基于MONTE CARLO模擬的流量變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響評(píng)價(jià)

1、文章來(lái)源 畢業(yè)論文網(wǎng) 基于monte carlo模擬的流量變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響評(píng)價(jià)文章來(lái)源 畢業(yè)論文網(wǎng)  0 引言25 灌水流量的控制誤差是影響灌水質(zhì)量的重要要素之一。有研討標(biāo)明，虹吸管的流質(zhì)變差系數(shù)在15左右，管道輸水的變差系數(shù)能到達(dá)25，而軟管灌溉零碎的流質(zhì)變差系數(shù)甚至可以超越35 1, 2。這種流量的變差使得水流在溝畦間的推進(jìn)表現(xiàn)出分明的差別3。為此，許多學(xué)者對(duì)流量的差別性及其對(duì)灌水質(zhì)量的影響停止了研討。在思索灌水流量存在變異的情況下，對(duì)iparm 水量均衡模型停止了改良，使之可以思索灌水流量的變化，并采用變化的30 流量預(yù)算了土壤入滲參數(shù)4。采用零慣量模型研討了流量的變差和

2、灌水溝斷面外形的變異對(duì)灌溉水流推進(jìn)及灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響，以為入溝流質(zhì)變異對(duì)灌水質(zhì)量的影響較大5。rajeev研討了灌溉水渠流量的空間變異規(guī)律，發(fā)現(xiàn)渠道實(shí)踐流量與設(shè)計(jì)值相差較大，但并未剖析流量的變化對(duì)灌水質(zhì)量的影響。管孝艷等基于灌溉流量的徑流進(jìn)程，推求了空中灌溉的土壤入滲參數(shù)6。后果標(biāo)明，假如不思索灌溉流量的日子變異性，將會(huì)對(duì)入滲計(jì)算后果發(fā)生較大影35 響，進(jìn)而影響灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)和管理。在灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)中，灌水流量的這種變異性不可疏忽。以上諸多研討對(duì)大樣本數(shù)據(jù)的搜集有困難，而且灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響缺乏量化規(guī)范。目前數(shù)值模仿技術(shù)日趨成熟，采用蒙特卡羅隨機(jī)模仿可以很好的模仿出流質(zhì)變異特性。因而

3、，本文基于蒙特卡羅實(shí)際，樹(shù)立穩(wěn)健度評(píng)價(jià)目標(biāo)以提醒井出水流量的變異性對(duì)灌水質(zhì)量影響水平。為思索影響參數(shù)變異性格況下，尋求穩(wěn)健性的灌水技術(shù)方案提供牢靠的理40 論根底與根據(jù)。  1 流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響評(píng)價(jià)辦法研討1.1 蒙特卡羅法的根本思想蒙特卡羅法是一種基于“隨機(jī)數(shù)”的計(jì)算辦法,可求解具有隨機(jī)性的不確定性成績(jī)7。利用蒙特卡洛法求解成績(jī)時(shí),首先要樹(shù)立一個(gè)概率模型，目的函數(shù)y=f(x1，x2，xn) ，其中45 x1，x2，xn 是互相獨(dú)立的隨機(jī)變量, 滿(mǎn)足一定的概率散布。把需求求解的成績(jī)同概率模型結(jié)合起來(lái)，對(duì)各變量停止隨機(jī)抽樣可以失掉一個(gè)目的函數(shù)值y，停止屢次抽樣就可以失掉y的概

4、率散布，然后經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽樣實(shí)驗(yàn)失掉某些所求成績(jī)解的概率剖析，隨著隨機(jī)抽樣次數(shù)的不時(shí)添加，y 的概率散布便接近其母體散布8。這就是蒙特卡洛法的根本思想。1.2 monte carlo 隨機(jī)生成的模仿流量50 依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌溉測(cè)得多組流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)流質(zhì)變異的數(shù)值特性，如均值、規(guī)范差、變異系數(shù)和散布類(lèi)型等?；诹髁康母怕式y(tǒng)計(jì)特征值(均值x 和規(guī)范偏向sd)，并應(yīng)用monte carlo隨機(jī)模仿辦法8生成一組流量隨機(jī)數(shù)（ ） i n q q q .q .q 1 2 = 。monte carlo 辦法只是隨機(jī)生成灌水流量時(shí)所要借助的一種數(shù)學(xué)工具，對(duì)未經(jīng)各種修正的灌水流量隨機(jī)變量而言，其本身并不具有明白的物理意

5、義和實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值9。因而要對(duì)產(chǎn)55 生的隨機(jī)數(shù)停止值域范圍修正和統(tǒng)計(jì)特征修正。1.2.1 值域范圍修正從實(shí)踐意義和數(shù)學(xué)角度思索，井出水流量的值域范圍應(yīng)限制在x-3sd，x+3sd之間10，超出該范圍的井出水流量值被視為有效或是偽點(diǎn)。在足夠多的隨機(jī)生成次數(shù)下，才干更真實(shí)的模仿來(lái)表現(xiàn)灌水流量的變異狀況。60 1.2.2 統(tǒng)計(jì)特征修正由于對(duì)由monte carlo 辦法隨機(jī)生成的灌水流量展開(kāi)值域范圍的修正后，改動(dòng)了隨機(jī)生成時(shí)給定的灌水流量的概率統(tǒng)計(jì)特征值。為此，需對(duì)經(jīng)值域范圍修正后的灌水流量值停止再次修正。在統(tǒng)計(jì)特征修正進(jìn)程中，先依據(jù)式(1)停止井出水流量均值的修正，隨后應(yīng)用式(2)停止井出水流量的

6、規(guī)范差的修正。2 11i ixx65 = (1)3 22( ) di idx s xs = + (2)式中1i 、2i 、3i 辨別為灌水流量至于范圍修正、均值修正和規(guī)范偏向值修正后第i 個(gè)井出水流量值，1 x 、x 原始隨機(jī)發(fā)生和值域范圍修正后灌水流量的均值， d s 、d 2 s 原始隨機(jī)發(fā)生和均值修正后的灌水流量的規(guī)范差值。70 1.3 srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響在對(duì)畦灌功能評(píng)價(jià)目標(biāo)停止定量剖析根底上，基于隨機(jī)生成的n 組井出水流量，借助srfr 灌溉模型展開(kāi)對(duì)井出水流量散布情況及其變異性對(duì)畦灌功能影響的評(píng)價(jià)。畦灌功能評(píng)價(jià)目標(biāo)包括：灌溉效率ea、灌水平均度du

7、和儲(chǔ)水效率es。在實(shí)踐灌溉時(shí)，要想抵達(dá)較好的灌水效率和灌水平均度，作物需水是被完全滿(mǎn)足的，也就是儲(chǔ)水效率根本上接近于111。因75 此，本論文中只選擇灌水效率ea 和灌水平均度du 作為評(píng)價(jià)目標(biāo)。模型輸出的灌水定額、畦長(zhǎng)、畦寬、入滲指數(shù)、入滲系數(shù)、糙率系數(shù)等參數(shù)，srfr（4.06）根本輸入界面如下圖所示：圖1 srfr（4.06）根本輸入界面80輸出隨機(jī)生成n 組灌水流量，用srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)出n 組灌水質(zhì)量（灌溉效率ea 與灌水平均度du），統(tǒng)計(jì)其均值與應(yīng)用灌水流量q 的均值，用srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)出的灌水質(zhì)量比擬剖析灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響水平。1.4 流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的

8、影響評(píng)價(jià)目標(biāo)85 樹(shù)立穩(wěn)健度評(píng)價(jià)目標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響水平。 穩(wěn)健度z 是指在自然要素變異狀況下，灌水效率ea 與灌水平均度du 均大于80%的灌水模仿組數(shù)占總組數(shù)量的百分比。評(píng)價(jià)目的函數(shù)表達(dá)式如下= 100%nz m (3)式中：z 為灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)目標(biāo)：穩(wěn)健度；m 為灌水效率ea 與灌水平均度du 均大于80%90 的灌水模仿組數(shù)； n 為灌水技術(shù)方案組合的總數(shù)量。穩(wěn)健度z 數(shù)值越高，闡明在此流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響水平低。穩(wěn)健度到達(dá)80%以上，闡明這種灌水流量方案關(guān)于該區(qū)域灌水的使用性就良好。2 使用實(shí)例據(jù)灌區(qū)日常灌水流量調(diào)查得知：灌水流量的統(tǒng)計(jì)特征如表1 所示：95表1

9、灌水流量q 的統(tǒng)計(jì)特征值均值/ls-1 最大值/ls-1 最小值/ls-1 規(guī)范差 變異系數(shù)cv 散布類(lèi)型7.0 10.5 3.8 2.6 0.37 正態(tài)2.1 monte carlo 隨機(jī)生成的模仿流量基于monte carlo 隨機(jī)模仿的1000 組灌水流量的統(tǒng)計(jì)特征值如表2 所示：100表2 隨機(jī)模仿1000 組灌水流量的統(tǒng)計(jì)特征值灌水流量 最大值max 最小值min 均值x 規(guī)范差 變異系數(shù)cv 散布類(lèi)型q/ls-1 15.425 -0.328 7.0 2.6 0.37 正態(tài)2.1.1 模仿流量值域范圍修正隨機(jī)模仿灌水流量值域范圍修正后的統(tǒng)計(jì)特征值如表3 所示：105 表3 隨機(jī)模仿灌

10、水流量值域范圍修正后的統(tǒng)計(jì)特征值灌水流量 最大值max 最小值min 均值x 規(guī)范差 變異系數(shù)cv 散布類(lèi)型q/ls-1 12.0 3.0 6.97 2.62 0.376 正態(tài)2.1.2 模仿流量統(tǒng)計(jì)特征修正依據(jù)公式(1)、(2)對(duì)灌水流量停止修正的統(tǒng)計(jì)特征值見(jiàn)表4：110 表4 隨機(jī)模仿灌水流量均值、規(guī)范差修正的統(tǒng)計(jì)特征值灌水流量 最大值max 最小值min 均值x 規(guī)范差 變異系數(shù)cv 散布類(lèi)型q/ls-1 12.0 3.0 7.01 2.60 0.371 正態(tài)2.2 srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響模型輸出的灌水定額為60mm(折合40m3/畝)，灌水方式采用畦灌灌水

11、技術(shù)方式，畦尾閉合。各技術(shù)要素如表5 所示：115表5 srfr 模型輸出的灌水技術(shù)要素值畦長(zhǎng)/m 畦寬/m 入滲指數(shù) 入滲系數(shù)k/ mmina 糙率系數(shù)n100 2.0 0.69 0.0052 0.040以上各技術(shù)要素的值作為空中灌溉模型srfr 的輸出參數(shù),評(píng)價(jià)灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響，見(jiàn)圖2 所示：0204060801002 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13流量q（ls-1）灌水質(zhì)量值（%）灌水效率ea灌水平均度du120圖2 灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響輸出隨機(jī)生成1000 組灌水流量，用srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)出1000 組灌水質(zhì)量（灌溉效率ea 與灌水平均度

12、du），統(tǒng)計(jì)灌溉效率ea 均值為91.6%、灌水平均度du 均值為79.2%，利125 用灌水流量q 的均值，用srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)出的灌溉效率ea 為97.2%、灌水平均度du為91%。灌水效率和灌水平均度的變幅辨別為6.1%和14.9%。后果標(biāo)明，灌水質(zhì)量受灌水流量的變異性影響越大，灌水平均度du 對(duì)灌水流量的敏理性大于灌水效率ea。2.3 流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響評(píng)價(jià)將輸出隨機(jī)生成1000 組灌水流量，用srfr 灌溉模型評(píng)價(jià)出1000 組灌水質(zhì)量（灌溉效130 率ea 與灌水平均度du），查找出灌水效率ea 與灌水平均度du 均大于80%的灌水模仿組數(shù)。依據(jù)公式(3)計(jì)算如下：m = 655；n=1000= 100% = 65.5%nz m ；式中：m 為ea 與du 均大于到80%的灌水技術(shù)方案數(shù)量；n 為灌水技術(shù)方案組合的總135 數(shù)量； z 為流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量影響的穩(wěn)健水平。穩(wěn)健度z 僅為65.5%標(biāo)明，這種灌水流量方案關(guān)于該區(qū)域灌水的順應(yīng)性比擬差。3 結(jié)語(yǔ)本文研討標(biāo)明，灌水質(zhì)量受灌水流量的變異性影響越大，灌水平均度對(duì)灌水流量的敏感性大于灌水效率。針對(duì)灌水流質(zhì)變異性對(duì)灌水質(zhì)量的影響，穩(wěn)健度目標(biāo)數(shù)值越高，闡明在此1