基于投影追蹤模型的灌溉用水影響因子分析

王呈會（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

基于投影追蹤模型的灌溉用水影響因子分析

王呈會
（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

文中構(gòu)建投影追蹤模型，對遼寧灌區(qū)用水影響因子進(jìn)行投影追蹤計(jì)算，確定不同指標(biāo)的投影值，分析不同指標(biāo)對灌區(qū)用水的影響程度。研究結(jié)果表明：投影追蹤模型可較好的計(jì)算不同指標(biāo)的投影追蹤值，可定量計(jì)算出不同指標(biāo)對灌區(qū)用水系數(shù)的影響度，計(jì)算結(jié)果合理，與灌區(qū)實(shí)際情況吻合。

投影追蹤模型；用水影響因子；遼寧灌區(qū)

1　引言

當(dāng)前，在最嚴(yán)格的水資源管理制度下，如何有效進(jìn)行水資源管理和規(guī)劃，是當(dāng)前許多學(xué)者研究的熱點(diǎn)，我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉用水的管理和規(guī)劃更加重要。灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水因子較多，如何定量計(jì)算各因子對灌區(qū)用水影響程度，一直是研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。一般采用專家打分機(jī)制進(jìn)行各指標(biāo)的影響權(quán)重，這樣的方法具有一定的主觀性，存在一定的缺陷。而當(dāng)前，具有數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)原理的數(shù)學(xué)模型，被運(yùn)用水資源領(lǐng)域影響度的分析計(jì)算中，并取得一定的研究成果。這其中，投影追蹤模型由于可以將多個(gè)影響要素轉(zhuǎn)為單一綜合要素，且計(jì)算原理簡單的特點(diǎn)，逐漸被運(yùn)用于水資源許多領(lǐng)域的影響要素分析中，但是在農(nóng)業(yè)灌溉用水因子影響程度分析的研究還較少，在遼寧灌區(qū)還未進(jìn)行相關(guān)研究，遼寧地區(qū)水資源量較少，因此有效規(guī)劃和管理農(nóng)業(yè)灌溉用水十分必要，而這一必要措施的前提是對灌區(qū)用水影響因子進(jìn)行定量分析。為此，引入投影追蹤模型，以遼寧某灌區(qū)為例，定量分析了各指標(biāo)對農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響程度。

2　投影追蹤模型原理

投影追蹤模型可以將不同的指標(biāo)值的多維影響因子進(jìn)行綜合轉(zhuǎn)換成單一的綜合影響值，因此該模型可以對灌溉用水影響因子進(jìn)行定量的分析。且能夠針對這些變量因子進(jìn)行權(quán)重分析，確定影響程度。投影追蹤模型首先構(gòu)建投影追蹤的指標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化求解得到最優(yōu)化的投影方向，結(jié)合最優(yōu)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(gè)投影方向的分量投影值及各個(gè)因子投影值的大小，來計(jì)算確定各個(gè)因子的排位順序，從而對各個(gè)因子進(jìn)行定量分析評價(jià)。模型的主要計(jì)算分為以下幾個(gè)步驟：

1）投影指標(biāo)的確定和計(jì)算：通過以下兩個(gè)方式進(jìn)行投影指標(biāo)的計(jì)算和確定，表達(dá)式為：

2）在指標(biāo)確定的基礎(chǔ)上，需要確定投影追蹤模型的構(gòu)造函數(shù)，該構(gòu)造函數(shù)需要把x（x，j）的各個(gè)影響因子綜合成一組綜合指標(biāo)值a=｛a（1），a （2），…，a（j）｝表示的是一維投影方向上的綜合指標(biāo)值的組合，可應(yīng)用Z（i）來表達(dá)，計(jì)算表達(dá)式為：

結(jié)合｛Z（i）i=1，2，…，n｝綜合值的大小，對農(nóng)業(yè)灌溉用水的綜合利用水的系數(shù)進(jìn)行綜合影響因子的分析。

3）優(yōu)化投影構(gòu)造函數(shù)的確定：該函數(shù)是確定最優(yōu)化的投影函數(shù)的方向，最優(yōu)化的投影方向可以通過優(yōu)化求解來進(jìn)行確定，最優(yōu)化的目標(biāo)求解函數(shù)的表達(dá)式為：

4）結(jié)合以上最優(yōu)化的投影方向代入公式（3）中，就可以將各個(gè)灌區(qū)的片區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響因子進(jìn)行指標(biāo)投影分析計(jì)算，得到各個(gè)指標(biāo)的投影影響因子Z（i），Z（i）的值越大，表示為該因子對農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響程度越高。

3　模型應(yīng)用

3.1影響指標(biāo)的選擇

對于灌區(qū)用水系數(shù)影響因素角度，在模型分析時(shí)，結(jié)合灌區(qū)用水實(shí)際情況和灌區(qū)用水調(diào)查情況進(jìn)行指標(biāo)的優(yōu)選，一般選對灌溉用水系數(shù)影響程度較大的指標(biāo)。選取5個(gè)典型灌區(qū)作為分析區(qū)域，選取4個(gè)指標(biāo)作為投影追蹤指標(biāo)的分析指標(biāo)，分別為井渠所占比例、灌溉節(jié)水改造工程比例、灌溉節(jié)水的比例和渠道襯砌的狀況。

3.2計(jì)算結(jié)果

利用選取的4個(gè)農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水影響因子，構(gòu)建不同因子的投影追蹤模型，利用構(gòu)建的投影追蹤函數(shù)，對不同因子進(jìn)行投影追蹤計(jì)算，確定不同因子對農(nóng)業(yè)灌溉用水影響程度，不同影響因子的指標(biāo)值見表1。在不同指標(biāo)值確定后，結(jié)合方程（3）進(jìn)行指標(biāo)的處理過程。結(jié)合投影追蹤函數(shù)求得不同指標(biāo)的投影追蹤指標(biāo)值，計(jì)算結(jié)果見表。

從表1中可以看出，5個(gè)片區(qū)各個(gè)指標(biāo)的比重不同，而各個(gè)指標(biāo)對于投影追蹤模型計(jì)算精度的高低至關(guān)重要，從表2中可以看出，灌區(qū)中1號片區(qū)投影值較大，這是因?yàn)樵?號片區(qū)灌溉面積和灌溉渠道襯砌度較高，而3號片區(qū)投影指標(biāo)投影值較小，而該片區(qū)灌溉面積和灌溉渠道襯砌度在5個(gè)片區(qū)中都較低?？梢姡瑢τ谠摴鄥^(qū)而言，灌區(qū)灌溉面積和灌溉渠道襯砌度對1號灌區(qū)用水系數(shù)影響程度最高，其次為灌溉節(jié)水工程比例，井渠所占比例和灌溉節(jié)水比例影響相對較小。

表1　灌區(qū)灌溉用水影響因子的指標(biāo)值

表2　灌區(qū)灌溉影響因子的投影追蹤指標(biāo)值

4　結(jié)論

結(jié)合遼寧灌區(qū)用水實(shí)際情況，優(yōu)選5個(gè)灌區(qū)用水系數(shù)影響指標(biāo)，運(yùn)用投影追蹤模型定量計(jì)算了各指標(biāo)對灌區(qū)用水的影響程度，研究取得以下結(jié)論：

1）投影追蹤模型可對各指標(biāo)的影響程度進(jìn)行定量計(jì)算、分析各指標(biāo)影響程度的大小，適用于灌區(qū)用水系數(shù)影響程度的分析，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況較為吻合。

2）對于遼寧灌區(qū)而言，灌溉面積和灌區(qū)節(jié)水比例對灌區(qū)用水系數(shù)影響程度均較高，而井渠所占比例影響程度較小。

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