庫路巴依·吾布力

（喀什水文水資源勘測局，新疆喀什844000）

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投影追蹤模型在新疆農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響因子分析中的應(yīng)用

庫路巴依·吾布力

（喀什水文水資源勘測局，新疆喀什844000）

摘要：本文采用遺傳算法對投影方向進(jìn)行優(yōu)化，建立投影追蹤模型，并基于該模型分析新疆某灌區(qū)灌溉用水系數(shù)的影響度分析，研究結(jié)果表明：不同片區(qū)灌區(qū)影響指標(biāo)不同，渠道襯砌度較高的片區(qū)，投影追蹤指標(biāo)值較大，灌區(qū)用水系數(shù)較大。研究成果對于農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水效率分析和用水規(guī)劃提供參考價值。

關(guān)鍵詞：投影追蹤模型；灌區(qū)用水系數(shù)影響因子；投影追蹤指標(biāo)值；新疆農(nóng)業(yè)灌區(qū)

引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉用水效率的高低直接影響到農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。當(dāng)前，水資源日趨緊張，提高灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率是當(dāng)前許多學(xué)者研究的熱點問題。而對于農(nóng)業(yè)灌溉用水效率分析的前提是需要對農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響因子的分析，對于農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響因子的分析，國內(nèi)許多學(xué)者展開過相關(guān)研究，并取得一定的研究成果［1-5］。但是這些研究成果采用的方法大都是統(tǒng)計學(xué)方法結(jié)合實地調(diào)查分析，這些成果存在一定的主觀性。投影追蹤模型，結(jié)合數(shù)學(xué)模型的方法，采用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的方法，當(dāng)前，在許多水資源影響分析中得到應(yīng)用，取得一定的研究成果［6-8］。胡超［9］首次將投影追蹤模型用于灌區(qū)用水系數(shù)影響因子分析中，但是投影追蹤模型在新疆灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響因子還未進(jìn)行相關(guān)研究，而新疆為農(nóng)業(yè)大省份，灌溉用水效率尤為重要，需要對新疆灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)的影響因子進(jìn)行不同程度的分析。為此，本文引入投影追蹤模型，結(jié)合新疆灌區(qū)的實際情況，選取灌區(qū)用水影響因子，并應(yīng)用遺傳算法對投影追蹤模型的投影方向進(jìn)行優(yōu)化，基于優(yōu)化的投影追蹤模型對新疆某灌區(qū)不同片區(qū)的灌溉用水系數(shù)影響因子進(jìn)行分析。研究成果對于新疆灌區(qū)的用水效率分析和用水規(guī)劃提供參考價值。

1　投影追蹤模型原理

投影追蹤模型可以將不同的指標(biāo)值組成的多維影響因子進(jìn)行綜合轉(zhuǎn)換成單一的綜合影響值，因此該模型較為明顯對灌溉用水影響因子進(jìn)行定量的分析。且能夠針對這些變量因子進(jìn)行權(quán)重分析，確定影響程度。投影追蹤模型首先構(gòu)建投影追蹤的指標(biāo)函數(shù)，并通過優(yōu)化求解得到最優(yōu)化的投影方向。并結(jié)合最優(yōu)化的投影方向確定不同影響因子的投影值。并最終采用各個投影方向的分量投影值及各個因子投影值的大小來計算確定各個因子的排位順序。從而對各個因子進(jìn)行定量分析評價。模型的主要的計算分為以下幾個步驟：

（1）投影指標(biāo)的確定和計算：通過以下兩個方式進(jìn)行投影指標(biāo)的計算和確定，表達(dá)式為：

在公式（1）和（2）中xmax（j）、xmin（j）分別表示第j號灌區(qū)的取水系數(shù)影響指標(biāo)具體量值的最大和最小值；x（j）則表示為第i號灌區(qū)的第j號灌區(qū)取水系數(shù)影響的指標(biāo)。在本文中主要選取5個指標(biāo)進(jìn)行分析，分別為灌渠的總面積、灌渠的襯砌程度、灌區(qū)的節(jié)水程度、灌區(qū)土地平整度、以及灌區(qū)水利信息化程度作為灌區(qū)水利用系數(shù)的影響指標(biāo)。

（2）在指標(biāo)確定的基礎(chǔ)上，需要確定投影追蹤模型的構(gòu)造函數(shù)，該構(gòu)造函數(shù)需要把x（i，j）的各個影響因子綜合成一組綜合指標(biāo)值a =｛a（1），a（2），…a（j）表示的是一維投影方向上的綜合指標(biāo)值的組合，可應(yīng)用z（i）來表達(dá)，z（i）的計算表達(dá)式為：

結(jié)合｛z（i）i=1，2…n｝綜合值的大小對農(nóng)業(yè)灌溉用水的綜合利用水的系數(shù)進(jìn)行綜合影響因子的分析。

假設(shè)s（a）可以表示為z（i）的標(biāo)準(zhǔn)方差，D（a）則表示為z（i）構(gòu)造的局部投影函數(shù)的密度，結(jié)合上述原則，可以構(gòu)建投影追蹤的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為：

在上述方程中，E（z）表示的物理意義為綜合指標(biāo)值的均值；R的物理意義為構(gòu)造的投影函數(shù)的局部密度的函數(shù)，R的取值一般為0.1S（a）；rij= z（i）-z（j） 為投影指標(biāo)之間的投影距離；u（t）為投影構(gòu)造函數(shù)的一次單階函數(shù)。當(dāng)t=R-rij≥0，該指標(biāo)值為1，t＜0，該指標(biāo)值為0。

（3）優(yōu)化投影構(gòu)造函數(shù)的確定：該函數(shù)是確定最優(yōu)化的投影函數(shù)的方向，最優(yōu)化的投影方向可以通過優(yōu)化求解Q（a）來進(jìn)行確定，最優(yōu)化的目標(biāo)求解函數(shù)的表達(dá)式為：

式（4）結(jié)合以上最優(yōu)化的投影方向代入公式（3）中，就可以將各個灌區(qū)的片區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響因子進(jìn)行指標(biāo)投影分析計算，得到各個指標(biāo)的投影影響因子z（i），z（i）的值越大，表示為該因子對農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響程度最高。

2　模型應(yīng)用

結(jié)合新疆某灌區(qū)的農(nóng)業(yè)耕作數(shù)據(jù)，包括灌區(qū)內(nèi)種植的農(nóng)作物，結(jié)合當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)的實際情況分析，灌區(qū)用水系數(shù)的主要影響因子，綜合考慮各因子對農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響的程度，主要選取5個因子作為灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水影響因子，建立投影尋蹤函數(shù)，分析不同指標(biāo)對灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水影響的程度。

2.1 影響指標(biāo)的選擇

對于灌區(qū)用水系數(shù)影響的因子有很多，需要結(jié)合灌區(qū)的實際情況和灌區(qū)用水調(diào)查情況進(jìn)行影響指標(biāo)的分析和確定。影響的因素主要為灌區(qū)的自然條件因素以及灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水工程的主要的性能指標(biāo)。本文主要選用5個指標(biāo)進(jìn)行分析，分別為井渠所占比例、灌溉節(jié)水改造工程比例、灌溉節(jié)水的比例、灌溉用水的方式、渠道襯砌的狀況。

2.2 計算結(jié)果

利用選取的5個農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水影響因子，構(gòu)建不同因子的投影追蹤模型，利用構(gòu)建的投影追蹤函數(shù)，對不同因子進(jìn)行投影追蹤計算，確定不同因子對農(nóng)業(yè)灌溉用水影響程度，不同影響因子的指標(biāo)值見表1。在不同指標(biāo)值確定后，結(jié)合公式（2）和公式（3）進(jìn)行指標(biāo)的處理過程。結(jié)合遺傳算法對投影構(gòu)造函數(shù)的最優(yōu)化方向進(jìn)行最優(yōu)化求解a = （0.5342，0.6357，0.3028，0.3218，0.2985），結(jié)合最優(yōu)化求解求得不同指標(biāo)的投影追蹤指標(biāo)值，計算結(jié)果見表2，并結(jié)合計算的不同指標(biāo)值繪制了不同片區(qū)的影響指標(biāo)農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響程度，見圖1。

表1　不同片區(qū)灌溉用水影響因子的指標(biāo)值

表2　不同灌溉影響因子的投影追蹤指標(biāo)值

圖1　不同片區(qū)投影追蹤指標(biāo)計算值

從表2的計算結(jié)果可以看出，1#片區(qū)的投影追蹤函數(shù)的指標(biāo)值最大，因此該灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水影響系數(shù)最大，5#片區(qū)的投影追蹤指標(biāo)值最小。主要是因為1#片區(qū)各個指標(biāo)都高于其他4個片區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水影響程度最高。而5#片區(qū)的各個指標(biāo)都小于其他幾個片區(qū)，因此其投影追蹤指標(biāo)值最低。從表2中還可以看出，渠道襯砌度較高的區(qū)，其投影追蹤指標(biāo)值一般較高。從圖1可以看出，對于1#片區(qū)而言灌溉節(jié)水的比例對農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響較大，而灌溉節(jié)水改造工程比例因子影響程度較小。2#片區(qū)灌溉節(jié)水的比例對農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響較大，而灌區(qū)面積因子影響程度較小。3#片區(qū)灌溉節(jié)水改造工程比例對農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響較大，渠道襯砌度因子影響程度較小。4#片區(qū)灌溉節(jié)水改造工程比例對農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響較大，而渠井結(jié)合比例因子影響程度較小。5#片區(qū)灌溉節(jié)水的比例對農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水系數(shù)影響較大，而灌溉節(jié)水改造工程比例因子影響程度較小。

3　結(jié)語

本文采用優(yōu)化算法構(gòu)建投影追蹤模型，并對新疆灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)影響指標(biāo)進(jìn)行程度分析，研究得出以下結(jié)論：

（1）從模型分析結(jié)果可看出灌區(qū)襯砌度對投影向量的影響程度最大，對灌溉用水影響程度較高。

（2）運用投影追蹤模型計算的投影指標(biāo)值進(jìn)行大小排序，投影指標(biāo)值大的區(qū)域，農(nóng)業(yè)灌溉用水系數(shù)利用率較高。在今后的農(nóng)業(yè)灌區(qū)規(guī)劃管理中，應(yīng)結(jié)合不同灌區(qū)實際灌水用水概況，進(jìn)行影響指標(biāo)分析。

參考文獻(xiàn)

［1］石國梁.阿瓦提縣農(nóng)業(yè)灌溉用水現(xiàn)狀及對策［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2011（02）：39-41.

［2］王春素.高效節(jié)水灌溉措施及效益評價［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（04）：50-52.

［3］楊偉偉，吳鐵華，齊云飛，趙麗麗.內(nèi)蒙古赤峰市三座店水庫城市引水規(guī)模的確定［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2007（01）：24-25.

［4］武瑞鎖，齊春三.論灌溉對山東農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要作用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2007（04）：8-10.

［5］黃鶯.農(nóng)業(yè)灌溉用水效率及其影響因素研究［D］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［6］單玉芬.黑龍江省西部半干旱區(qū)向日葵水分效應(yīng)試驗研究［D］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［7］李如忠.灰色關(guān)聯(lián)投影模型在區(qū)域水質(zhì)比較中的應(yīng)用［J］.西北水資源與水工程，2002（03）：12-14.

［8］韓予皖.基于視頻處理的河水流速監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［D］.太原理工大學(xué)，2013.

［9］胡超，姜震.基于投影尋蹤模型的灌溉水利用系數(shù)影響因子分析［J］.吉林水利，2015（11）：21-23.

作者簡介：庫路巴依·吾布力（1980年—），男，工程師。

基金項目：國際科技合作專項（2012DFA20520）。

收稿日期：2016-01-04

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.008

中圖分類號：S274

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0021-03