（农业水土工程专业论文）三江平原粮食主产区旱情诊断分析及对策研究.pdf

、】jj 目录 摘要i a b s t r a c t i l l li ；i 言1 1 1 研究目的与意义1 1 2 国内外研究进展2 1 2 1 干旱的定义2 1 2 2 干旱指标研究。3 1 2 3 干旱评价研究。5 1 2 4 干旱预测研究6 1 3 研究的主要内容7 2 三江平原粮食主产区干旱状况与成因分析9 2 1 研究区域概况。9 2 地理位置。9 2 1 2 地形地貌9 2 1 3 自然环境状况。9 2 1 4 水文1 l 2 1 5 社会经济1 1 2 2 三江平原粮食主产区干旱状况1 1 2 3 三江平原粮食主产区降水序列多时间尺度分析1 2 2 3 1 小波分析基本原理1 2 2 3 2 三江平原降水序列多时间尺度分析1 3 2 4 三江平原干旱成因分析2 4 2 5 本章小结2 5 3 基于单因素干旱指标的三江平原粮食主产区旱情评价研究2 7 3 1 干旱评价指标选择2 7 3 1 1 干旱评价指标选取原则2 7 3 1 2 干旱气候类型确定2 8 3 1 3 三江平原干旱指标选取2 8 3 1 4 干旱等级的划分2 9 3 2 三江平原干旱等级分析2 9 3 2 1 八五二农场干旱等级分析2 9 3 2 2 北兴农场干旱等级分析3 3 3 2 3 江川农场干旱等级分析3 7 3 3 本章小结4 0 4 三江平原粮食主产区干旱综合评价研究。4 l 4 1 模糊综合评价法在三江平原干旱诊断中的应用4 l 4 1 1 模糊综合评判法的基本原理及步骤4 1 4 1 2 三江平原干旱模糊综合评价模型4 3 燮 lil【 东北农业大学工学硕士学位论文 4 2 基于改进人工鱼群的三江平原投影寻踪干旱评价模型4 9 4 2 1 人工鱼群算法4 9 4 2 2 投影寻踪等级评价模型5l 4 2 3 基于改进人工鱼群的投影寻踪旱情等级评价模型5 3 4 2 4a a f p p e 模型在三江平原旱情评价中的应用5 4 4 3 本章小结6 l 5 三江平原粮食主产区干旱预测研究6 3 5 1 基于加权马尔可夫链的三江平原干旱预测模型6 3 5 1 1 加权马尔可夫链方法步骤6 3 5 1 2 加权马尔可夫链在三江平原干旱预测中的应用。6 4 5 2 基于灰色系统理论的三江平原干旱预测模型6 9 5 2 1g m ( 1 ，1 ) 模型的建模步骤6 9 5 2 2g m ( 1 ，1 ) 在三江平原干旱预测中的应用7 1 5 3 本章小结7 5 6 三江平原粮食主产区抗旱减灾对策研究。7 7 6 1 加强抗旱减灾的科学研究，提高抗旱管理水平7 7 6 1 1 加快建立和完善旱情信息7 7 6 1 2 建立旱情预测系统7 7 6 1 3 建立实时科学的旱情评价体系7 8 6 2 三江平原抗旱工程措施7 8 6 2 1 水资源工程措施7 8 6 2 2 发展节水农业与推广先进的灌溉技术7 8 6 2 3 发展旱作农业，早地节水措施，降低旱灾损失7 9 6 2 4 积极开辟新水源7 9 6 3 抗旱减灾的非工程措施8 0 6 3 1 健全完善的抗旱服务体系8 0 6 3 2 努力提高防旱抗旱工作水平81 6 3 3 依靠群众，建立群防群治的抗旱机制8 l 6 3 4 推行早灾保险制度，及时救助受灾群众8 1 6 4 抗旱减灾的其他策略8 1 6 4 。1 提高抗旱减灾科技含量8 1 6 4 2 抓好抗旱宣传教育，强化抗旱责任制8 2 6 4 3 进一步做好防旱抗旱的基础性研究工作8 2 6 4 4 开展人工增雨工作8 2 6 4 5 加强宏观调控，限制地方保护，促进农产品商品化发展8 2 7 结论与展望8 3 7 1 主要结论8 3 7 2 展望8 4 致谢8 5 参考文献8 7 i l 目录 附录a ：八五二农场干旱指标隶属度及结果向量表。9 5 附录b ：北兴农场干旱指标隶属度及结果向量表1 0 1 附录c ：江川农场干旱指标隶属度及结果向量表1 0 7 攻读学位期间发表的学术论文1 1 3 i i i -rll c o n t e n t s i i i i c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i i li n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hp u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e l 1 2r e s e a r c ha c h i e v e m e n ti nd o m e s t i ca n do v e r s e a s 2 1 2 1d r o u g h td e f i n i t i o n 2 1 2 2d r o u g h ti n d e x 3 1 2 3d r o u g h te v a l u a t i o n 5 1 2 4d r o u g h tp r e d i c t i o n 6 1 3r e s e a r c hc o n t e n t 7 2d r o u g h tr e l a t e da n dc a u s ea n a l y s i si nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n so fs a n j i a n gp l a i n 9 2 1r e s e a r c hr e g i o ns u m m a r y 9 2 1 1g e o g r a p h i cp o s i t i o n 9 2 1 2t o p o g r a p h ya n dl a n d f o r m 9 2 1 3n a t u r a le n v i r o n m e n ts t a t u s 9 2 1 4h y d r o l o g y 11 2 1 5s o c i a le c o n o m i cc o n d i t i o n 11 2 2d r o u g h ts t a t u si nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n so f s a n j i a n gp l a i n 。11 2 3m u l t i p l et i m es c a l ea n a l y s i so fp r e c i p i t a t i o ni ns a n j i a n gp l a i n 1 2 2 3 1w a v e l e ta n a l y s i sm e t h o d 1 2 2 3 2m u l t i p l et i m es c a l ea n a l y s i so f p r e c i p i t a t i o ni ns a n j i a n gp l a i n 1 3 2 4d r o u g h tc a u s ea n a l y s i si ns a n j i a n gp l a i n 2 4 2 5c o n c l u s i o n s 2 5 3d r o u g h te v a l u a t i o ni nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o no fs a n j i a n gp l a i nb yu s i n gs i n g l ed r o u g h t i n d e x 2 7 ：；1s e l e c t i o np r i n c i p l eo f d r o u g h te v a l u a t i o ni n d e x 2 7 3 1 1p r i n c i p l et oe s t a b l i s h i n ge v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m 2 7 3 1 2d e t e r m i n a t i o no fd r o u g h tc l i m a t et y p e s 2 8 3 1 3s e l e c t i o no f d r o u g h ti n d e xi ns a n j i a n gp l a i n 2 8 3 1 4d i v i s i o n o f d r o u g h t d e g r e e 2 9 3 2d r o u g h tg r a d er e s e a r c hi ns a n j i a n gp l a i n 2 9 3 2 1d r o u g h tg r a d er e s e a r c ho f b a w u e rf a r m 2 9 3 2 2d r o u g h tg r a d er e s e a r c ho f b e i x i n gf a r m 3 3 3 2 3d r o u g h tg r a d er e s e a r c ho f j i a n g c h u a nf a r m 3 7 ：；3c o n c l u s i o n s 4 0 4d r o u g h tc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n so fs a n j i a n gp l a i n 4 1 4 1d r o u g h te v a l u a t i o ni ns a n j i a n gp l a i nb a s e do nf u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o d 4 1 4 1 1f u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o d 41 v lr，lri 东北农业大学工学硕十学位论文 4 1 2d r o u g h te v a l u a t i o ni ns a n j i a n gp l a i nb a s e do nf u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o d 4 3 4 2t h ep r o j e c t i o np u r s u i td r o u g h te v a l u a t i o nm o d e lb a s e do ni m p r o v e da r t i f i c i a lf i s hs w a r m a l g o r i t h mi ns a n j i a n gp l a i n 4 9 4 2 1a r t i f i c i a lf i s hs w a r ma l g o r i t h m 4 9 4 2 2p r o j e c t i o np u r s u i tg r a d ee v a l u a t i o nm o d e l 5 1 4 2 3p r o j e c t i o np u r s u i td r o u g h te v a l u a t i o nm o d e lb a s e do ni m p r o v e da r t i f i c i a lf i s h s w a r ma l g o r i t h m 5 3 4 2 4a p p l i c a t i o no ft h ep r o j e c t i o np u r s u i td r o u g h te v a l u a t i o nm o d e lb a s e do ni m p r o v e d a r t i f i c i a lf i s hs w a r ma l g o r i t h mi ns a n j i a n gp l a i n 5 4 4 3c o n c l u s i o n s 6 1 5d r o u g h tp r e d i c t i o nr e s e a r c hi nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n so fs a n j i a n gp l a i n 6 3 5 1d r o u g h tp r e d i c t i o nb a s e do nm a r k o vc h a i nm o d e li ns a n j i a n gp l a i n 6 3 5 1 1m e t h o da n ds t e po f m a r k o vc h a i np r e d i c t i o nm o d e l 6 3 5 1 2 a p p l i c a t i o no f t h em a r k o vc h a i np r e d i c t i o nm o d e l i ns a n j i a n gp l a i n 6 4 5 2d r o u g h tp r e d i c t i o nb a s e do ng r e ys y s t e mt h e o r y 6 9 5 2 1m o d e l i n gs t e po f g m ( 1 ，1 ) m o d e l 6 9 5 2 2a p p l i c a t i o no f t h eg m ( 1 ，1 ) m o d e li ns a n j i a n gp l a i n 7 1 5 3c o n c l u s i o n s 7 5 6s t r a t e g yt om i t i g a t ed r o u g h td i s a s t e r i nm a j o rg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n so fs a n j i a n gp l a i n 7 7 6 1 s t r e n g t h e n i n gs t r a t e g yt om i t i g a t ed r o u g h td i s a s t e rt or a i s i n gt h e l e v e lo fd r o u g h t m a n a g e m e n t 7 7 6 1 1s h o u l de s t a b l i s ha n dp e r f e c td r o u g h ti n f o r m a t i o n 7 7 6 1 2d r o u g h tp r e d i c t i o ns y s t e me s t a b l i s h m e n t 7 7 6 1 3r e a l t i m ea n ds c i e n t i f i cd r o u g h te v a l u a t i o ns y s t e me s t a b l i s h m e n t 7 8 6 2d r o u g h te n g i n e e r i n gm e a s u r e si ns a n j i a n gp l a i n 7 8 6 2 1c o n s t r u c t i o no f w a t e rr e s o u r c e sp r o j e c t 7 8 6 2 2 d e v e l o p m e n tw a t e r - s a v i n ga g r i c u l t u r e a n de x t e n s i o na d v a n c e d i r r i g a t i o n t e c h n o l o g y 7 8 6 2 3d e v e l o p m e n td r yf a r m i n gt od e d u c et h el o s s e so fd r o u g h t 7 9 6 2 4u t i l i z a t i o nn e ww a t e rr e s o u r c e s 7 9 6 3n o n - e n g i n e e r i n gm e a s u r e s 8 ( ) 6 3 1d e v e l o p m e n tt h es o u n ds e r v i c es y s t e mf o ra n t i d r o u g h t 8 0 6 3 2d e v e l o p m e n tt h ea n t i d r o u g h tw o r kl e v e l 8 1 6 ：；3e s t a b l i s h m e n tm o s sd r o u g h tr e s i s t a n c em e c h a n i s m 8 1 6 3 4d e v e l o pt h ea s s u r a n c es y s t e mo f d r o u g h ta n dt i m e l yh e l pt h ep e o p l eo f d i s a s t e r 8 1 6 4o t h e rs t r a t e g yt om i t i g a t ed r o u g h td i s a s t e r 8 1 6 4 1d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i c a lc o n t e n to f s t r a t e g yt om i t i g a t ed r o u g h td i s a s t e r 8 1 6 4 2t r e n g t h e n i n ga n t i d r o u g h tp r o p a g a n d aa n de d u c a t i o na n dr e s p o n s i b i l i t ys y s t e m 8 2 6 4 3f u r t h e rs t r e n g t h e n i n ga n t i d r o u g h tb a s i cr e s e a r c h 8 2 6 4 4d e v e l o p i n ga r t i f i c i a lp r e c i p i t a t i o n 8 2 v i r l c o n t e n t s 6 4 5s t r e n g t h e n i n gm a c r o c o n t r o l ，l i m i t i n gl o c a lp r o t e c t i o na n dp r o m o t i n ga g r i c u l t u r a l p r o d u c t sc o m m e r c i a l i z a t i o n 8 2 7c o n c l u s i o na n d p r o s p e c t 8 3 7 1c o n c l u s i o n 8 3 7 2p r o s p e c t 8 4 a c k n o w l e d g e m e n t 8 5 r e f e f e n c e s 8 7 a p p e n d i xa 9 5 a p p e n d i xb 1 0 1 a p p e n d i xc 1 0 7 p u b l i s h e da r t i c l e sd u r i n gs p e c i a l i z i n gt h ed e g r e eo f m a s t e r 11 3 v i l 1 j 东北农业大学1 = 学硕士学位论文 l i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注! 翅逡直基地置墓挂别直盟笪：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：丁丸嘲洌寸月猡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作者签名：u 祝 导师签名：孚、) 力一 班恼 巧矽 - 、 月 习 时 阳、 年 ， 眵 吖 如 莎 州 期 肌 瞰 嗍 摘要 曼皇皇皇曼曼置! 曼詈詈暑! 曼寡暑! ! ! ! 篁量! ! ! ! 暑! 皇! ! 曼! ! 皇! ! 曼! ! 暑! ! ! ! ! ! 鼍曼! ! ! ! 詈! ! ! ! ! 曼! ! ! 詈詈暑詈鼍! 皇皇詈鼍曼! ! 兽皇量! 皇m n 摘要 三江平原是我国九大商品粮基地之一，对保障我国粮食安全起着举足轻重的作用。 尽管三江平原水利工程设施不断完善，但水旱灾害却有不断加重的趋势，特别是自2 0 0 0 年以来，干旱频繁光顾作为非传统旱区的三江平原，由于该地区缺乏干旱评价体系研究 及规律性的探讨，该极端气候已经成为制约当地农业发展的最重要的减产因子。因此， 科学合理的分析和评价三江平原的干旱情况，并制定相应的抗旱减灾对策，对保障当地 农业可持续稳定发展至关重要。 ( 1 ) 在阐述三江平原地理、自然、水文、社会经济等基础上，结合历史与实时资料， 简要介绍三江平原目前的干旱状况。然后选取农垦红兴隆分局所辖东部八五二农场、西部北 兴农场和中部江川农场作为旱情研究对象，采用小波分析理论对3 个农场的年降水序列进行 多时间尺度分析，揭示降水与干旱的关系并预测未来的趋势。最后根据分析结果并参考相关 文献及业内专家的观点，总结该区域的干旱成因。 ( 2 ) 在参考大量国内外文献、并考虑资料可获取性基础上，选用降水距平百分率、z 指 标和降水温度均一化指标作为三江平原干旱评价指标，并应用各指标对八五二、北兴和江川 3 个农场进行单因素评价，对比各等级评价结果。结果表明z 指标比其他两个评价指标能客 观表征该区域的干旱特征。 ( 3 ) 采用模糊综合评判法对八五二、北兴和江川3 个农场进行旱情综合评价，由于篇 幅有限，仅对3 个农场2 0 0 8 年的干旱程度进行评价，其结果与实际发生的干旱情况基本符 合，说明此方法在三江平原旱情评价中具有适用性。 ( 4 ) 同时采用投影寻踪模型综合评价八五二、北兴和江川3 个农场的干旱情况，为了 改善传统优化算法的缺点，本文采用人工鱼群算法优化投影寻踪，并引入自适应的人工鱼步 长和拥挤度因子改进人工鱼群算法。评价结果表明，该改进模型具有较高的精度，所得结果 与实际相符，表明该模型适用于三江平原干旱评价。 ( 5 ) 利用加权马尔可夫链模型预测八五二、北兴和江川3 个农场未来的降水量，分析 未来的干旱情况，利用g m ( 1 ，1 ) 模型预测3 个农场未来的干旱年份。结果表明，这两个模型 均具有较高的预测精度，适用于该区域的干旱趋势预测，但其中g m ( i ，1 ) 模型不适用于江川 农场的干早年预测。 ( 6 ) 综合本文研究成果，并结合三江平原的自然地理条件、农业种植结构、水资源开 发利用程度和抗旱管理水平等实际情况，因地制宜地制定相应的抗旱减灾对策。 关键词： 三江平原；干旱指标；模糊综合评判；人工鱼群：投影寻踪；加权马尔可夫链； 灰色系统理论；抗旱对策 a b s t r a c t 1 t h e s t u d y o nd r o u g h t d i a g n o s i sa n a l y s i sa n d i t sm e a s u r e so f m a j o rg r a i np r o d u c t i o n r e g i o n si nsa n ji a n gp l a i n a b s t r a c t s a n j i a n gp l a i n ，a so n eo fn i n em a j o rc o m m o d i t yg r a i np r o d u c t i o nr e g i o n si nc h i n a , p l a y sa d e c i s i v er o l ei nt h ef o o ds e c u r i t y b u td r o u g h ta p p e a r e df r e q u e n t l yi nt h en o n t r a d i t i o n a ld r o u g h t r e g i o ns i n c e2 0 0 0 ，a n dt h es i t u a t i o nw a sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s e v e nt h o u g ht h ew a t e r c o n s e r v a n c yf a c i l i t i e sw e r ei m p r o v e dc o n s t a n t l y b e c a u s eo fl a c k i n gs y s t e m a t i cd r o u g h tr e s e a r c hi n s a n j i a n gp l a i n ，d r o u g h ti st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ro fa g r i c u l t u r a lr e d u c i n go u t p u t t h e r e f o r e ，i ti s e s s e n t i a lt or e s e a r c hd r o u g h ts c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lf o rm a k i n gs t r a t e g yt oa n t i d r o u g h tt op r o t e c t s a n j i a n gp l a i n ss u s t a i n e da n ds t a b l ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y ( 1 ) t h i sp a p e ri n t r o d u c ep r e s e n td r o u g h tr e l a t e di ns a n j i a n gp l a i nb a s e do ng e o g r a p h i ca n d n a t u r a le n v i r o n m e n tc o n d i t i o nb i n d i n gh i s t o r i c a la n dr e a l t i m ed a t a t h ea u t h o r st o o kt h ea n n u a l p r e c i p i t a t i o no fh o n g x i n g l o n gb r a n c hb u r e a u ，i nw h i c h8 5 2f a r mo fe a s t e r n ，b e i x i n gf a r mo f w e s t e r na n dj i a n g c h u a nf a r mo fm i d d l e ，a st h eb a s i cd a t a , a n a l y z e dt h em u l t i - t i m es c a l e sv a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h ea p p l i c a t i o no fac o m p l e xm o r l e tw a v e l e t a tl a s t ，s u m m a r i z ed r o u g h tc a u s e a c c o r d i n gt oa n a l y s i sr e s u l t sa n dv i e wo fr e p r e s e n t a t i v ep e o p l e ( 2 ) a c c o r d i n gt op r i n c i p l eo fe s t a b l i s h i n ge v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，s e l e c t e d3i n d e x e so f d e p a r t u r er a t i oo fr a i n - f a l l ，zi n d e xa n dh o m o g e n i z a t i o no fr a i n - t e m p e r a t u r ei n d e xa st h eb a s i c i n d e xi nt h i sp a p e r t h ed r o u g h te v a l u a t i o na n da n a l y s i si nh o n g x i n g l o n ga r e aa r ec a r r i e do u t ，i n w h i c h8 5 2f a r mo fe a s t e r n ，b e i x i n gf a r mo fw e s t e r na n dj i a n g c h u a nf a r mo fm i d d l e ，a n dm a k e s c o m p a r i s o nb e t w e e nt h er e s u l t so b t a i n e dt h r o u g hd i f f e r e n ti n d e x e s t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ez i n d e xs e r v e sab e t t e rw a yt oa n a l y z et h ed r o u g h t ( 3 ) t h i sr e s e a r c he s t a b l i s h e dd r o u g h tm u l t i p l e f a c t o r sf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d b a s e do nt h ef u z z ym a t h e m a t i c st h e o r y , a n dt h e ng o tt h es y n t h e t i cd r o u g h ti n d e xs y s t e mi n h o n g x i n g l o n gb r a n c hb u r e a ua r e at oa n a l y z et h ed r o u g h tc o n d i t i o no ft h i sa r e ai n2 0 0 8 ，i nw h i c h 8 5 2f a r mo fe a s t e r n ，b e i x i n gf a r mo fw e s t e r na n dj i a n g c h u a nf a r mo fm i d d l e ，a n da c h i e v e d r e a s o n a b l er e s u l t s r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r a c t i c a b i l i t yw a sv a l i d a t e di nt h i sa r e a ( 4 ) t h em o d e lo fp r o j e c t i o np u r s u i td r o u g h te v a l u a t i o nb a s e do na r t i f i c i a lf i s hs w a r m a l g o r i t h mw a sp r o p o s e dt oo p t i m i z et h ef u n c t i o na n ds e e kt h eo p t i m u mp r o j e c t i o nf o rs o l v i n gt h e p r o b l e m ss u c ha st h ed i s c r e t ee v a l u a t i o ng r a d ea n