發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 13:24

  本文關(guān)鍵詞：基于不確定性分析的農(nóng)業(yè)水土資源多尺度優(yōu)化配置方法與模型研究

  更多相關(guān)文章： 農(nóng)業(yè)水土資源 優(yōu)化配置 方法與模型 不確定性 多尺度

【摘要】：發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇,農(nóng)業(yè)水土資源合理配置是提高農(nóng)業(yè)資源利用效率的重要途徑。不同空間尺度下的農(nóng)業(yè)水土資源配置具有不同的特點(diǎn),存在差異性。同時(shí),氣候變化和人類活動(dòng)導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)水土資源配置系統(tǒng)的不確定性。因此,研究不確定性條件下農(nóng)業(yè)水土資源多尺度優(yōu)化配置方法及模型對(duì)促進(jìn)變化環(huán)境下農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。本文以黑河中游綠洲為研究對(duì)象,針對(duì)農(nóng)業(yè)水土資源配置系統(tǒng)中存在的諸多不確定性,在明晰各尺度農(nóng)業(yè)水土資源相互作用關(guān)系的基礎(chǔ)上,構(gòu)建適合不同尺度的農(nóng)業(yè)水土資源優(yōu)化配置不確定性模型體系并探討其解法。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)區(qū)域水土資源配置。構(gòu)建了考慮來水隨機(jī)性的雙層線性分式規(guī)劃模型并采用交互式模糊算法進(jìn)行求解。該模型可以綜合上下層不同決策主體的利益,定量處理效益最大和用水量最小兩個(gè)目標(biāo)并提高配置效率,反映來水隨機(jī)性。結(jié)果表明,黑河中游綠洲的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)4個(gè)用水部門的優(yōu)化總配水量比實(shí)際減少0.24億m3。高、中、低流量情況下,農(nóng)業(yè)用水量比重分別為87.6%、84.2%、82.4%。在總種植面積不變的條件下,優(yōu)化的各類作物面積較實(shí)際有所調(diào)整,整體效益增加3.2億元。(2)灌區(qū)水土資源配置與風(fēng)險(xiǎn)分析。構(gòu)建了基于供需水隨機(jī)模擬的灌區(qū)配水模型和基于隨機(jī)模糊數(shù)的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。兩個(gè)模型的框架均為區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃模型,共同特點(diǎn)為可獲得當(dāng)隨機(jī)事件發(fā)生時(shí)最小資源缺失情況下的最大效益,均衡資源分配獲益與損失之間的矛盾。此外,灌區(qū)配水模型能夠充分反映輸入?yún)��?shù)的隨機(jī)特性,獲得具有概率分布的優(yōu)化配置結(jié)果,而配土模型定量處理了輸入?yún)��?shù)中同時(shí)具有隨機(jī)和模糊的雙重不確定性。結(jié)果表明,黑河干流灌區(qū)優(yōu)化總配水量比實(shí)際減少0.54億m3,配水效率略微增加。優(yōu)化總土地面積比實(shí)際減少3.17萬hm2,單方效益提高1.28元/hm2。黑河中游綠洲缺水風(fēng)險(xiǎn)處于可接受風(fēng)險(xiǎn)和瀕臨風(fēng)險(xiǎn)范圍之間。(3)渠系水土資源配置。以盈科灌區(qū)為典型灌區(qū),構(gòu)建了干支渠流量和時(shí)間分配模型、分支渠/斗渠輪灌組劃分模型及種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。所構(gòu)建的模型注重減少輸配水過程中的滲漏損失,提高水土資源配置效率。結(jié)果表明,盈二支在夏灌一輪、夏灌二和三輪、秋灌一和二輪的配水流量分別為3.32 m3/s、3.42 m3/s、3.38 m3/s,各輪期內(nèi)配水流量均勻,利于管理和工程實(shí)施。(4)田間水資源配置。構(gòu)建了基于作物區(qū)間水分生產(chǎn)函數(shù)的區(qū)間線性分式規(guī)劃模型。該模型在考慮田間輸配水區(qū)間不確定性的基礎(chǔ)上,平衡配水效益與節(jié)水之間的矛盾,以獲得最大的灌溉水分生產(chǎn)力。在此基礎(chǔ)上,為協(xié)調(diào)灌區(qū)內(nèi)管理者和農(nóng)民的利益矛盾,將灌區(qū)-作物作為一個(gè)整體,構(gòu)建線性分式-二次雙層規(guī)劃模型,并采用拉格朗日函數(shù)構(gòu)造結(jié)合庫恩塔克條件的方法求解。結(jié)果表明,區(qū)間線性分式規(guī)劃模型的水分生產(chǎn)力較常規(guī)線性規(guī)劃模型提高1.25 kg/m3,而線性分式-二次雙層規(guī)劃模型的水分生產(chǎn)力比基于二次函數(shù)的作物全生育期配水模型提高4%。(5)農(nóng)業(yè)水土資源規(guī)劃。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和智能算法相結(jié)合的方法對(duì)黑河中游綠洲水文要素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。采用模糊識(shí)別模型結(jié)合尖點(diǎn)突變模型的方法計(jì)算各行政區(qū)的農(nóng)業(yè)用水安全閾值。采用邊際效益理論結(jié)合節(jié)水潛力分析方法估算黑河中游17個(gè)灌區(qū)的用水閾值區(qū)間。在此基礎(chǔ)上,綜合各尺度建模思想,對(duì)黑河中游農(nóng)業(yè)水土資源進(jìn)行綜合規(guī)劃并動(dòng)態(tài)分析農(nóng)業(yè)用水安全情況,構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源配置決策支持系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)黑河中游農(nóng)業(yè)水土資源的系統(tǒng)和自動(dòng)化管理提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：F323.213;S274

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本文編號(hào)：1282672