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Elman模型在新疆喀什灌区农业节水潜力的应用探讨

2020-02-04 167 上传者：管理员

摘要：新疆喀什地区是水资源稀少区域，现在随着用水矛盾的不断提升，怎样合理有效安排农业用水是现今非常严峻的问题，而农业节水潜力计算是农业节水方式的重要数据依据，现如今，Elman模型已应用到不同地区的农业节水潜力中，文章就是根据Elman模型对新疆喀什地区灌区农业节水潜力进行计算而得出了新疆喀什地区灌区农业节水潜力很大，在以后的十年至二十年间可达0.51～1.16亿m3的节水能力，这对于水资源稀少的灌区农业灌溉问题可以得到很好地解决，此次研究对于新疆喀什地区农业节水措施的施行有着重要的意义。

关键词：
Elman模型
农业用水效率
农业节水潜力计算
新疆喀什灌区
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新疆喀什地区作为农业水资源贫乏地区［1］，农业用水资源矛盾逐年加剧，急需对农业用水资源进行合理规划，提高农业用水效率，加大农业节水措施［2］。当前，对于农业节水潜力的计算可为农业节水措施规划提供重要的依据［3］。当前，Elman模型在不同地区农业节水潜力中得到应用［4-9］，但是在新疆喀什地区还未得到应用，为提高新疆喀什地区农业节水规划的科学性，本文结合Elman模型，对新疆喀什主要灌区的农业节水潜力进行分析计算，结合农业节水潜力分析结果对新疆喀什地区农业节水规划提供重要依据。

1、Elman模型计算原理

Elman模型的主要为动态递归神经网络模型，模型主要结合精度拟合的非线性映射原理对变量进行预测，其非线性映射各空间状态变量的表达方程为：

y（k）＝g（ω₂x（k））（1）

其中在方程（1）中y表示为各节点m的状态输出向量；x为中间节点单元的输入向量；ω2表示为输入变量与中间变量之间的权重值；k表示为变量的中间状态。Elman模型对中间状态输入量进行转换计算，计算方程为：

x（k）＝f（ω₁x_c（k）＋ω₂（μ（k-1）））（2）

其中在方程（2）中ω₂表示为输出变量与中间变量之间的权重值；μ表示为输入中间状态变量；xc表示为中间递推状态变量，其递推计算方程为：x_c（k）＝x（k-1）（3）Elman模型计算每个评价指标的概率，并对各概率值进行排序，计算方程为：

其中在方程（4）中fi表示为评价个体的适配指标值，该指标值结合误差平方和f来进行衡量，计算方程为：

f＝1／E_i（5）

其中在方程（5）中表示为误差平方和函数值，其计算表达式为：

（6）

其中在方程（6）中γo表示为实际的样本输出变量；o表示训练样本的个数；i表示为训练指标的个数。

2、模型应用

2.1 区域概况

本文选取新疆喀什地区6个典型灌区作为研究区域，各灌区主要农作物为小麦和玉米，各灌区主要农作物的需水量情况见表1。

表1 各灌区作物主要需水量

2.2 不同模型求解精度对比

为分析模型的适用性，首先对模型的求解精度进行分析，并对比起和传统算法的求解精度，分析结果见表2。*MSE表示为均方差；MAPE表示为绝对百分比误差；MSPE表示为均方百分比误差。

表2 不同模型样本计算精度对比结果

从表2中可以看出，相比于传统算法，本文采用的算法在均方差、绝对百分比以及均方百分比误差这三项指标上都有较为明显的改善。其中各样本数据系列中，均方差系列均值减小1.31，绝对百分比系列均值减小0.04，均方百分比误差均值减小0.23，其中绝对百分比减小误差最小。

2.3 主要作物的净灌溉水量计算

结合Elman模型对灌区主要农作物小麦和玉米进行灌溉水量计算，计算结果见表3。

表3 各灌区净灌溉量计算结果mm

从表3中可看出，玉米由于生长期较长，其需要灌溉的降水量对于小麦所需降水量。小麦降水利用系数也明显低于玉米，分布在0.58～0.75之间，而玉米降水利用系数较高，分布在1.11～1.39之间，通过降水均值及降水利用系数的分析，玉米的净灌溉水量在85.05～142.13mm，小麦的净灌溉水量偏高，在207.32～326.15mm之间。

2.4 各灌区节水效率系数测算结果

在净灌溉水量水量分析的基础上，对选取的典型灌区的节水效率系数进行测算，测算结果见表4。

表4 灌区节水效率系数测算结果

从表4中可看出，新疆喀什地区各灌区的节水效率系数呈现逐年递增的变化趋势，这主要是因为区域农业节水措施的实施有关，新疆喀什地区从2006年开始，逐年加大农业节水措施的力度。使得区域农业节水效率系数增加。1＃灌区的节水效率系数低于其他灌区，主要是因为其节水措施相比于其他灌区较少。2＃灌区由于节水措施最多，因此其节水效率系数明显高于其他灌区，从2025年和2035年远景年的节水效率系数分析结果可看出，随着年份的递增，各灌区的节水效率系数也逐年增加，其分布范围在0.4703～0.5731之间。

2.5 各灌区节水潜力计算结果

在各灌区节水效率系数计算的基础上，结合Elman模型对新疆喀什地区各灌区节水潜力进行计算，计算结果见表5。从表5中看出，新疆喀什地区现状灌溉水量偏低，主要是受到区域农业水资源较为贫乏原因造成的，从远景年的节水潜力可看出，未来年份，新疆喀什地区的农业节水潜力还是很高的，各灌区在2020年其农业节水潜力合计可达到0.51亿m3，而进入2035年后，其农业节水潜力进一步增加，各灌区合计的农业节水潜力可达到1.16亿m3，可有效解决各灌区农业用水资源偏少的问题。

表5 各灌区节水潜力计算结果

3、结语

本文结合Elman模型对新疆喀什灌区农业节水潜力进行了分析，分析取得以下结论：（1）新疆喀什地区由于农业节水措施到位，节水效率系数逐年递增，到2025年和2035年远景规划年吗，其节水效率系数可达到0.5731。（2）新疆喀什地区农业节水潜力较高，在未来10～20年，其农业节水潜力可在0.51亿m3～1.16亿m3之间，可有效解决各灌区农业用水资源偏少的问题。

参考文献:

［1］王君.新疆喀什水资源规划配置研究———以疏勒县为例［J］.黑龙江水利科技.2016.44（11）：29-30.

［2］包淑萍，陈丹.宁夏引黄灌区县区农业节水潜力分析———以贺兰县为例［J］.中国水利.2015（03）：38-40.

［3］赵永刚.泾惠渠灌区农业节水实践与探索［J］.地下水.2017.39（04）：119-120.

［4］何江.辽宁省节水灌溉发展现状及对策探析［J］.地下水.2017.39（02）：122-124.

［5］刘庆华.邢台市农业用水分析与对策探析［J］.地下水.2017.39（01）：71-72.

［6］丁志宏，徐向广，付晓亮.基于分区的海河流域农业节水潜力评估［J］.中国农村水利水电.2018（07）：47-51.

［7］虎海燕.疏勒河灌区节水潜力分析［J］.水利发展研究.2018.18（05）：62-63.

［8］罗冲，姜博，张文琦，等.黑龙江省灌溉用水效率时空差异及其节水潜力分析［J］.江苏农业科学.2017.45（23）：254-257.

［9］王应武，华春莉.农业灌溉节水潜力估算研究［J］.河南水利与南水北调.2017.46（10）：22-23.

丁胜.基于Elman模型的新疆喀什灌区农业节水潜力计算研究[J].地下水,2019,41(2):70-72.