投影追蹤模型在新疆農業灌溉用水系數影響因子分析中的應用

庫路巴依·吾布力

（喀什水文水資源勘測局，新疆喀什844000）

?

投影追蹤模型在新疆農業灌溉用水系數影響因子分析中的應用

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行優化，建立投影追蹤模型，并基于該模型分析新疆某灌區灌溉用水系數的影響度分析，研究結果表明：不同片區灌區影響指標不同，渠道襯砌度較高的片區，投影追蹤指標值較大，灌區用水系數較大。研究成果對于農業灌區用水效率分析和用水規劃提供參考價值。

關鍵詞：投影追蹤模型；灌區用水系數影響因子；投影追蹤指標值；新疆農業灌區

引言

我國是農業大國，農業灌溉用水效率的高低直接影響到農業產量。當前，水資源日趨緊張，提高灌區農業用水效率是當前許多學者研究的熱點問題。而對于農業灌溉用水效率分析的前提是需要對農業灌溉用水系數影響因子的分析，對于農業灌溉用水系數影響因子的分析，國內許多學者展開過相關研究，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計學方法結合實地調查分析，這些成果存在一定的主觀性。投影追蹤模型，結合數學模型的方法，采用數理統計學的方法，當前，在許多水資源影響分析中得到應用，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用水系數影響因子分析中，但是投影追蹤模型在新疆灌區的農業灌區用水系數影響因子還未進行相關研究，而新疆為農業大省份，灌溉用水效率尤為重要，需要對新疆灌區的農業灌溉用水系數的影響因子進行不同程度的分析。為此，本文引入投影追蹤模型，結合新疆灌區的實際情況，選取灌區用水影響因子，并應用遺傳算法對投影追蹤模型的投影方向進行優化，基于優化的投影追蹤模型對新疆某灌區不同片區的灌溉用水系數影響因子進行分析。研究成果對于新疆灌區的用水效率分析和用水規劃提供參考價值。

1　投影追蹤模型原理

投影追蹤模型可以將不同的指標值組成的多維影響因子進行綜合轉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行定量的分析。且能夠針對這些變量因子進行權重分析，確定影響程度。投影追蹤模型首先構建投影追蹤的指標函數，并通過優化求解得到最優化的投影方向。并結合最優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）投影指標的確定和計算：通過以下兩個方式進行投影指標的計算和確定，表達式為：

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

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

結合｛z（i）i=1，2…n｝綜合值的大小對農業灌溉用水的綜合利用水的系數進行綜合影響因子的分析。

假設s（a）可以表示為z（i）的標準方差，D（a）則表示為z（i）構造的局部投影函數的密度，結合上述原則，可以構建投影追蹤的目標函數，表達式為：

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

（3）優化投影構造函數的確定：該函數是確定最優化的投影函數的方向，最優化的投影方向可以通過優化求解Q（a）來進行確定，最優化的目標求解函數的表達式為：

式（4）結合以上最優化的投影方向代入公式（3）中，就可以將各個灌區的片區農業灌溉用水的影響因子進行指標投影分析計算，得到各個指標的投影影響因子z（i），z（i）的值越大，表示為該因子對農業灌溉用水的影響程度最高。

2　模型應用

結合新疆某灌區的農業耕作數據，包括灌區內種植的農作物，結合當地灌區的實際情況分析，灌區用水系數的主要影響因子，綜合考慮各因子對農業灌溉用水系數影響的程度，主要選取5個因子作為灌區農業灌溉用水影響因子，建立投影尋蹤函數，分析不同指標對灌區農業灌溉用水影響的程度。

2.1 影響指標的選擇

對于灌區用水系數影響的因子有很多，需要結合灌區的實際情況和灌區用水調查情況進行影響指標的分析和確定。影響的因素主要為灌區的自然條件因素以及灌區的農業灌溉用水工程的主要的性能指標。本文主要選用5個指標進行分析，分別為井渠所占比例、灌溉節水改造工程比例、灌溉節水的比例、灌溉用水的方式、渠道襯砌的狀況。

2.2 計算結果

利用選取的5個農業灌區用水影響因子，構建不同因子的投影追蹤模型，利用構建的投影追蹤函數，對不同因子進行投影追蹤計算，確定不同因子對農業灌溉用水影響程度，不同影響因子的指標值見表1。在不同指標值確定后，結合公式（2）和公式（3）進行指標的處理過程。結合遺傳算法對投影構造函數的最優化方向進行最優化求解a = （0.5342，0.6357，0.3028，0.3218，0.2985），結合最優化求解求得不同指標的投影追蹤指標值，計算結果見表2，并結合計算的不同指標值繪制了不同片區的影響指標農業灌溉用水的影響程度，見圖1。

表1　不同片區灌溉用水影響因子的指標值

表2　不同灌溉影響因子的投影追蹤指標值

圖1　不同片區投影追蹤指標計算值

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

3　結語

本文采用優化算法構建投影追蹤模型，并對新疆灌區的農業灌溉用水系數影響指標進行程度分析，研究得出以下結論：

（1）從模型分析結果可看出灌區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值進行大小排序，投影指標值大的區域，農業灌溉用水系數利用率較高。在今后的農業灌區規劃管理中，應結合不同灌區實際灌水用水概況，進行影響指標分析。

參考文獻

［1］石國梁.阿瓦提縣農業灌溉用水現狀及對策［J］.水利技術監督，2011（02）：39-41.

［2］王春素.高效節水灌溉措施及效益評價［J］.水利技術監督，2014（04）：50-52.

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

［4］武瑞鎖，齊春三.論灌溉對山東農業發展的重要作用［J］.水利規劃與設計，2007（04）：8-10.

［5］黃鶯.農業灌溉用水效率及其影響因素研究［D］.南京農業大學，2011.

［6］單玉芬.黑龍江省西部半干旱區向日葵水分效應試驗研究［D］.東北農業大學，2010.

［7］李如忠.灰色關聯投影模型在區域水質比較中的應用［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測系統設計［D］.太原理工大學，2013.

［9］胡超，姜震.基于投影尋蹤模型的灌溉水利用系數影響因子分析［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

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0021-03