基于Copula函数的人民胜利渠灌区地下水埋深与TDS联合分布分析

为了查明不同埋深区域地下水溶解性总固体(TDS)变化规律,选择人民胜利渠灌区为研究区,根据地下水TDS值将灌区划分为高值区域、过渡区域和低值区域,采用AIC准则筛选出最优Copula函数,采用最优Copula函数构建不同区域地下水埋深与TDS之间的联合分布,对两者的关系进行分析。结果表明:不同区域地下水埋深与TDS之间均具有较强的正相关关系,高值区域地下水埋深和TDS最优边缘分布均为Gamma分布,过渡区域和低值区域地下水埋深最优边缘分布均为Weibull分布、TDS最优边缘分布均为Gamma分布。各典型观测井埋深-TDS最优联合分布函数均为Frank Copula函数。根据联合概率等值线可得当地下水埋深与TDS增大时,联合概率值也增大;当联合概率值一定时,TDS随着地下水埋深的增大而降低,并趋于稳定;联合概率等值线也可以反映任意埋深下TDS所发生的概率,以及同一概率下不同埋深与TDS之间可能出现的组合。

人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价研究

为科学分析灌区水资源节约集约利用现状与发展趋势,以人民胜利渠灌区为例,采用层次分析(AHP)法与熵值法组合权重相结合的TOPSIS评价方法,分农业用水、生活用水、生态用水、工业用水4个子系统,进行水资源节约集约利用综合评价,并对障碍因子进行识别。结果表明:人民胜利渠灌区水资源节约集约利用程度整体为“中等”等级,并呈现上升的发展趋势,原阳县、延津县、卫辉市和新乡县水资源节约集约利用贴近度相对较高,农业用水耗水率、节水灌溉设备普及率、人均粮食产量等农业用水评价指标为灌区水资源节约集约利用的主要障碍因子。

基于机器学习-CFD的明渠流速场预测模型

快速准确地预测渠道的断面流速场,对明渠的设计、维护和提高灌溉效率具有重要意义,而对于水位变化速度快、幅度大的渠道,实时预测其流速场更为困难。以都江堰人民渠总干渠为例,基于机器学习-CFD提出了一种构建实时流速场预测模型的新方法:首先,使用计算流体力学(CFD)对目标明渠断面进行模拟;然后,建立机器学习模型(SaDE-ELM),在SaDE-ELM中构建一个全连接的3层三输入一输出的神经网络,其隐藏层节点的参数通过流速场数据特征在策略库中自适应选择进化策略的差分进化算法进行计算,使用Moore-Penrose广义逆来计算该网络输出层权重;最后,使用CFD断面模拟数据训练SaDE-ELM。该SaDE-ELM模型训练完成后,只要输入该明渠的水位和断面任意点的位置坐标,即可输出该点的流速,以此得到明渠整个断面的流速场。结果表明,该模型的预测结果符合明渠流速分布的一般规律,且具有较高精度,可供类似工程参考。

人民胜利渠灌区多水源循环转化模型研究

从取水、输水、配水、排水系统的角度,构建了人民胜利渠灌区多水源循环转化模型,定量模拟分析了人民胜利渠灌区系统多年平均下的多水源循环转化关系。结果表明,从农田灌排系统角度,构建灌区多水源循环转化模型是可行的,能够较好地模拟灌区系统多水源循环转化过程;人民胜利渠灌区水资源的转化主要集中在输水和配水系统中,水资源转化量分别约为1.76亿和9.66亿m^3,取水系统和排水系统水资源转化量较小,分别为0.01亿和0.13亿m^3。输水系统中水资源转化以渗漏为主,渠系渗漏量约占总引黄水量的44%,这增加了引黄输水渠道沿线农田遭受渍害和土壤次生盐碱化的风险;配水系统中农田渗漏量约占水资源转化量的28%,这可能与部分地区仍采用落后的灌溉方式有关。

人民胜利渠灌区气象因素及干旱特征演变分析

近年来灌区水资源短缺现象频发,为定量分析人民胜利渠灌区气候变化特征,利用数理统计、Mann-Kendall趋势检验法、气候倾向率和标准化降水蒸散指数(SPEI)等方法,分析了1951—2017年灌区气象因素及干旱特征年、季的演变规律。结果表明:灌区年平均相对湿度、降水量和水面蒸发量均呈现下降趋势,年最低气温、最高气温和平均气温均呈现升高趋势,且在不同年份发生明显突变;冬季平均相对湿度气候倾向率最大为-1.14%/(10 a),最低气温、最高气温和平均气温的气候倾向率均在春季最大(分别为0.52、0.18、0.40℃/(10 a)),年降水量的气候倾向率最大(-12.49 mm/(10 a)),夏季蒸发量的气候倾向率最大(-6.91 mm/(10 a));灌区多年平均干旱发生频率为33.43%,约每3 a就会发生一次干旱,春季、夏季和秋季干旱发生频率分别为56.72%、56.72%和26.87%,而冬季无干旱情况发生。

灌区粮食生产水足迹的影响因素研究

以人民胜利渠灌区为研究区,基于1961—2013年的长系列数据,采用彭曼公式和CROPWAT软件,计算出历年灌区冬小麦的蓝水、绿水足迹,并根据计算结果进行蓝水、绿水足迹及其影响因子的时间序列分析。采用结构方程模型方法,对蓝水、绿水足迹与气候和农业投入因子的作用关系进行路径分析。结果表明:1961—2013年灌区冬小麦的蓝水、绿水足迹均呈显著下降趋势,作物需水量(ETc)无显著变化,冬小麦产量显著增加是其蓝水、绿水足迹下降的主要原因;影响冬小麦ETc的主要气象因素是平均风速、平均气温、相对湿度和日照时数;在不考虑农业投入的影响时,灌区冬小麦生长季平均风速是对蓝水、绿水足迹影响最大的气候因子,日照时数和有效降水的影响次之;在农业投入和气象因子的共同作用下,冬小麦蓝水、绿水足迹的主要影响因素为农用化肥使用折纯量、农业机械总动力和有效降水。

人民胜利渠灌区水资源可持续利用综合评价

基于复合系统理论,利用分层和矩阵原理,采用模糊综合评价法,从水资源禀赋、水资源开发利用、社会经济和生态环境4个层次16个指标对人民胜利渠灌区水资源可持续利用状况进行综合评价。结果显示:灌区水资源可持续利用综合评分为50%频率年的大于75%频率年的,与水资源开发利用、社会经济和生态环境准则评分随不同年型的变化规律相一致,而水资源禀赋准则的变化规律为50%频率年的评分小于75%频率年的,说明人民胜利渠灌区水资源的开发利用处于可持续利用状态,具有连续性和持久性。

人民胜利渠灌区水资源高效利用调控技术研究

在分析总结近几年灌区水资源高效利用调控理论与技术发展的基础上,提出适用于人民胜利渠灌区水资源的调控技术方案:作物种植结构调整和井渠用水比例调整,并建立引黄灌区地表水-地下水联合优化调度模型,定量分析其引、用、耗水关系及地下水变化规律。结果表明,人民胜利渠灌区通过采用作物种植结构调整和井渠灌水比例调整,从节水、经济、生态等方面均可以达到高效利用水资源的目的。

灌区地下水作为生活饮用水的适宜性演变规律分析

灌区地下水适宜性评价及适宜性演变过程分析对地下水合理开发利用具有重要的意义。基于人民胜利渠灌区1996—2016年地下水水化学数据,采用单因子法评价了地下水作为生活饮用水的适宜性,分析了评价结果的时空演变规律及影响该适宜性的因素。结果表明:研究区地下水水质超标范围明显扩大,水样中超标指标个数明显增加,说明该区地下水水质恶化趋势明显,总体呈现向越来越不适宜作为生活饮用水的方向发展;至2016年,研究区地下水水质超标区域呈条带状向两侧扩展至西南及东北边界,地下水不适宜作为生活饮用水的区域面积约占一半以上;研究区地下水水质超标区域的水样基本为多指标复合超标,而非单指标超标。

大型灌区地下水资源承载力评价指标体系及评价方法研究

从地下水资源系统功能角度出发,探讨了大型灌区地下水资源承载力的特征与内涵,提出了灌区地下水资源承载力概念框架,并建立了大型灌区地下水资源承载力的综合评价指标体系.运用模糊数学、层次分析的有关理论,建立了层次模糊综合评价模型来评价大型灌区地下水资源的承载力.并以人民胜利渠灌区为典型灌区,对地下水资源承载力进行了评价,评价结果可为灌区的可持续发展提供理论参考.

人民胜利渠灌区地下水水质评价

地下水水质评价是掌握水质状况及保护水资源的一项重要工作。基于2016年人民胜利渠灌区22个主要监测井的丰、枯水期监测结果,采用单因子评价法、内梅罗指数法、模糊-熵值评价法对研究区地下水水质进行评价,并对评价结果进行对比分析。结果表明:G04、G05、G14、G15监测点的污染最严重,较为严重的污染因子有总硬度、溶解性总固体、亚硝酸盐等;丰、枯水期的地下水水质均较差,由丰水期到枯水期,受耗氧量、亚硝酸盐、氨氮等评价因子变好的影响,水质有转好的趋势。

基于EMD-AR模型的黄河下游灌区地下水漏斗演变预测

社会经济和农业的不断发展使得人们对地下水需求程度变得愈来愈强,导致开采区出现严重的地下水漏斗,影响当地社会、经济与环境的高质量发展.为探明黄河下游灌区地下水漏斗演变特征,基于人民胜利渠灌区24个观测井64年的实测数据,通过ArcGIS空间插值对整个灌区地下水漏斗的形成、演变特征及年际变化趋势进行分析.采用基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的自回归(Autoregression,AR)模型和普通最小二乘(Ordinary Least Squares,OLS)线性回归模型分别对2022-2030年夏庄漏斗的中心水位和面积进行预测.结果表明,整个灌区地下水漏斗中心最先出现在董庄,逐渐过渡形成以夏庄为中心的地下水漏斗,漏斗中心水位在不断下降,面积不断增加.2022-2030年夏庄漏斗中心水位下降约1.5 m,面积增加约8.5 km^(2).以2025年为分界点,2025年前后漏斗中心水位和面积变化速度不同.2022-2025年漏斗中心水位下降速度约为0.08 m/a,漏斗面积增加速度约为1.4 km^(2)/a,2025-2030年漏斗中心水位下降速度约为0.25 m/a,漏斗面积增加速度约为0.85 km^(2)/a.该研究结果有助于对黄河下游地下水漏斗演变的深层次理解,可为漏斗的治理修复及区域高质量发展提供理论支撑.

人民胜利渠灌区灌溉水利用系数计算方法研究

在对灌区计算参数概化的基础上,采用经验公式法和实测曲线拟合法分别计算了人民胜利渠灌区渠道单公里渗漏量,以斗渠为控制单元,分不同方案自下而上计算不同级别渠道渗漏损失、推算渠首流量,采用多元线性回归的方法分析计算基于空间分布的灌区灌溉水利用系数,分析认为实测曲线拟合法回归分析计算结果更适合该灌区实际情况,并提出了适用于该灌区灌溉水利用系数的计算方法。

PET估算方法在人民胜利渠灌区适用性分析

为寻求适合气象资料相对较少的人民胜利渠灌区的潜在蒸散发量(PET)计算方法,利用新乡站历年逐日气象监测资料,以Penman-Monteith法估算结果为标准,评价Hargreaves法和Priestley-Taylor法计算潜在蒸散发量的效果。结果表明:采用初始参数时,应用Priestley-Taylor法计算的年和日的PET误差较小,应用Hargreaves法计算的月PET误差较小;采用校正参数的Hargreaves法在年、月和日尺度上误差明显减小,在年和月的计算结果中误差指标均小于Priestley-Taylor法,日计算结果 Priestley-Taylor法优于Hargreaves法,建议今后该区在估算年、月的PET时优先选用Hargreaves法,而在估算日的PET时优先选用Priestley-Taylor法。

人民胜利渠灌区渠井结合节水灌溉的田间措施

人民胜利渠灌区渠井结合节水灌溉的斗渠、农渠全部采用了混凝土U形渠道,田间灌水工程中推广短畦窄垄,达到了节水的目的。渠井结合工程布局方案包括机井合理密度、渠井位置、田面工程规格、配套排水工程布设等。以翟坡镇灌溉区为典型,进行了渠井结合工程的效益分析:666.7 hm2耕地工程建设需要投资105.64万元,每年可创经济效益74.14万元,还本年限为1.76 a,经济效益显著;渠井结合节水灌溉的田间工程措施还可调控地下水位,提高水的利用率,社会效益显著。

人民胜利渠灌区水资源安全综合评价

基于灌区水资源安全理论,构建水量、用水效率、生态3个准则层,选取水资源总量、每公顷农田灌溉水量、万元工业增加值用水量、生态用水量占比等10个指标,并依据人民胜利渠灌区2015—2020年社会、自然、经济和水资源等相关数据及统计资料,采用熵权法-层次分析法评价模型,对人民胜利渠灌区水资源安全进行综合评价。结果表明:2015年、2016年和2020年人民胜利渠灌区水资源处于基本安全状态,2018年和2019年处于安全状态,2017年处于不安全状态。通过深入辨识分析影响人民胜利渠灌区水资源安全的各项指标,发现提升水资源利用效率、推广节水灌溉技术以及实现水资源供需均衡,是确保人民胜利渠灌区水资源安全的关键。

人民胜利渠灌区引黄效益分析

灌区一般是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统和相应排水沟道的灌溉面积,是由水库、渠道、田地、作物组成的一个综合体。伴随着水资源的短缺,为提高水资源的可持续利用,要大力发展灌区。灌区也是人类经济活动的产物,随社会经济的发展而发展。从人民胜利渠建成60多年来和在灌区的运行情况来看,在农田灌溉、抗旱补源、沉沙改土等方面取得了很好的效益和成功经验,在人民治黄历史上画出了浓墨重彩的一笔,成为黄河下游引黄灌溉的一面旗帜。