[发明专利]一种区域作物耗水时空格局优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于农作物种植优化控制技术领域，尤其涉及一种区域作物耗水时空格局优化设计方法。

背景技术

随着社会经济发展，我国人增、地减、水缺的矛盾日益突出，农业受制于水的状况将长期存在，年均干旱受灾面积5.44亿亩，约占耕地面积的30%，灌区缺水约300亿立方米，因干旱减产的粮食达数百亿公斤，缺水对农业产生了不利影响，威胁粮食安全。种植业是农业耗水大户，灌溉用水约占农业总用水量的90%，针对这种情况，必须优化与农业水资源密切相关的区域作物耗水时空格局，按照水资源和农业资源的时空分布特征，依据作物耗水量，合理调整作物布局，考虑经济、社会和生态效益，以充分高效利用当地水资源，促进水资源的优化配置，缓解水资源供需矛盾。

作物耗水受气象、地形、土壤、作物空间分布等因素的影响，国内外学者用不同方法对其进行了研究，但大多都以单点和单种作物的耗水规律研究为主，区域作物耗水的时空优化及相关方面的研究较少。与现有技术相比，本发明充分考虑作物耗水影响因子的时空变异性，并建立单种作物分布式耗水模型和基于智能区间优化算法的区域作物耗水时空格局优化模型，得到区域ET（Evapotranspi ration，作物耗水）最高水分产出效益的分配方案，达到优化区域作物耗水时空格局的目的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种区域作物耗水时空格局优化设计方法，用以获得区域作物最高水分产出效益的分配方案，达到优化区域作物耗水时空格局的目的。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种区域作物耗水时空格局优化设计方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：选择优化区域并获取耗水计算单元，选取耗水计算单元上的耗水影响因子；

步骤2：根据耗水量和耗水计算单元上的耗水影响因子数据计算耗水综合影响因子，选取设定种类的作物，并建立单种作物分布式耗水模型；

步骤3：对优化区域进行分区；

步骤4：根据单种作物分布式耗水模型和适宜耗水量区间计算作物耗水综合影响因子区间；

步骤5：将步骤3得到的分区与步骤4得到的作物耗水综合影响因子区间耦合，得到不同作物生产优势区域；

步骤6：建立区域作物耗水时空格局优化模型，根据区域作物耗水时空格局优化模型计算每个分区每种作物的最优年种植面积区间，并布局在每个分区每种作物的生产优势区域，从而得到区域作物耗水时空格局。

所述根据耗水量和耗水计算单元上的耗水影响因子数据计算耗水综合影响因子，选取设定种类的作物，并建立单种作物分布式耗水模型具体包括：

步骤101：设有p个耗水计算单元，n个耗水影响因子，每个耗水计算单元上的耗水影响因子数据由矩阵表征，L_ij是第i个耗水计算单元的第j个耗水影响因子数据；

步骤102：采用公式对矩阵L中的数据进行标准化处理；其中，是第j个耗水影响因子数据平均值，即SD_j是第j个耗水影响因子数据的标准差，即

步骤103：对标准化后的矩阵进行因子分析，从而得到t个作物耗水综合影响因子(x₁,x₂,...,x_t);

步骤104：建立单种作物分布式耗水模型其中，ET_l是第l种作物的单位面积全生育期适宜耗水量，l＝1,2,...,v，v为作物总数，是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子的权重，且是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子的权系数，t是作物耗水综合影响因子总数，是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子对第i个耗水影响因子的得分值，n是耗水影响因子的总数，是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子的贡献率，是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子和第i个耗水影响因子的相关系数，是第l种作物的第j个作物耗水综合影响因子，f(·)是线性函数。

所述对优化区域进行分区包括：

步骤201：设有m个待分类区域，n个耗水影响因子，每个待分类区域上的耗水影响因子数据由矩阵表征，X_ij是第i个待分类区域的第j个耗水影响因子数据；

步骤202：对矩阵X中的数据进行标准化处理；

步骤203：针对矩阵X中的标准化处理后的数据，采用聚类分析法将待分类区域分区，从而得到u个分区。

所述区域作物耗水时空格局优化模型包括目标函数和约束条件；

目标函数为：