基于水资源高效利用的榆林市农业种植结构优化研究

论文摘要

榆林市处于我国西北内陆地区,属于典型的温带半干旱大陆性季风气候,农业用水占比高达60%,随着水资源的日益紧缺,开始挤占生活、生态用水。因此,在保证水资源-生态可持续的前提下,适当减少农业用水量,成为缓解区域内水资源、生态恶化的一个选项。种植结构调整作为农业节水的重要举措,对于提高粮食安全、保障水资源可持续利用有重要意义。本文以榆林市作为研究区域,针对榆林市水资源短缺的情况,对榆林市农业水资源承载力进行评价,并通过榆林市各用水部门优化配水模型得到种植业用水阈值,从而构建双层规划模型,对作物种植结构进行优化,并对不同方案进行评价。本文的主要研究内容与结论如下:（1）榆林市用水部门的水资源优化。对榆林市规划年50%降雨频率下的需水量与可供水量进行预测。基于供、需水分析,构建以社会、经济、生态环境为目标的水资源优化配置模型,得到综合社会、经济及生态多方效益的优化结果。结果表明,2020年、2030年的缺水率分别为3.3%和5.9%;产值分别达到0.70万亿、1.39万亿;COD排放量分别为3.05万吨、3.17万吨,同现状年配水方案相比,产值分别提高39%与82%。水资源日趋紧张的情况下,基于水资源优化配置,在强化缺水率的情况下使得水资源在各产业间得到更高效的利用。（2）农业水资源承载力评价。本文利用因子分析法对指标定权,构建模糊综合评价模型,对榆林市2011-2015年农业水资源承载力进行评价,发现水资源承载力整体呈下降趋势,因此在发展节水灌溉技术的同时要注重调整种植结构,使农业水资源得到持续利用。（3）种植结构优化。本文将作物分为八种,并在种植业配水量约束的情况下,构建上层以用水量最小为目标函数、下层以经济效益最大为目标函数的榆林市种植结构双层优化模型。通过对模型求解,最小整体满意度分别达到0.65和0.69,得到八种作物种植结构。双层规划的优化结果同现状年相比,2020年,用水量增加568万m3,经济效益增加5.18亿元、单方水用水效益增加0.74元/m3;2030年,用水量增加2375万m3,经济效益增加48362亿元、单方水用水效益增加0.87元/m3。由此可见,优化后的农业种植结构对榆林市未来提高经济效益与用水潜力有重要的帮助。（4）不同种植结构方案评价。构建榆林市种植业用水效率评价指标体系,利用基于粒子群优化算法的投影寻踪模型与主成分分析法对不同方案的种植结构进行评价,结果表明双层规划结果优于单层规划结果,同时优于现状年的种植结构方案,证明种植结构的优化结果是合理的,对未来榆林市种植结构的调整具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 水资源优化配置研究进展
•     1.2.1 国外水资源优化配置研究进展
•     1.2.2 国内水资源优化配置研究进展
•   1.3 种植结构调整研究进展
•     1.3.1 国外种植结构优化研究进展
•     1.3.2 国内种植结构优化研究进展
•   1.4 研究目标、研究内容与技术路线
•     1.4.1 研究目标
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 技术路线
• 第二章 榆林市水资源优化配置
•   2.1 榆林市概况
•     2.1.1 自然环境
•     2.1.2 社会经济
•     2.1.3 水资源概况
•     2.1.4 水资源开发利用现状
•     2.1.5 种植业现状
•   2.2 需水预测
•     2.2.1 生活需水
•     2.2.2 第一产业需水
•     2.2.3 工业需水
•     2.2.4 建筑业及第三产业需水
•     2.2.5 生态环境需水
•     2.2.6 需水预测汇总
•   2.3 可供水量
•     2.3.1 地表水可供水量
•     2.3.2 地下水可供水量
•     2.3.3 矿井疏干水、再生水及雨水集蓄可供水量
•     2.3.4 可供水总量
•   2.4 供需平衡分析
•   2.5 水资源优化配置模型构建
•     2.5.1 规划年及决策变量的设置
•     2.5.2 目标函数及约束条件
•     2.5.3 模型参数的确定
•   2.6 榆林市水资源优化配置模型求解
•     2.6.1 模型求解
•     2.6.2 优化结果分析
•   2.7 本章小结
• 第三章 农业水资源承载力评价
•   3.1 评价方法
•     3.1.1 模糊综合评价法
•     3.1.2 因子分析法
•   3.2 模型计算及结果分析
•     3.2.1 评价指标选取及分级
•     3.2.2 权重计算
•     3.2.3 隶属度计算及评价结果
•     3.2.4 评价结果分析
•   3.3 本章小结
• 第四章 榆林市种植业结构优化
•   4.1 交互式模糊双层规划
•     4.1.1 双层线性规划
•     4.1.2 模糊隶属度函数
•     4.1.3 上、下规划层之间的交互
•   4.2 种植结构双层优化模型构建
•     4.2.1 决策变量的设置
•     4.2.2 目标函数及约束条件
•     4.2.3 模型参数的确定
•   4.3 榆林市种植结构优化模型求解
•     4.3.1 模型求解
•     4.3.2 优化结果分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 种植优化方案的用水效率评价
•   5.1 评价原则
•   5.2 评价指标选取
•   5.3 评价方法
•     5.3.1 投影寻踪法
•     5.3.2 主成分分析法
•   5.4 不同方法评价结果
•     5.4.1 基于粒子群的投影寻踪法
•     5.4.2 主成分分析法
•     5.4.3 不同评价方法结果分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与讨论
•   6.1 结论
•   6.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郝小宇

导师: 张鑫

关键词: 水资源优化,农业水资源承载力,交互式模糊双层规划,种植结构优化,用水效率评价

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,经济与管理科学

专业: 资源科学,水利水电工程,农业经济

单位: 西北农林科技大学

基金: 陕西省科技统筹创新计划项目-现代农业节水技术模式与高效用水物联网系统基金(编号:2016KTZDNY-01-01)

分类号: F327;TV213.4

总页数: 81

文件大小: 3440K

下载量: 230