加权系数。结果显示,灰色神经网络预测方法的平均误差为2.67%,明显低于单一的灰色预测方法和神经网络预测方法的平均误差,可以将这种组合方法应用于中长期灌溉用水量预测。

Elman反馈型神经网络模型在灌溉用水量预测中的应用

灌溉用水量的预测对灌区的灌溉管理起着重要的作用。运用神经网络中Elman反馈型神经网络建立了灌溉用水量预测模型,模型输入层神经元数目为4,输出层神经元数目为1,隐含层神经元数目确定采用试验法,最终确定为10。预测结果表明:该方法与传统的预测方法相比,具有网络稳定性高,训练误差曲线比较平滑,模型预报精度较高等优点。

灌溉水价与灌区灌溉用水量关系研究

运用经济学理论分析了灌溉水价与灌区灌溉用水量的关系,根据2000—2009年对关中地区冯家山、羊毛湾、石堡川3个灌区的实际调查资料,对不同灌区建立农业灌溉用水需求函数,计算灌溉用水需求价格弹性。研究表明,关中地区3个灌区中,石堡川灌区弹性最高,为-1.11;冯家山灌区和羊毛湾灌区弹性分别为-0.47和-0.69,即灌溉水价提高1%,灌溉用水量将下降0.47%～1.11%。对于现行水价较低的灌区,水价调高对该灌区将产生明显的节水效应;对现行水价较高的灌区,水价继续调高。

灰色等维新息模型在灌溉用水量预测中的应用研究

在分析现有灌溉用水量预测方法的基础上,运用灰色系统理论建立了等维新息模型GM(1,1),并用同步残差等维新息模型进行修正。结果表明,该模型能够及时更新数据信息,使模型保持良好的适应性,有效提高了预测精度。最后应用该模型对宝鸡峡灌区灌溉用水量进行预测检验,结果表明模型具有较高的预测精度。

基于作物需水的灌溉用水量核算方法及应用

用水量核算方法是最严格水资源管理制度实施的一项技术支撑。以山东济宁市梁山县为研究区,采用FAO(国际粮农组织)推荐的Penman-Monteith公式,计算了该县3种主要农作物的逐日作物需水量及净灌溉需水量。研究中考虑到研究区的作物种植面积、灌溉水利用系数等因素提出理论需水量和折算系数的概念,通过推求理论需水量与实际用水量的折算系数,对2011年和2012年梁山县灌溉用水量统计数据进行核算,核算的相对误差分别为0.08%和-1.52%,核算结果较好。

漳河灌区灌溉用水量及水分生产率变化分析

根据湖北省漳河灌区长系列灌溉用水量、作物产量及灌溉面积等资料 ,从田间、灌溉系统及整个灌区3个不同尺度分析了漳河灌区历年来灌溉用水量及灌溉水分生产率变化情况。结果表明 ,漳河水库农业灌溉供水从第一阶段的 8.5亿 m3减少到第三阶段的 3.94亿 m3 ,单位面积灌溉供水量从第一阶段的 5 94 6m3 /hm2减少到第三阶段的 30 91 m3 /hm2 ,灌溉水分生产率从第一阶段的 0 .6 5 kg/m3提高到第三阶段的 2 .37kg/m3。相应的在灌溉系统和田间尺度 ,单位面积灌溉供水量及灌溉水分生产率呈现同样变化规律。由于灌溉系统和灌区尺度水的重复利用程度逐渐提高 ,使从田间、灌溉系统到灌区灌溉水分生产率逐渐提高。分析灌溉水利用率及水分生产率提高的原因表明 ,节水灌溉技术的推广应用以及通过各类调蓄设施提高水的重复利用率等占一半 ,农业结构的调整及作物品种改进使粮食单产提高等占另一半。

南方多水源灌区农业灌溉用水量监测及统计研究

针对南方多水源灌区灌溉用水量统计存在水源众多、灌区取用水系统结构复杂、灌区水资源功能多样等特点,该文提出在灌区供、用、排等主要水循环节点建设用水计量监测设施,进而结合灌区水循环模型和农业灌溉用水量分析统计模型分析来确定灌区农业用水量的方法,实现南方多水源灌区农业灌溉用水量直接量测与模型计算有机结合。