基于混沌理論的建三江分局水土資源復(fù)雜性研究.pdf

1、建三江分局是我國重要的商品糧和綠色有機食品基地，對保證我國糧食安全發(fā)揮了重要作用。近年來，伴隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展、人口規(guī)模的增加以及水田面積規(guī)模擴大帶來的用水緊張，使得地下水水位持續(xù)下降、水土資源配置不合理等問題日益凸顯，這些都日益成為地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會發(fā)展的制約因素，實現(xiàn)有限水土資源的合理調(diào)配及可持續(xù)利用已成為促進本地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究焦點。從保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，運用混沌理論對建三江分局水土資源復(fù)雜性進行分析測度，確定區(qū)域內(nèi)

2、水土資源復(fù)合系統(tǒng)的復(fù)雜性空間分布，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)復(fù)雜性視角下的水土資源合理優(yōu)化配置，對于指導(dǎo)區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源的合理有效利用及社會、經(jīng)濟、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的研究意義，同時可以為建三江分局水土資源合理調(diào)配及管理提供科學(xué)的參考依據(jù)。
　　 本文針對建三江分局水土資源開發(fā)利用中存在的問題，對區(qū)域水土資源系統(tǒng)要素復(fù)雜性進行測度分析，并在此基礎(chǔ)上探討了復(fù)雜性視角下的水土資源優(yōu)化配置問題，對2015年、2020年建三江分局的水土資源進

3、行了優(yōu)化配置研究。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)根據(jù)建三江分局水土資源實際利用情況，考慮資料數(shù)據(jù)的可獲取性及科學(xué)性原則，選取月降水量、逐月地下水埋深、糧豆作物單產(chǎn)、農(nóng)藥、化肥施用量作為水土資源系統(tǒng)分析要素，分別采用功率譜法、主分量分析法、飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法、最大Lyapunov指數(shù)法和Kolmogorov熵法對各要素復(fù)雜性進行了定性定量分析，得出各要素序列均具有混沌復(fù)雜性特征，并計算得到其復(fù)雜性測度結(jié)果，結(jié)合算法穩(wěn)定性分析理論篩

4、選得出月降水量序列、逐月地下水埋深序列、糧豆作物單產(chǎn)序列及化肥施用量序列均為基于最大Lyapunov指數(shù)的復(fù)雜性測度結(jié)果最優(yōu)，而農(nóng)藥施用量序列則是基于Kolmogorov熵的復(fù)雜性測度結(jié)果最優(yōu)。
　　 (2)結(jié)合水土資源系統(tǒng)各系統(tǒng)要素的復(fù)雜性測度結(jié)果，采用熵權(quán)法確定了各要素權(quán)重，在此基礎(chǔ)上對建三江分局水土資源復(fù)合系統(tǒng)的復(fù)雜度進行了計算，并結(jié)合GIS技術(shù)的可視化功能，繪制了各農(nóng)場及各分區(qū)水土資源復(fù)雜性空間分布圖，結(jié)果表明:建三江分

5、局水土資源系統(tǒng)具有明顯的區(qū)域性差異，其中北區(qū)復(fù)雜性程度最高，南區(qū)次之，中區(qū)復(fù)雜性程度最低，各分區(qū)水土資源的復(fù)雜性差異主要受區(qū)域環(huán)境及人為因素的共同影響。
　　 (3)基于建三江分局水土資源復(fù)雜性測度結(jié)果，引入相對復(fù)雜度的概念來表征水資源與土地資源的發(fā)展協(xié)調(diào)程度，對區(qū)域內(nèi)水資源與土地資源的空間匹配狀況進行了分析，結(jié)果表明:建三江分局各農(nóng)場水資源與土地資源的空間匹配狀況呈現(xiàn)出一定的地區(qū)性差異，不同農(nóng)場水土資源的空間錯位程度不同，需采

6、取一定的措施因勢利導(dǎo)進行治理。
　　 (4)在對建三江分局水土資源系統(tǒng)進行復(fù)雜測度的基礎(chǔ)上，引入EMD-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析討論了復(fù)雜度與模型預(yù)測精度之間的相關(guān)性，結(jié)果表明:系統(tǒng)復(fù)雜性與模型預(yù)測精度有很大的相關(guān)性，其原因可能在于復(fù)雜性的各驅(qū)動因子本身是隨機多變的、不可預(yù)測的，從而導(dǎo)致系統(tǒng)序列不可預(yù)測性的增加，使得模型預(yù)測精度降低。
　　 (5)以實現(xiàn)建三江分局水土資源系統(tǒng)經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)環(huán)境效益最大為目標(biāo)，以

7、水資源可供水量、需水量、土地總面積、各土地利用類型面積及水土資源相對復(fù)雜度為約束條件，建立了建三江分局水土資源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化配置模型，對區(qū)域內(nèi)地下水、地表水、過境水的配置及土地利用結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，得出建三江分局2015年、2020年水土資源的最優(yōu)配置。
　　 (6)由建三江分局水土資源優(yōu)化配置結(jié)果的分析得出:模型綜合考慮了水土資源的社會效益、經(jīng)濟效益及生態(tài)效益，水資源配置及土地利用結(jié)構(gòu)都得到了有效的改善，此優(yōu)化配置方案是合理可行