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黄河水资源短缺问题日趋明显,由于水资源总量较少,时空分布不均,使黄河流域工农业生产及城镇生活对黄河具有较强的依赖性。河套灌区是我国规模最大的三个灌区之一,是典型的没有灌溉就没有农业的地区。作为国内重要的农牧业生产基地,农产品丰富,由于位处干旱半干旱大陆性气候区,降雨量少,水资源供需矛盾突出,引黄灌溉是主要的供水来源,在农业生产中发挥了非常重要的作用。河套灌区每年的取水限额由黄委会根据黄河全流域的水资源分布制定,水资源短缺已成为影响灌区经济发展的主要制约因素。本文介绍了内蒙古河套灌区工程地质、水文地质、气象和水资源等自然条件,对影响灌区农业产量的主要因素进行分析,结合人工神经网络和遗传算法,建立了引黄量与农业产量关系模型,运用Mtlab语言对1990~2008年资料进行训练和测试,获得了较满意的结果。应用训练好的神经网络,通过调整输入因子,对灌区粮食作物和经济作物产量变化进行定量分析,主要研究成果如下:
⑴分析筛选出影响各个模型的主要因子:河套灌区引黄量、河套灌区平均降雨量、粮食作物种植面积、经济作物种植面积、粮食价格指数。通过GA优化BP神经网络的初始权值和阈值,避免了BP神经网络易陷入局部极小的缺点。
⑵运用:Matlab语言实现了内蒙古水资源历史数据三维图形的绘制,建立适合引黄量与农业产量模型的网络结构:隐含层1层,神经元14个,隐层传递函数选用tansig函数,输出层选用purelin函数,训练函数为变学习率动量梯度下降算法traingdx函数,文中给出了软件编写过程中的主要函数和代码。
⑶分别对模型的主要影响因子进行分析,引黄量减少后导致粮食作物减产0.29~3.16%,经济作物减产0.49~5.16%;降雨量减少后导致粮食作物减产0.14~2.24%,经济作物减产0.50~6.06%。减少粮食作物种值面积后,粮食作物减产0.16~3.13%,经济作物增产0.65~5.47%;增加粮食作物种植面积,粮食作物增产0.30~2.23%,经济作物减产0.33~3.54%,粮食作物种植面积变化后,粮食作物产量与经济作物产量呈负相关关系,通过调整粮食作物与经济作物的种植面积,可以获得较高的经济效益。