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水 利 学 报
2021 年 9 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 9 期
文章编号：0559-9350（2021）09-1070-12
基于贝叶斯模式平均与区间二型模糊集的分区灌溉方法
邵东国 ，邹亮峰 ，顾文权 ，农翕智 ，王 鹤 ，王 柏 2
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（1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；
2. 黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080）
摘要：为解决松嫩平原水稻灌溉水需求不断增长与地下水资源可持续利用之间的矛盾，实现节水控采目标，本文
以松嫩平原北部和平灌区水稻种植区为例，通过 2017—2019 年降雨-地下水-产量动态监测试验，揭示灌域尺度
地下水时空变化规律；采用聚类分析与空间叠加分析提出了基于地下水埋深的分区方法，确定研究区的地下水埋
深 分 区 界 限 ； 根 据 地 下 水 埋 深 分 区 结 果 ， 采 用 贝 叶 斯 模 式 平 均（Bayesian Model Averaging， BMA）方 法 ， 融 合
AquaCrop、Jensen 模型，进行平、枯水年各分区灌溉情景的产量模拟，提高了地下水埋深分区条件下的产量模拟
精度。引入风险偏好因子刻画决策者的风险态度，基于区间二型模糊集（IT2FS）理论对各地下水埋深区域的灌溉
制度进行综合评价，利用有序加权平均算子（Ordered Weighted Averaging，OWA）集结综合评价值，提出了不同地
下水埋深区域水稻种植的优化灌溉制度。结果表明：研究区地下水埋深分区界限为 1.5 m；采用 BMA 方法有利于
提高地下水埋深分区条件下的产量模拟精度，与实测产量相关性系数超过 0.95；分区灌溉模式下各区产量-灌水
量响应规律存在差异，但与现行灌溉制度相比，分区灌溉能减少稻田灌水量 15% ~ 37.6%，减少地下水开采量
12%以上。
关键词：灌溉制度优化；地下水动态；分区灌溉；区间二型模糊集；贝叶斯模式平均；风险态度
中图分类号：S274.4 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210603
1 研究背景
松嫩平原是我国重要的粮食产区，受气候变化与粮食市场的影响，松嫩平原水稻种植面积不断
［3］
扩大 ［1-2］ ，水田灌溉用水占农业用水 80%以上 ，局部地区出现地下水超采现象，对当地河湖湿地生
［4］
态系统构成严重威胁 。因此，合理优化水稻灌溉制度，推行节水控采，缓解地下水超采现象，对保
护当地粮食生产与河湖湿地生态系统稳定具有重要意义。
作物灌水量与地下水埋深之间存在一定相关性 ［5-6］ 。在干湿交替稻田中，地下水通过毛管上升成
为可供水稻根系吸收利用的土壤水，从而影响根区土壤水分分布 ［7-9］ 。地下水埋深的变化将改变稻田
地表水-土壤水-地下水之间的转化运动规律，进而影响稻田渗漏与作物需水量 ［10］ 。现有水稻灌溉制
度优化研究，大多基于作物耗水与田面水层等试验监测数据，通过多目标遗传算法与水分生产函
数、水量平衡等模型耦合，忽略了稻田地下水埋深对灌水量的影响 ［11-14］ 。实际上，随着东北等地大规
模集约化水稻生产的推进和降雨、地下水开采等非均匀分布影响，水稻种植区存在明显的地下水埋
深时空变化 ［15-17］ 。因此，需要根据水稻种植区不同地下水埋深对稻田渗漏与水稻作物需水等的影响差
异，通过不同区域地下水埋深差异分区来进一步优化水稻灌溉制度，最大限度地提高毛管水的利用
率，减少稻田深层渗漏量，实现大规模集约化水稻种植区域的高效节水灌溉。
收稿日期：2021-07-02；网络首发时间：2021-09-03
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210903.1121.001.html
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基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（2016YFC0400101）；国家自然科学基金重点项目（51439006）
作者简介：邵东国（1964-），教授，博士生导师，主要从事水资源高效利用与生态环境效应研究。E-mail：dgshao@whu.edu.cn
通讯作者：邹亮峰（1998-），硕士生，主要从事水资源高效利用与环境保护研究。E-mail：leonfzou@whu.edu.cn
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