农业干旱灾害风险管理理论与技术

论文摘要

随着我国经济建设的迅速发展,水资源短缺问题日趋严重,干旱灾害已经成为我国经济可持续发展的瓶颈。在长期与干旱斗争的实践中,人们认识到干旱灾害是不可避免的,只能尽力降低干旱带来的损失。传统干旱灾害的危机管理已经不适用于当前水资源危机的严峻形势,必须实施干旱风险管理,从被动抗旱向积极主动抗旱转变。如何能够有效地对干旱灾害进行风险管理已成为国内外学者们研究的热点和难点。我国是一个农业大国,农业是国民经济的基础,水资源则是农业的命脉,对农业干旱进行系统、深入的风险研究显得十分迫切。在此背景下,本论文在综合国内外相关研究成果的基础上,引入现代的优化、预测和决策技术,建立起农业干旱灾害风险管理体系,从不确定性角度出发,详细地研究了农业干旱灾害的时、空发展规律以及抗旱对策。具体内容包括以下几点:(1)指出干旱定义应考虑水分供需的两个方面,并强调干旱是一种异常现象。基于此思想,完善了干旱及农业干旱的定义。改进后的定义不仅考虑了自然因素,还考虑到人为因素。不但考虑到供水情况,还考虑到需水情况。强调应以正常情况为标准描述干旱,这比用理想情况为标准描述干旱更加符合实际;提出了扩展风险以及扩展自然灾害风险的概念,用灾害预测的影响程度和预测的可靠程度来描述风险。这种风险定义不但扩展了使用范围,而且为决策者提供了更丰富的信息。以此为基础,结合灾害学,建立了农业干旱灾害风险管理体系结构。(2)建立了基于云推理自回归模型的年降水量预测模型、基于信息扩散近似推理的年降水量预测模型。这些模型充分考虑了年降水量之间的随机性和模糊性,能够较好地从历史数据中挖掘知识,描述复杂的非线性关系。与传统预测方法比较,模型能够得到更高预测精度的结果。通过对年降水量规律的研究,实现农业干旱危险性的分析。(3)提出了农业干旱评估应反映出干旱给农业造成的损失大小的思想,并提出模型应方便地对未来干旱程度进行风险评估的主张;将遗传程序设计引入到作物水分生产函数的研究中,通过程序自动寻找最优的函数结构,取得了很好的效果,为作物产量与水分胁迫关系的描述提供了新的思路;建立了两层土壤计算层的农业干旱风险评估的静态、动态模型。利用这些模型不仅能够完成不同时间尺度下的干旱程度的风险评估,而且能较准确地反映农业的损失。(4)提出多种规避、降低农业干旱灾害风险的策略,包括建立起基于群决策的农业干旱预警模型、基于自适应随机惯性权粒子群的农业水资源优化配置模型以及农业水资源承载力模型,对农业干旱灾害实施全面、综合管理,实现水资源的可持续利用。(5)分析农业干旱程度的概率分布规律,提出了使用神经网络拟合干旱经验频率的方法,避免了事先假定其理论分布形式的不足。在此基础上,借助模拟技术对灌溉工程的效益进行了风险评估;将模糊物元模型引入到灌溉方案优选问题研究中,结合协商定权和熵权理论,实现了灌溉备选方案的优选。这些成果能为研究区的长期规划提供科学的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 干旱识别与评估指标研究现状
• 1.2.2 干旱灾害风险评估研究现状
• 1.2.3 干旱预报、预警研究现状
• 1.3 存在问题及发展趋势
• 1.3.1 存在的主要问题
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 研究的主要内容
• 1.5 研究的技术路线
• 1.6 本文的创新成果
• 2 农业干旱灾害风险管理的系统理论
• 2.1 引言
• 2.2 干旱相关概念的分析
• 2.2.1 干旱的定义
• 2.2.2 干旱地区的定义
• 2.2.3 农业干旱的定义
• 2.2.4 农业旱情和旱灾的定义
• 2.3 农业干旱灾害复杂系统分析
• 2.3.1 农业干旱灾害系统
• 2.3.2 农业干旱灾害系统复杂性
• 2.4 农业干旱灾害风险管理体系
• 2.4.1 风险、自然灾害风险的定义及分析
• 2.4.2 扩展风险、扩展自然灾害风险的定义及分析
• 2.4.3 农业干旱灾害风险管理体系结构
• 2.5 结论
• 3 基于云推理自回归模型的农业干旱危险性分析
• 3.1 引言
• 3.2 云模型
• 3.2.1 云和云滴
• 3.2.2 云的数字特征
• 3.3 正态云发生器
• 3.3.1 正向云发生器
• 3.3.2 逆向云发生器
• 3.4 正态云的数学性质
• 3.4.1 云滴分布的统计分析
• 3.4.2 云滴确定度的统计分析
• 3.5 云推理
• 3.5.1 用云构造定性规则
• 3.5.2 前件云发生器和后件云发生器
• 3.5.3 规则发生器
• 3.5.4 规则的合并
• 3.6 基于云推理自回归的年降水预测模型
• 3.6.1 云推理自回归模型预测步骤
• 3.6.2 算例
• 3.7 结论
• 4 基于信息扩散近似推理的农业干旱危险性分析
• 4.1 引言
• 4.2 信息分配
• 4.2.1 信息分配定义
• 4.2.2 一维线性信息分配
• 4.2.3 信息分配方法估计概率分布的优越性
• 4.3 信息扩散
• 4.3.1 信息扩散定义
• 4.3.2 信息扩散原理
• 4.3.3 正态信息扩散
• 4.3.4 信息扩散近似推理
• 4.4 基于信息扩散近似推理的年降水预测模型
• 4.4.1 信息扩散近似推理预测步骤
• 4.4.2 算例
• 4.5 结论
• 5 农业干旱风险评估的量化模型
• 5.1 引言
• 5.2 作物水分生产函数
• 5.2.1 作物水分生产函数的静态模型
• 5.2.2 作物水分生产函数的动态模型
• 5.3 基于遗传程序设计的作物水分生产函数
• 5.3.1 遗传程序设计的步骤
• 5.3.2 遗传程序设计推求作物水分生产函数
• 5.3.3 算例
• 5.4 农业干旱风险评估模型
• 5.4.1 作物干旱风险评估静态模型
• 5.4.2 作物干旱风险评估动态模型
• 5.4.3 农业综合干旱程度模型
• 5.4.4 算例
• 5.5 结论
• 6 农业干旱风险决策及旱灾综合管理
• 6.1 引言
• 6.2 农业干旱的风险决策
• 6.2.1 农业干旱预警等级群决策
• 6.2.2 算例
• 6.3 基于改进粒子群算法的作物灌溉制度优化设计
• 6.3.1 基本粒子群算法
• 6.3.2 自适应随机惯性权策略
• 6.3.3 自适应随机惯性权粒子群性能测试
• 6.3.4 限速粒子群算法
• 6.3.5 算例
• 6.4 农业水资源承载力
• 6.4.1 农业水资源承载力及量化
• 6.4.2 算例
• 6.5 结论
• 7 农业干旱概率分析及灌溉方案综合评判
• 7.1 引言
• 7.2 基于混沌优化BP神经网络的农业干旱概率分布
• 7.2.1 BP神经网络传统学习方法
• 7.2.2 混沌优化算法
• 7.2.3 混沌算法优化神经网络
• 7.2.4 基于神经网络的农业概率分布模型
• 7.2.5 算例
• 7.3 基于模拟方法的灌溉工程经济效益评估
• 7.3.1 灌溉工程经济效益模拟模型
• 7.3.2 算例
• 7.4 基于模糊物元模型的灌溉方案优选
• 7.4.1 基于海明贴近度的模糊物元模型
• 7.4.2 模糊物元隶属度的确定
• 7.4.3 评价指标权重的确定
• 7.4.4 算例
• 7.5 结论
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录