【摘要】：灌區(qū)的退水問題是國內(nèi)外大中型灌區(qū)普遍存在的問題,我國灌區(qū)多始建于上個世紀(jì),由于當(dāng)時技術(shù)水平相對有限、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)相對偏低以及灌溉方式粗放;加之很多灌區(qū)運行已近半個世紀(jì),渠系老化、滲漏嚴(yán)重等種種原因使得灌區(qū)產(chǎn)生大量退水。且近年來隨著灌區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展,灌區(qū)灌溉面積及灌區(qū)內(nèi)非農(nóng)用水逐年增加,致使灌區(qū)大量提水,同時也使其退水量穩(wěn)步增長。大量退水不僅使水資源產(chǎn)生大量浪費,且會使得灌區(qū)的地下水位偏高,造成土壤的次生鹽堿化,同時大量的退水也會加劇灌區(qū)的面源污染問題,嚴(yán)重的影響灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及其生態(tài)系統(tǒng);但是由于灌區(qū)退水量的組成成分眾多,其退水的產(chǎn)生、匯流以及側(cè)滲等過程十分繁復(fù),使得對灌區(qū)退水量進行研究顯得十分復(fù)雜。截止目前來看,國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對灌區(qū)退水的研究尚不多見,對灌區(qū)退水量預(yù)測的研究也相對較少;而針對甘肅該典型高揚程灌區(qū)的退水過程、退水量組成、退水規(guī)律及退水量預(yù)測模型的研究更是鮮有報導(dǎo)。本文結(jié)合甘肅省科技支撐計劃項目,在充分、全面的收集查閱灌區(qū)退水相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上,以甘肅省該高揚程灌區(qū)為實例,論文采用調(diào)查收集資料、理論研究、規(guī)律分析與預(yù)測模型構(gòu)建相結(jié)合的技術(shù)路線,科學(xué)合理的分析研究了灌區(qū)的退水過程、退水量組成,確定退水量的主要影響因素,揭示灌區(qū)退水規(guī)律,分析了退水量的年、月等不同時間尺度變化規(guī)律,結(jié)合該高揚程灌區(qū)實際的農(nóng)業(yè)、生態(tài)和環(huán)境情況以及各種預(yù)測方法的適用特點,采用不同預(yù)測理論與方法建立不同時間尺度的灌區(qū)退水預(yù)測模型。主要研究成果如下:(1)該典型高揚程灌區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)包括三個轉(zhuǎn)化過程:跨區(qū)域提水及降水;渠系、田間入滲;退水及蒸發(fā)蒸騰。降雨與灌溉入滲進入溝谷砂礫石與基巖裂隙內(nèi),成為地下水一部分�；鶐r裂隙水在裂隙間流動,其中一些通過潛流形式成為溝谷潛水,剩下的則溢出地表成為地表徑流。在山區(qū)溝谷地下水方面,其部分通過截流引泉方式直接供農(nóng)田灌溉或人畜飲水所需,剩下則通過潛流形式回流至黃河。(2)灌區(qū)農(nóng)田水量轉(zhuǎn)化中總體水量均衡,且具有的特點有:引黃灌溉水占主導(dǎo)地位,大氣降水占次要地位,“四水”轉(zhuǎn)化以土壤水為中心,地表水和地下水轉(zhuǎn)化頻繁、量大且難以定量分析等。就該灌區(qū)地表退水而言,主要包括:引水渠退水、灌區(qū)田面棄水、大氣降水、生活與工業(yè)排污水量及山洪等,其中主要為引水渠退水以及灌區(qū)田面棄水。(3)灌區(qū)退水量年內(nèi)變化周期性規(guī)律明顯,呈現(xiàn)出非常具代表性的灌溉動態(tài)平衡屬性:在未進行春灌時,灌區(qū)退水量水平一直較低,在40萬m3上下;開始春灌后,灌區(qū)退水量迅速提升,升至80萬m3上下;自9月下旬以后,區(qū)域內(nèi)退水量從每年的峰值不斷回落;隨著灌溉結(jié)束進入停灌期,其退水量總量逐漸回落至每年2月份的全年低點。一年中,灌區(qū)退水量大多集中在于6月份至10月份,此階段退水量占全年比例達63.7%。灌區(qū)退水量年際變化呈逐漸抬升趨勢,但增加幅度有所減緩。(4)影響其退水量的因素主要有:引水量、蒸發(fā)量以及降雨量。借助灰色關(guān)聯(lián)分析,對各個影響因素對退水量的影響程度進行界定,獲知:影響水平最高的為引水量,其次為降雨量,影響力最弱的為蒸發(fā)量,此結(jié)論同借助相關(guān)分析所得結(jié)論一致。此外,在影響年、月退水量上,其主要影響因素都不盡相同。(5)通過對常用的水量預(yù)測方法的分析研究,確定了個各方法的適用對象及條件;根據(jù)該典型高揚程灌區(qū)具有的特點及數(shù)據(jù)的收集情況與預(yù)測方法的特點及適用性,最終選取多元逐步回歸模型作為該典型高揚程灌區(qū)年退水量預(yù)測模型,選取支持向量機模型作為該典型高揚程灌區(qū)月退水量預(yù)測模型。(6)利用Matlab軟件的統(tǒng)計工具箱構(gòu)建灌區(qū)年退水量的多元逐步回歸模型,在剔除對模型影響不顯著的變量后發(fā)現(xiàn),年退水量與年降雨量和年蒸發(fā)量之間無顯著關(guān)系。并對模型進行檢驗、驗證。經(jīng)過檢驗驗證表明,檢驗合格率100%,均為合格預(yù)測,用多元逐步回歸構(gòu)建的年退量預(yù)測模型具有結(jié)構(gòu)簡潔,預(yù)測準(zhǔn)確等特點。模型預(yù)測的最大相對誤差僅為8.23%,平均相對誤差為4.47%,最小相對誤差為0.70%。(7)由于灌區(qū)月退水量預(yù)測受氣候等各種隨機因素影響較大、更具的隨機性的特性,以及其資料情況,利用基于Matlab開發(fā)的SVM工具箱構(gòu)建適合于小樣本建模的支持向量機模型來對月退量進行預(yù)測,并對模型進行檢驗、驗證。經(jīng)過檢驗驗證表明,檢驗合格率100%,均為合格預(yù)測,用支持向量機構(gòu)建的月退量預(yù)測模型對該典型高揚程灌區(qū)的月退水量擬合效果較好,并且預(yù)測準(zhǔn)確。模型預(yù)測的最大相對誤差為14.96%,平均相對誤差為8.28%,最小相對誤差為0.81%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S274

【參考文獻】

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本文編號：2390995