农业水土资源利用评价与均衡优化调控研究 ——以宁夏为例
发布时间：2021-08-27 05:27
农业水土资源是人类生产生活的物质基础,其分布不均衡和利用不合理等问题严重威胁区域发展和粮食安全。本文以理论构建为前提,用空间分析方法对宁夏农业水土资源匹配特征进行分析评价,解析了水土资源利用因素对农业产出影响的关键问题,通过耦合协调模型综合评判宁夏农业水土资源与经济、生态系统耦合协调发展状态,最后选取代表性灌区构建水土资源均衡优化配置模型展开实例研究,为宁夏农业水土资源管理提供理论与技术支撑。主要结论有:（1）通过提炼农业水土资源均衡优化调控的基础理论,提出农业水土资源均衡优化调控的概念及以“水土资源均衡匹配”、“大系统协调”和“时空均衡”为核心的内涵要义,同时阐述了农业水土资源均衡优化调控应遵循的基本原则、决策机制及实现该目标的主要技术路径。（2）宁夏灌溉用水量与有效灌溉面积之间的空间平衡度明显高于农业灌溉用水量与耕地面积。2007～2017年,宁夏农业水土资源匹配度不断提高,但有灌溉条件的地区农业水资源分配出现更大的变异性。宁夏中北部县区的错配指数较低,农业灌溉用水充分,而东南部县区地多水少的问题始终较严重。研究期宁夏农业灌溉用水量对农业土地面积变化的敏感性增加,高敏感区域逐渐向宁...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
贺兰县灌区水资源配置网络图
通过对贺兰县实际情况剖析,构建灌区水土资源均衡优化配置模型的主要思路为:以不同节水发展情景为前提,首先构建地表水-地下水空间均衡优化配置模型,其输出的各区域空间均衡优化结果作为约束条件进入下一阶段,即时间优化配置模型,由此得出的地表水、地下水供水结果与地下水数值模拟模型结合输出地下水位,地下水位分布结果如果满足设定的地下水位优化目标,则停止模型输出结果,否则,调整地表水和地下水供水量,反复迭代计算直到满足条件。该模型不仅可以实现灌区水土资源的区域均衡和时间均衡,同时兼顾灌区经济、社会和生态效益。具体说来,即水土资源均衡减少了灌溉缺水量,提高经济效益;灌溉水空间均衡体现区域公平,兼顾社会效益;地下水位调控解决了实际生态问题,实现部分生态效益。综上,该模型可以提高水土资源均衡度,促进灌区经济社会和生态环境改善,同时实现水土资源时空均衡,较全面地达到均衡优化调控的目标。灌区水土资源均衡优化配置模型的技术路线,见图7.5所示。7.4.2 水土资源均衡优化配置模型与求解
鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)是在2016年由澳大利亚学者Mirijalili和Lewis通过模拟座头鲸狩猎行为提出的一种全新的元启发式优化算法。座头鲸是世界上最大的哺乳动物之一,其大脑的某些区域有着与人类相似的梭形细胞,这种梭形细胞使其具有判断、情感和社会行为。座头鲸具有十分特殊的捕猎方法,喜欢在海面附近的捕食鱼虾等猎物,通过吐气泡形成泡泡网(bubble-net)的策略将猎物围在一个圆圈里。在捕食的过程中,座头鲸会向下潜水12米等待猎物,然后以向上螺旋的方式在猎物周围吐气泡,并逐渐向上靠近猎物,把猎物围在气泡中间最终完成觅食。其狩猎的示意图如图7.6所示(Aljarah et al.,2018)。鲸鱼算法就是受到座头鲸螺旋泡沫网捕食机制的启发进行数学建模,以达到优化的目的。鲸鱼算法与其他优化算法相比,最大的优势即操作简便,调参少,可以增大避免局部最优的可能性(牛培峰等,2017)。(2)数学模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]水资源空间均衡理论应用规则和量化方法[J]. 左其亭,韩春辉,马军霞. 水利水运工程学报. 2019(06)
[2]水资源空间均衡研究进展[J]. 金菊良,郦建强,吴成国,何君,郭旭宁,张浩宇,陈梦璐,陈磊. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]国内外区域水土资源匹配研究综述[J]. 刘晶,鲍振鑫,刘翠善,贺瑞敏,王婕,王国庆. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[4]水资源空间均衡理论方法及应用研究框架[J]. 左其亭,韩春辉,马军霞,王鑫. 人民黄河. 2019(10)
[5]十六字治水方针的科学内涵及其对长江治理的启示[J]. 张细兵. 人民长江. 2019(S1)
[6]基于不平衡指数的郑州、洛阳水资源空间均衡分析[J]. 亢晓龙,尹鹏博. 河南水利与南水北调. 2019(04)
[7]德国空间均衡发展的特点、做法及借鉴[J]. 汤怀志,梁梦茵,张清春. 中国土地. 2019(03)
[8]基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置[J]. 岳琼,郭萍,王友芝,张成龙,李鹏. 农业机械学报. 2019(04)
[9]中国耕地变化及耕地与水资源的匹配研究[J]. 陈紫璇,陈云浩,雷添杰. 水利水电技术. 2019(02)
[10]中国水土资源本底匹配状况研究[J]. 孙侦,贾绍凤,严家宝,朱文彬,梁媛. 自然资源学报. 2018(12)
博士论文
[1]面向生态的绿洲适度农业规模及布局优化研究[D]. 郝丽娜.西北农林科技大学 2019
[2]变化环境下锡林河流域地表水与地下水耦合模拟[D]. 李玮.内蒙古农业大学 2018
[3]供需要素视角下人地系统可持续性评估与空间均衡研究[D]. 张玉泽.山东师范大学 2017
[4]基于不确定性分析的农业水土资源多尺度优化配置方法与模型研究[D]. 李茉.中国农业大学 2017
[5]河南省农业生态环境与农业经济耦合系统协同发展研究[D]. 陈锋正.新疆农业大学 2016
[6]面向生态系统服务的水土资源优化配置研究[D]. 郭艳.郑州大学 2016
[7]基于复杂适应系统理论的区域水土资源优化配置与粮食安全风险分析[D]. 成琨.东北农业大学 2015
[8]西北旱区农业水土资源利用分区及其匹配特征研究[D]. 耿庆玲.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2014
[9]玛纳斯河流域种植业用水结构时空变化与种植结构关系研究[D]. 范文波.西北农林科技大学 2014
[10]资源配置视角下经济社会协调发展：政策绩效、仿真模拟及政策优化[D]. 邵青.浙江大学 2014
硕士论文
[1]面向荷载均衡的水资源配置评价研究[D]. 张淑林.西北农林科技大学 2019
[2]区域农业水土资源—环境特征及其耦合协调性分析[D]. 刘春雷.东北农业大学 2018
[3]黑龙江省灌溉用水效率评价指标时空分布及影响因素分析[D]. 孙梦欣.东北农业大学 2018
[4]潍坊北部超采区地下水位预测与恢复研究[D]. 刁维杰.山东农业大学 2017
[5]区域水资源与经济社会均衡发展及市场机制研究[D]. 王亚迪.郑州大学 2017
[6]不确定性区域农业水资源管理研究[D]. 杜鹏.华北电力大学 2015
[7]吉林西部地下水模拟预报及生态效应探讨[D]. 秦雅飞.吉林大学 2008
本文编号：3365744
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
贺兰县灌区水资源配置网络图
通过对贺兰县实际情况剖析,构建灌区水土资源均衡优化配置模型的主要思路为:以不同节水发展情景为前提,首先构建地表水-地下水空间均衡优化配置模型,其输出的各区域空间均衡优化结果作为约束条件进入下一阶段,即时间优化配置模型,由此得出的地表水、地下水供水结果与地下水数值模拟模型结合输出地下水位,地下水位分布结果如果满足设定的地下水位优化目标,则停止模型输出结果,否则,调整地表水和地下水供水量,反复迭代计算直到满足条件。该模型不仅可以实现灌区水土资源的区域均衡和时间均衡,同时兼顾灌区经济、社会和生态效益。具体说来,即水土资源均衡减少了灌溉缺水量,提高经济效益;灌溉水空间均衡体现区域公平,兼顾社会效益;地下水位调控解决了实际生态问题,实现部分生态效益。综上,该模型可以提高水土资源均衡度,促进灌区经济社会和生态环境改善,同时实现水土资源时空均衡,较全面地达到均衡优化调控的目标。灌区水土资源均衡优化配置模型的技术路线,见图7.5所示。7.4.2 水土资源均衡优化配置模型与求解
鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)是在2016年由澳大利亚学者Mirijalili和Lewis通过模拟座头鲸狩猎行为提出的一种全新的元启发式优化算法。座头鲸是世界上最大的哺乳动物之一,其大脑的某些区域有着与人类相似的梭形细胞,这种梭形细胞使其具有判断、情感和社会行为。座头鲸具有十分特殊的捕猎方法,喜欢在海面附近的捕食鱼虾等猎物,通过吐气泡形成泡泡网(bubble-net)的策略将猎物围在一个圆圈里。在捕食的过程中,座头鲸会向下潜水12米等待猎物,然后以向上螺旋的方式在猎物周围吐气泡,并逐渐向上靠近猎物,把猎物围在气泡中间最终完成觅食。其狩猎的示意图如图7.6所示(Aljarah et al.,2018)。鲸鱼算法就是受到座头鲸螺旋泡沫网捕食机制的启发进行数学建模,以达到优化的目的。鲸鱼算法与其他优化算法相比,最大的优势即操作简便,调参少,可以增大避免局部最优的可能性(牛培峰等,2017)。(2)数学模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]水资源空间均衡理论应用规则和量化方法[J]. 左其亭,韩春辉,马军霞. 水利水运工程学报. 2019(06)
[2]水资源空间均衡研究进展[J]. 金菊良,郦建强,吴成国,何君,郭旭宁,张浩宇,陈梦璐,陈磊. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]国内外区域水土资源匹配研究综述[J]. 刘晶,鲍振鑫,刘翠善,贺瑞敏,王婕,王国庆. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[4]水资源空间均衡理论方法及应用研究框架[J]. 左其亭,韩春辉,马军霞,王鑫. 人民黄河. 2019(10)
[5]十六字治水方针的科学内涵及其对长江治理的启示[J]. 张细兵. 人民长江. 2019(S1)
[6]基于不平衡指数的郑州、洛阳水资源空间均衡分析[J]. 亢晓龙,尹鹏博. 河南水利与南水北调. 2019(04)
[7]德国空间均衡发展的特点、做法及借鉴[J]. 汤怀志,梁梦茵,张清春. 中国土地. 2019(03)
[8]基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置[J]. 岳琼,郭萍,王友芝,张成龙,李鹏. 农业机械学报. 2019(04)
[9]中国耕地变化及耕地与水资源的匹配研究[J]. 陈紫璇,陈云浩,雷添杰. 水利水电技术. 2019(02)
[10]中国水土资源本底匹配状况研究[J]. 孙侦,贾绍凤,严家宝,朱文彬,梁媛. 自然资源学报. 2018(12)
博士论文
[1]面向生态的绿洲适度农业规模及布局优化研究[D]. 郝丽娜.西北农林科技大学 2019
[2]变化环境下锡林河流域地表水与地下水耦合模拟[D]. 李玮.内蒙古农业大学 2018
[3]供需要素视角下人地系统可持续性评估与空间均衡研究[D]. 张玉泽.山东师范大学 2017
[4]基于不确定性分析的农业水土资源多尺度优化配置方法与模型研究[D]. 李茉.中国农业大学 2017
[5]河南省农业生态环境与农业经济耦合系统协同发展研究[D]. 陈锋正.新疆农业大学 2016
[6]面向生态系统服务的水土资源优化配置研究[D]. 郭艳.郑州大学 2016
[7]基于复杂适应系统理论的区域水土资源优化配置与粮食安全风险分析[D]. 成琨.东北农业大学 2015
[8]西北旱区农业水土资源利用分区及其匹配特征研究[D]. 耿庆玲.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2014
[9]玛纳斯河流域种植业用水结构时空变化与种植结构关系研究[D]. 范文波.西北农林科技大学 2014
[10]资源配置视角下经济社会协调发展：政策绩效、仿真模拟及政策优化[D]. 邵青.浙江大学 2014
硕士论文
[1]面向荷载均衡的水资源配置评价研究[D]. 张淑林.西北农林科技大学 2019
[2]区域农业水土资源—环境特征及其耦合协调性分析[D]. 刘春雷.东北农业大学 2018
[3]黑龙江省灌溉用水效率评价指标时空分布及影响因素分析[D]. 孙梦欣.东北农业大学 2018
[4]潍坊北部超采区地下水位预测与恢复研究[D]. 刁维杰.山东农业大学 2017
[5]区域水资源与经济社会均衡发展及市场机制研究[D]. 王亚迪.郑州大学 2017
[6]不确定性区域农业水资源管理研究[D]. 杜鹏.华北电力大学 2015
[7]吉林西部地下水模拟预报及生态效应探讨[D]. 秦雅飞.吉林大学 2008
本文编号：3365744
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