于?；?/p>

（遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)110003）

變權(quán)組合模型在遼南農(nóng)業(yè)灌溉水量預(yù)測(cè)的應(yīng)用

于?；?/p>

（遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)110003）

文章結(jié)合變權(quán)組合模型預(yù)測(cè)模型對(duì)遼寧南部某地區(qū)進(jìn)行灌溉用水量預(yù)測(cè)，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)灌溉水量分析變權(quán)組合模型在遼寧南部區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量預(yù)測(cè)精度，考慮到月灌溉水量對(duì)于區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量規(guī)劃配置的重要，還重點(diǎn)分析月尺度農(nóng)業(yè)灌溉水量的預(yù)測(cè)精度。研究結(jié)果對(duì)于區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水量和未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供參考價(jià)值。

變權(quán)組合模型；農(nóng)業(yè)灌溉用水；精度分析；遼南區(qū)域

1 概況

農(nóng)業(yè)灌溉用水量一直是區(qū)域水資源優(yōu)化配置和規(guī)劃的重要內(nèi)容。由于農(nóng)業(yè)灌溉用水量存在許多不確定性，因此，對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉水量的預(yù)測(cè)一直是研究的難點(diǎn)。對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉用水的預(yù)測(cè)主要方法主要采用基于數(shù)量統(tǒng)計(jì)模型的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，許多線性回歸和數(shù)理統(tǒng)計(jì)被用于區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)模型，取得一定的研究成果，但各種模型在不同區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)中具有不同的適用條件，且計(jì)算原理有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)前，可以綜合不同數(shù)量統(tǒng)計(jì)模型，并考慮不同數(shù)學(xué)模型權(quán)重系數(shù)的變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型被用于水資源領(lǐng)域的預(yù)測(cè)研究，但是在農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)的應(yīng)用研究較少，特別是在遼寧地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)的研究較少。為此，引入變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型對(duì)遼寧南部區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉用水進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合研究區(qū)域?qū)崪y(cè)的灌溉水量分析變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在遼寧南部區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)的精度。研究成果可以為遼寧地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)提供參考。

2 變權(quán)組合模型原理

2.1 基本原理

變權(quán)組合模型的主要原理為采用多種模型進(jìn)行組合預(yù)測(cè)，模型組合計(jì)算的關(guān)鍵在于確定不同組合模型之間的權(quán)重系數(shù)。變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型將不同模型之間的權(quán)重系數(shù)設(shè)置成隨著時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，模型需要首先建立樣本數(shù)據(jù)系列各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)不同的最優(yōu)組合權(quán)重系數(shù)，依據(jù)這些權(quán)重系數(shù)來最終確定不同預(yù)測(cè)模型在預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值。

2.2 變量說明

對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)目標(biāo)而言，可以用N種不同預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，f1t，f2t，f3t，…，fnt進(jìn)行組合預(yù)測(cè)，并在模型進(jìn)行變量假設(shè)：

將Yt假設(shè)為時(shí)間變量t下實(shí)測(cè)的區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量,萬m3；

2.3 樣本數(shù)據(jù)系列組合預(yù)測(cè)模型

確定不同組合模型預(yù)測(cè)權(quán)重系數(shù)基本原則在于使得計(jì)算的樣本數(shù)據(jù)系列組合計(jì)算后的計(jì)算誤差最小。文中主要采用組合模型計(jì)算誤差最小原則來確定不同組合的權(quán)重系數(shù)?？紤]到不同模型權(quán)重系數(shù)不同，得到組合預(yù)測(cè)優(yōu)化計(jì)算模型：

在方程（1）中Jt表示為時(shí)間t下的誤差最小值。

對(duì)選用的預(yù)測(cè)模型，結(jié)合公式（1）進(jìn)行優(yōu)化求解，可以推求變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型確定的各個(gè)方法在不同預(yù)測(cè)方法的各個(gè)樣本數(shù)據(jù)序列中經(jīng)過優(yōu)化的權(quán)重系數(shù)Kit。

2.4 組合預(yù)測(cè)模型權(quán)重系數(shù)的確定

2.4.1 權(quán)重系數(shù)確定方法

式中：M為計(jì)算時(shí)間末變量；j表示為計(jì)算時(shí)間初變量。這種方法計(jì)算適用于樣本數(shù)據(jù)序列較少，或者各種預(yù)測(cè)模型在時(shí)間序列點(diǎn)上的權(quán)重系數(shù)無明顯的規(guī)律。

2.4.2 權(quán)重系數(shù)計(jì)算步驟

采用線性回歸方法擬合計(jì)算各個(gè)組合權(quán)重函數(shù)W（t），如果取W（t）=b0+b1（t），然后計(jì)算確定各個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的組合預(yù)測(cè)權(quán)重系數(shù)，主要計(jì)算步驟為：

1）假設(shè)第i種預(yù)測(cè)方法在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)擬合的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)分別為：ki1，ki2，ki3，…，kim；

2）假設(shè)以ki1，ki2，ki3，…，kim為計(jì)算樣本，利用線性回歸系數(shù)取得不得預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)；

3）當(dāng)t=M+J時(shí)，計(jì)算不同預(yù)測(cè)模型的組合權(quán)重系數(shù)的函數(shù)值Wi=（M+j）；

3 模型應(yīng)用

3.1 年尺度灌溉水量對(duì)比分析

結(jié)合灌區(qū)實(shí)測(cè)的1990—2014年農(nóng)業(yè)灌溉用水?dāng)?shù)據(jù)，其中1980—2000年數(shù)據(jù)作為模型分析計(jì)算的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)系列，2001—2014年農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)主要用來分析變權(quán)組合模型在區(qū)域年尺度灌溉水量的精度，變權(quán)組合模型年尺度農(nóng)業(yè)灌溉水量分析結(jié)果見表1和圖1。

表1 預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值對(duì)比分析結(jié)果

由表1可見，采用變權(quán)組合模型預(yù)測(cè)的2001—2014年各個(gè)年份的農(nóng)業(yè)灌溉水量和區(qū)域監(jiān)測(cè)，農(nóng)業(yè)灌溉水量預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差小于9%，在3.0%～8.75%之間，可見變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水量的年值預(yù)測(cè)精度較高，可以滿足區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水預(yù)測(cè)的精度。由圖1（a）可見，變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)值和區(qū)域?qū)崪y(cè)的農(nóng)業(yè)灌溉水量具有較好的吻合度。由圖1（b）可以看出，變權(quán)組合模型預(yù)測(cè)的年灌溉水量和區(qū)域?qū)崪y(cè)灌溉水量之間的相關(guān)性達(dá)到0.849 5，具有較高的相關(guān)性。從預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差，過程吻合度以及預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)可以表明變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在研究區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水年尺度的預(yù)測(cè)精度較高。

圖1 變權(quán)組合模型預(yù)測(cè)年灌溉水量和實(shí)測(cè)年灌溉水量對(duì)比圖

3.2 月尺度灌溉水量對(duì)比分析

考慮到月灌溉水量預(yù)測(cè)對(duì)于區(qū)域農(nóng)作物耕種用水十分重要，結(jié)合變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了研究區(qū)域月尺度的灌溉水量，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)測(cè)月灌溉水量對(duì)比分析模型的預(yù)測(cè)的精度，結(jié)果見表2。

表2 預(yù)測(cè)月值和實(shí)測(cè)月值對(duì)比分析結(jié)果

從表2可以看出，變權(quán)組合預(yù)測(cè)的月灌溉水量和實(shí)測(cè)月灌溉水量上的相對(duì)誤差總體上弱于年尺度的灌溉水量預(yù)測(cè)精度。這主要是因?yàn)橄啾扔谀瓿叨裙喔人浚鲁叨裙喔人坑绊懸剌^多。因此，在相對(duì)誤差上要弱于年尺度灌溉水量預(yù)測(cè)精度。從表2中可以看出，實(shí)測(cè)的灌溉水量在3-5月份為灌溉水量較大的月份。因這幾個(gè)月降水量較少，且是農(nóng)業(yè)耕種的時(shí)間，灌溉水量需求較大。在7-9月份由于進(jìn)入夏季，降水較為集中。因此這幾個(gè)月份灌溉水量較少，變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型較好地預(yù)測(cè)了這一過程，預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)較為吻合。

4 結(jié)論

結(jié)合變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型，以遼寧南部為研究區(qū)域，預(yù)測(cè)區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉水量，研究取得以下結(jié)論：

1）由于月灌溉水量影響要素較多，變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量年尺度預(yù)測(cè)精度好于月尺度灌溉水量預(yù)測(cè)精度，年和月尺度灌溉水量預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差均在許可范圍內(nèi)；

2）變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在灌溉水量過程上的吻合度較高，在灌溉水量年內(nèi)分配過程吻合度也較高，可用于區(qū)域灌溉水量趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

［1］劉玉金.基于主成分分析與多元線性回歸分析的灌溉水利用效率影響因素分析［D］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

［2］牛紀(jì)蘋，粟曉玲，唐澤軍.氣候變化條件下石羊河流域農(nóng)業(yè)灌溉需水量的模擬與預(yù)測(cè)［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016（01）：206-212.

［3］白潔娜.基于T-S模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)水灌溉技術(shù)選擇中的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督,2016（01）：40-42.

［4］張平，高明義，劉立志.大興安嶺東南部地表水蓄水灌溉及水資源供需平衡分析方法研究［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016（02）：57-59.

［5］伍衛(wèi)權(quán).灌區(qū)灌溉用水時(shí)空優(yōu)化配置方法研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2016（08）：123-124.

［6］齊英.基于灰色動(dòng)態(tài)模型的遼中地區(qū)灌溉用水預(yù)測(cè)研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2016（02）：24-26.

［7］王新民，崔巍.變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在地下水水位預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2009（06）：1101 -1105.

［8］肖潔，羅軍剛，解建倉(cāng)，陳晨.變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（02）：215-221.

［9］張博煒，劉俊民，張斌，呂玉娟.變權(quán)組合預(yù)測(cè)模型在興平市地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2012（12）：42-44+48.

S27

A

1002－0624（2017）06－0052－03

2017-01-20