有效系数（精选9篇）
有效系数 篇1
1 概述
灌区灌溉用水有效利用系数是反映灌区灌溉管理效益的重要指标之一,是渠系输水效率的一个主要参数,也是反映田间管理水平的主要参数,是水资源开发利用管理、灌区节水改造规划设计、灌区管理的一个主要参考指标。双牌灌区的灌溉用水有效利用系数采用首尾测算分析法进行测算。
2 双牌灌区灌溉用水有效利用系数计算过程
双牌灌区灌溉水有效利用系数选用首尾测算分析法测算。首尾测算分析法是指直接测量统计灌区从水源引入(取用)的毛灌溉用水总量,通过分析测算得到田间实际净灌溉用水总量,田间实际净灌溉用水总量与毛灌溉用水总量的比值即为灌溉用水有效利用系数,计算公式为
式中w———灌溉用水有效利用系数;
Wj———净灌溉用水总量,m3;
Wa———毛灌溉用水总量,m3。
计算分析时段以测算分析年的日历年为准,以2013年为例,测算时间段为2013年1月1日—12月31日;对于跨年度的作物油菜进行了分段计算,上半年取灌区前一年所种植油菜的灌溉数据,下半年取当年所种植油菜的灌溉数据。
2.1 毛灌溉用水总量的确定
毛灌溉用水总量是指灌区全年从水源地等灌溉系统取用的用于农田灌溉的总水量。双牌灌区是利用双牌水库水源与灌区结瓜塘堰坝联合灌溉供水的灌区,灌区的毛灌溉用水总量等于从双牌水库取用的农田灌溉总水量和从灌区内基础水利设施山塘、堰、坝等取用的农田灌溉总水量之和,同时考虑灌区集雨量。
a.2013年从双牌水库取水量23000万m3,灌区放水前结瓜塘库调查基础水量1536万m3。
b.灌区放水期间山塘、堰、坝等灌区内基础水利设施系统中集雨量按径流系数法计算,公式为
式中W———年内山塘、堰、坝总集雨量,万m3;
a———年径流系数;
P———年降水量,mm;
F———山塘、堰、坝集水面积,km2;
η———山塘、堰、坝蓄水系数,考虑蒸发、渗漏、弃水等。
根据灌区内水文气象资料可确定:a=0.52,P=1465.2,F=145.15,η=0.51,则
则2013年度双牌灌区毛灌溉用水总量计算值为:
2.2 净灌溉用水总量确定
双牌灌区主要作物为水稻,其他作物主要有棉花、花生、油菜、红薯。故灌区净灌溉用水总量取水稻、棉花、花生、油菜、红薯净灌溉用水总量之和计算。以水稻为例说明测算过程。
水稻净灌溉需水量包括泡田期灌溉用水量、生育期蒸腾蒸发量以及必要的渗漏水量、育秧需水量四部分,由于育秧需水量计算较复杂,用水量很小,在实际计算水稻全生育期净灌溉定额时忽略不计。水稻全生育期(包括泡田)净灌溉定额计算公式为:
式中Me———水稻净灌溉定额,mm;
Etc———作物需水量,mm;
Pe———水稻生育期内的有效降水量,mm;
Fd———水稻全生育期渗漏量,mm;
M0———插秧前的泡田定额,mm,
Ge———水稻全生育期地下水的利用量,mm。
2.2.1 作物需水量Etc确定
作物需水量是指作物在适宜的土壤水分和肥力水平下,经过正常生长发育,获得高产时植株蒸腾、棵间蒸发以及构成植株体的水量之和,采用按参考作物法计算,公式为
式中Et0———第i阶段参考作物蒸发蒸腾量,mm/d;
Kci———第i阶段作物系数。
2.2.1. 1 作物系数Kc的确定
双牌灌区因缺乏试验实测资料,作物系数的取值计算参考《湖南省农作物作物系数推荐值表》。2013年作物系数取值以早稻为例,分阶段取值,灌溉前期平均数在0.8左右,灌溉中期在1.05左右,灌溉后期在1左右。
2.2.1. 2 参考作物蒸发蒸腾量Et0计算
参考作物蒸发蒸腾量Et0采用彭曼-蒙蒂斯方法计算,公式为
式中Et0———参考作物蒸发蒸腾量,mm/d;
Δ———水汽压关系在T处的切线斜率,k Pa/℃
Rn———净辐射,MJ/(m2·d);
ed———实际水汽压,k Pa;
G———土壤热通量,MJ/(m2·d);
r———温度表常数,k Pa/℃;
U2———2m高处风速,m/s;
Td、Td-1———第d、d-1天的日平均气温,℃。
由于Et0计算复杂,使用湖南省灌溉用水有效利用系数分析测算信息管理系统计算,计算时将灌区所在的永州国家一级站气象站资料导入计算系统后,软件自动计算出Et0。
2.2.2 水稻泡田水量M0及渗漏量Fd计算
双牌灌区泡田水量根据历史资料和灌溉经验确定,具体为:早稻45mm,中稻80mm,晚稻60mm。水稻全发育期渗漏量采用经验数据。
2.2.3 有效降雨量Pe计算
从水稻灌溉定额计算分析表中分析得出,计算公式为
2.2.4 地下水补给量Ge计算
双牌灌区属丘陵山区,地下水埋深较低,不采用地下水灌溉,故取Ge=0。
2.2.5 净灌溉用水总量计算
由湖南省灌溉用水有效利用系数分析测算信息管理系统计算得出水稻等作物净灌溉定额,同时调查统计出2013年度灌区种植面积。2013年度灌区实灌播种面积和灌溉定额如下:
A早稻=21.67万亩(223.75m3/亩),A单季稻=1.61万亩(426.94m3/亩),A晚稻=21.03万亩(371.51m3/亩),A花生=1.37万亩(299.85m3/亩),A红薯=1.33万亩(441.84m3/亩),A棉花=0.36万亩(355.51m3/亩),A油菜=3.37万亩(190.86m3/亩)。净灌溉用水总量Wj由下式计算:
式中N———灌区播种作物种类总数;
Mi———第i种作物净灌溉定额,m3/亩;
Ai———第i种作物实灌面积,万亩。
代入数据得
双牌灌区2013年灌溉用水有效利用系数为
3 双牌灌区灌溉用水有效利用系数影响因素分析
双牌灌区灌溉用水有效利用系数从2005年开始进行测算,系数总体呈现上升趋势,2015年已上升至0.5010。
3.1 工程改造后输水能力大幅上升
双牌灌区对长达73.26km的渠道进行了升级改造,减少了渠水的渗漏量,渠道输水能力增强,扩大了灌区有效灌溉面积,目前有效灌溉面积从改造前的24.3万亩增加到31.2万亩。
3.2 加强管理对灌溉用水有效利用系数的影响
管理因素对提高灌溉用水有效利用系数至关重要。从双牌灌区的运行管理经验来看,主要取决于两个方面:
a.科学调度灌溉用水。双牌灌区管理人员通过走访灌区充分了解灌区的用水需求,并依照用户的用水需求科学制定供水方案,严格按照方案配水。同时,基层管理所控制斗渠放水流量,推行节水灌溉。
b.农民用水户协会建设。双牌灌区范围内有32个农民用水户协会,协会内的斗渠、农渠有人养护,结瓜塘库有人管理,农民用水有人协调,极大地减少了灌溉用水在末端渠系的沿程损失和浪费。同时,灌区管理单位能及时了解用水户的实际情况,进行精确配水。
4 结语
综合来看,渠系工程改造使渠道水渗漏量大幅减少,输水能力上升,对提升灌溉用水有效利用系数立竿见影。加强灌区管理工作,增加水资源分配合理性,是发挥灌溉效益的根本保障。
摘要：本文分析了测算双牌灌区灌溉用水有效利用系数的意义,系统阐述了灌溉用水有效利用系数的测算方法,探讨了影响灌溉用水有效利用系数的具体因素。研究成果可为灌区灌溉用水有效利用系数的测算和灌区的水管理提供理论依据。
关键词：双牌灌区,灌溉用水有效利用系数,计算分析
有效系数 篇2
随着社会保障制度改革和 农村 税费改革的深入 发展，财政供养人员概念的外延已发生很大变化。现在所称财政供养人员是指由各级财政部门依据政府编制机构核定的编制而给予全额或差额工资保障的人员，包括行政事业单位在职人员、离退休人员、纳入财政社会保障人员、优抚救济人员和农村税费改革后的村组干部等。本文所指财政供养人员仅为财政部门依据政府编制机构核定的编制而给予全额或差额工资保障的行政事业单位在职人员，它反映了一个地方履行一级政府事权而供养的工作人员。
本文以湖北省72个县（市）财政和部分市县财政的有关数据为依据，对地域人口、人员结构、可用财力、公共支出、地理环境、政策环境等因素与供养系数的关系进行分析，并对孝感市的财政供养系数进行实证分析，在此基础上提出了降低财政供养系数的建议。
一、影响财政供养系数的相关因素分析 1.地域人口与供养系数的关联分析。分析方法：（1）将全省72县（市）按地域人口由大到小排列，并按人口数量 自然 划分成10个档次。（2）将财政供养人员数量随地域人口顺序排列，并按地域人口档次 计算平均值。（3）各档次的财政供养人员总量除以对应档次的地域人口总量等于该档次财政供养系数。具体统计和计算过程略，结果列表如下：
表1 湖北省2002年72县（市）地域人口与财政供养人员关系分析表
单位：万人、人、个
地域人口 财政供养
档次 县市个数 系数（％）变化范围 人口均值 100-165 27811 9 2.38 2 90-100 26582 5 2.79 3 80-90 22788 6 2.63 4 70-80 19814 2 2.62 5 60-70 18947 10 2.99 6 50-60 16162 13 2.99 7 40-50 13900 11 3.05 8 30-40 10039 10 2.77 9 20-30 8668 4 3.81 10 10-20 5927 2 5.33 关系显示：（1）财政供养人员数量与地域人口数量成正比变化。人口大县，供养人员相应较多；人口小县，供养人员相应较少。（2）财政供养系数与地域人口数量成反比变化。人口大县，供养系数较小；人口小县，供养系数较高。（3）综合关系。人口大县供养人员较多，但供养系数较低；人口小县供养人员较少，但供养系数较高。
推论：人口大县供养系数较低，人口小县供养系数较高；降低供养系数的重点是人口小县。但现实中人口小县供养人员较少，而人口大县供养人员较多。本文认为，由于供养系数的分母——地域人口的不可比成分较大，考核供养系数应以分子——供养人口为主。因此，降低供养系数的重点应是供养人口大县，而不是供养人口小县，即不能以供养系数高低作为减少财政供养人员的实践标准。
2.人员结构与供养系数的关联分析。分析方法：（1）划分。将财政供养人员按工作性质分为行政单位供养人员、事业单位供养人员两大类。人员经费相应划分为行政人员经费和事业人员经费。（2）对比分析。选择某市作为样本。（3）比较。选择1993年与2003年的有关数据进行对比。
表2孝感市1994-2003年财政供养人员结构变化表
单位：人、万元
其中教师占事业 行政人数占比例％ 事业人数占比例％
人数比例％ 1994 23.8 76.2 48.8 1995 23.4 76.6 48.5 1996 24 76 47.1 1997 22.7 77.3 48 1998 23.8 76.2 54.5 1999 24.9 75.1 51.8 2000 25.8 74.2 53.8 2001 26 74 54.4 2002 26.1 73.9 56.1 2003 24.1 75.9 54.9平均值 24.46 75.54 51.79 关系显示：（1）行政与事业人员结构虽有所变化，但变化不大，基本保持了一定的比例。即行政机构人员占1/3，事业单位人员占2/3。（2）教师数量占事业单位人员总量的1/2强，比重显得过大。
人员经费的结构与人员的结构呈同向变化关系。（1）在人员经费结构中，行政人员经费占经费总额的比重30％，事业人员经费占经费总额的比重70％，其中教师经费占事业人员经费的比重接近60％。调查发现，当行政编制冻结后，事业单位供养人员急剧膨胀。一部分是历次机构改革中行政机关精简人员，一部分是新进单位的人员，大部分都流向事业单位或压往二级单位。较多事业单位或二级单位人浮于事，相互攀比，一些苦活、累活没有人做，在社会上临时聘用人员。（2）人均经费水平逐年提高。其中事业人均经费支出增长27.4％，教育 人均经费增长22.05％，均高于行政人均经费支出增长5.6个、0.25个百分点。
表3 孝感市2000-2003年行政事业单位人员经费结构变化表
行政人员经费 事业人员经费
占比 人均 占比 人均 其中教 人均 重％ 经费 重％ 经费 师％ 经费 2000 29.7 6945 70.3 5690 60.4 6396 2001 30.3 9151 69.7 7383 54.6 7408 2002 31.7 10572 68.3 8061 64.3 9241 2003 25.3 12554 74.7 11769 54.2 11626平均或
递增 29.25 21.8％ 70.75 27.4％ 58.37 22.05％ 推论：供养人员结构反映了一级事权中从事行政与事业工作的人员配置比例。从相对比例看，事业所占比重过大，尤其是教师人数及经费比重突出。据此推论：降低财政供养系数，减少供养人员的重点是事业单位，其中优化教师队伍应是重中之重。3.可用财力与供养系数的关联分析。分析方法：（1）可用财力为一般预算收入与转移支付之和。本文将72县（市）一般预算收入与转移支付相加后，按照可用财力大小自然划分为5个档次。（2）供养人员数量范围指划分档次内最低数量到最高数量范围。（3）人均财力水平是指各档次可用财力金额之和与财政供养人员数量之和的比值。具体统计和计算过程略，结果列表如下：
表4 湖北省2002年72县（市）可用财力与供养人员关系分析表
单位：元、万人、万元
可用财力 供养人口 人均财力 档次 县市个数
范围 数量范围 水平1 3-3.5 3 2.3-2.8 1.16 2 2.1-3 22 1.2-3 1.06 3 1.5-2 13 1.1-2 1.04 4 1-1.5 22 0.9-1.7 0.94 5 0.5-1 8 0.4-1 1.09 关系显示：（1）财政供养人员与可用财力成正比变化。可用财力较多的县市，财政供养人员较多；可用财力较少的县市，财政供养人员较少。（2）人均财力支出水平基本相等。不管是财力多的县市，还是财力少的县市，人均可用财力基本保持在一个相等的水准。（3）综合关系。人均可用财力没有拉开档次，可用财力主要聚集在养人上。财力强的县市多养人，财力弱的县市少养人。
推论：财力多的养人多，财力少的养人少，据此推论，财政就是“吃饭财政”，财政增收就是为了供养更多的人员，而这却背离了一级政府事权人员配置的原则，是财政工作的误区。因此，降低财政供养系数不能将可用财力与供养系数挂钩。4.公共支出与供养系数的关联分析。
分析方法：借助于财政收入、财政支出、地域人口、可用财力、工资水平等指标之间的公式推出公共支出与供养系数之间的关系。下面是演绎过程：（1）人员经费支出=财政供养人员×人均工资标准=供养系数×区域人口数量×人均工资标准（2）财政支出=经常性支出+专项支出=（人员经费支出+公务费支出）+专项支出（3）财政支出=可用财力=财政供养系数×区域总人口×人均工资标准+公务费支出+专项支出 财政供养系数=[财政支出-（公务费支出+专项支出）]/区域总人口×人均工资标准=（可用财力-公共支出）/地域人口数量×人均工资标准
关系显示：在一定时期内，某县（市）的可用财力、地域人口数量、人均工资标准基本上保持在一个不变的水平，可视为常量指标。因此，财政供养系数与公共支出存在十分密切的关系。由于公共支出是被减量，被减量与差值成反向变化关系，即公共支出越大，供养系数越小；公共支出越小，供养系数越大。当可用财力等于公共支出时，供养系数为零。当可用财力大于公共支出时，供养系数为正；当可用财力小于公共支出时，供养系数为负。
从事权与财力配置上讲，一级政府有一级事权，一级事权有相对应的可用财力。根据这一设立原则，一个地方的可用财力应包括两部分：首先，履行一级事权所需的非人力资源财力，主要指物质资料、生产工具等。其次，完成一级事权所需配备的人力资源所需财力，主要指生产与再生产的补偿财力，如工资、奖励、福利等。按照行政管理理论，国家赋予同一级政府的事权是基本一致的，公共支出也应该是一致的。但由于各级的工资标准、地域人口、可用财力不同，财政供养系数必然是不同的。在同一级别的公共事权相同的前提下，可用财力较多的地方，可用财力超出公共支出的增量就多，就可以提高供养系数。而可用财力较少的地方，可用财力超出公共支出增量就小，财政供养系数就低。而可用财力比公共支出低的地方，财政供养系数为负数，这个地方的财政必然是负债运行。推论：如果一个地方履行一级事权不完整，则说明可用财力不足以养人，供养系数应为负值。但在实际中，履行一级事权不完整的地方较多，但财政供养系数却为正值，有的还较高。理论与实践产生了矛盾。实际情况是由于供养人员失控。可用财力大量向人员经费集中转移，挤占了履行正常事权所需财力。因此，降低财政供养系数，需要划分地方可用财力，可用财力必须首先用于履行一级事权，并据此配备相应人员，超过公共事权所需人员必须精简。5.地理环境与供养系数的关联分析。分析方法：（1）将全省72个县（市）按地理特征分为五个类型：山区县、丘陵县、平原县、城郊县、湖（库）区县。（2）地域人口、供养人员范围按各类型从最小到最大列示。（3）供养系数为各类型县（市）的供养人员总数与地域人口总数的比值。具体统计和计算过程略，结果列表如下：
表5 湖北省2002年72县（市）地域人口与财政供养人员及系数关系分析表
单位：个、万人
地域人口 供养人口 供养系数 类型 个数
范围 范围（％）山区县 34 8-120 0.5-2.5 2.84 丘陵县 6 50-100 1.3-3 2.85平原县 17 35-100 0.6-2.6 2.81 城郊县 10 35-160 0.9-3.5 2.76 湖（库）区县 5 50-140 1.8-2.8 2.53 增长率％ 14.47％ 11.22％ 关系显示：（1）地域人口起点基本相同，变化幅度逐步增加。主要是地理环境和行政区划造成的。（2）供养人口起点依次增大。说明供养人员与地理环境呈同向变化关系。其中山区县供养人员相对较少，而平原、城郊、湖（库）区县供养人员相对较多。（3）供养人员在3万人上下变化。这是一个县（市）的最大值。（4）供养系数依次减少。虽然地域人口、供养人员同向增加，但地域人口依次增长高于供养人员依次增长，即供养系数分子增长低于分母增长，导致供养系数依次减少。计算结果证实了这一点。
推论：由于人口增长控制属于国家计划生育政策范围，我们只能控制供养人员增长。按照地理条件与供养人员关系，控制财政供养系数重要依据是按供养人员起点大小，即按地理划分的后三类（湖库区县、城郊县、平原县）应是重点控制地域。6.政策环境与供养系数的关联分析。分析方法：本文涉及政策环境包括行政体制、财政体制、人事体制、经济 周期等，由于这些方面都是一个庞大主题，限于篇幅，此外主要以定性分析这主。（1）行政体制与供养系数。目前，我国行政体制设计是五级管理体制，即中央、省（直辖市、自治区）、市（自治州）、县（市级县、县级区、自治县）、乡镇（民族乡）。各级不论区域人口多少，面积大小，级次高低，经济好坏，都设有“大而全”的行政事业管理机构，配备有一定数量的工作人员。据有关资料，解放初期，全国的官民比例为1∶600，到2002年各级各类官员占总人口的平均比例已达1∶28，干部总人数是解放初期的80多倍。这种庞大的层次多的行政管理体制，不仅办事效率日益低下，而且需要巨大的行政管理成本作支撑。仅以乡镇为例，1984年，全国撤社建乡结束时有乡镇92476个，按当时每个乡镇平均支出20万元计算，需要消费财力184.9亿元。经过改革，到2003年底止，全国乡镇减少至38464个，按2002年每个乡镇平均支出50万元计算，仍需要消耗财力192.3亿元。以湖北省的情况来分析，2002年，全省财政供养人员中，省地两级供养人员占全省比例为1/4弱，而县乡两级供养人员占全省供养人员比重为3/4强，其中乡镇级占全省比重达到24.45％。
表6 2002年湖北省财政供养人员按行政级次分布和人员结构表
单位：人
合计 财政拨款或补助开支人员 行政
级次 国家 集体 离休 退休 长休 人数 占比重％ 职工 职工 人员 人员 职工 省级 213350 10.43 159148 783 4557 48585 277 地市级 278317 13.61 211778 7981 5288 52652 618 县级 1053156 51.50 821920 39588 10471 180444 733 乡镇级 500013 24.45 393854 24458 2145 78945 611 总计 2044836 100 1586700 72810 22461 360626 2239 结构 100 77.59 3.56 1.09 17.63 0.11 比例％
关系显示：行政管理层次与财政供养人员成正比，与财政供养系数成正比。
推论：根据上述关系显示，要降低财政供养系数，需要减少行政管理层次。按照市场经济国家通行做法，行政体制设计只需设三级政府，我国可比照改革。（2）财政体制与供养系数。从1994年起，我国实行了分税制财政体制，实行了“统一领导，分级管理”的体制，按照这种“分灶吃饭”的财政体制，一级政府有一级事权，一级事权有相应的财力。但从分税制10年运行的情况看，各级事权不规范是突出的问题之一，在地方各级体制运转中，经常有事权错位、缺位和越位的情况出现，形成了中央调控各地事权的局面。特别是几次增加工资，在经济转型时期产生了一定的“吸引效应”，各地膨胀了一大批人员。后来，在“一要吃饭，二是建设”思想引导下，地方政府及财政把保工资发放作为第一要务，更是巩固了“吸引效应”，不少地方特别是经济落后省份没有把住关口，供养人员无序膨胀，相互攀比，增加了一定数量的财政供养人员，提高了供养系数。关系显示：财政体制不规范，为地方供养人员增长创造了机会。
有效系数 篇3
1测算分析方法与样点灌区选择
根据灌溉水有效利用系数的定义, 《全国灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则》采用“首尾测算分析法”[1,2,3], 计算公式如下:
式中, η为灌区灌溉水有效利用系数;W净、W毛分别为灌区净、毛灌溉用水总量 (m3) 。
根据《细则》中对于样点灌区选择与数量确定的相关要求, 结合尚志市实际情况, 共选择了6个样点灌区, 分别为中型灌区:马延灌区和河东灌区;小型灌区:沙沟子灌区和周山灌区;井灌区:长寿乡万发村和长寿乡一曼村。
2农田灌溉水有效利用系数测算
参考王景山等[2]的研究, 测算过程主要有典型田块选择、典型田块单位面积均净灌溉用水量量测、样点灌区年毛灌溉用水总量计算、样点灌区年净灌溉用水总量测算、样点灌区灌溉水有效利用系数计算、各类型灌区灌溉水有效利用系数计算、全市灌溉水有效利用系数计算等步骤与过程。
经过计算, 尚志市中型灌区、小型灌区、井灌区的农田灌溉水有效利用系数分别为0.43、0.48、0.58, 全市2013年农田灌溉水有效利用系数为0.48。
3结果与分析
通过上述测算分析可知, 2013年尚志市农田灌溉水有效利用系数为0.48, 接近全国平均水平0.52。从灌溉水的损失途径进行分析, 影响农田灌溉水有效利用系数的主要因素有工程措施、管理措施和技术措施等。其中, 对于尚志市来说, 工程措施是最主要的影响因素。
通过采取管道输水、渠道防渗等工程措施, 可大大减少灌溉水的渗漏损失, 提高输水效率, 从而提高灌溉水利用系数[1,2,3,4]。但这并不是减少输水损失的唯一措施, 通过井渠结合、提高灌区内的调蓄能力和反调节能力、配套田间工程、进行土地平整等, 均可提高灌溉水利用系数[5,6,7]。
2010年, 尚志市水务局编制了2010—2020年的《尚志市农田水利建设规划》, 总投资为54 025.9万元, 主要建设内容为中小型灌区固定渠道及配套建筑物、小型塘坝、小型泵站、灌溉机电井、旱田节水灌溉等改造工程。规划中小型灌区13处, 配套建筑物2 479座, 整修渠道661.3 km;小型塘坝137座, 拦河坝工程33处, 小型灌溉泵站111处, 灌溉机井125眼。工程建设总目标是新增供水能力6 363万m3, 改善灌溉面积1.56万hm2, 新增有效灌溉面积0.72万hm2, 高效节水灌溉面积0.28万hm2, 将工程完好率提高到60%, 渠系水利用率由0.55提高到0.6, 灌溉保证率达到75%。
2010年, 尚志市人民政府实施了《黑龙江省尚志市粮食生产能力建设规划实施方案》。方案包括了水利化工程、基本农田建设、防灾减灾体系建设等多项工程。其中, 水利化工程的主要建设内容为大中型灌区及配套工程建设、水源工程建设和抗旱应急水源工程建设。规划至2015年, 计划完成马延、鱼池、亚布力、庆阳、大泥河等5个国有灌区配套改造建设, 新增灌溉面积1 666.67 hm2, 改善水田面积5 666.67hm2, 总投资1.28亿元;计划建设以灌溉为主的水源工程, 续建小型水库工程4座, 增加供水能力2 400万m3, 总投资0.22亿元;计划建设以抗旱为主的水源工程, 维修渠首44座, 维修塘坝12座, 新打机井450眼, 增加灌溉能力1 860万m3, 可补水灌溉1.08万hm2, 总投资0.64亿元。基本农田建设工程的主要建设内容为水田改造工程、旱田治理工程、小流域生态工程治理和土地整理工程。规划至2015年, 续建配套一些必要的蓄水工程, 水田改善工程总控制面积0.532万hm2;旱田节水灌溉工程以新打机电井为主, 分布在12个乡镇, 并结合农业措施、林业措施等;水土流失治理以小流域为单元, 以丘陵沟壑区的亚布力等10个乡镇为重点, 规划至2015年完成小流域治理面积达到0.64万hm2[8]。
灌区应根据实际情况, 基于技术经济比较, 兼顾骨干工程与田间工程。在田间工程配套的基础上, 平整土地, 为推广先进的灌水方法与技术创造条件, 也是实现水的高效利用的重要途径[1,2]。
参考文献
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粘滞系数实验报告 篇4
1.进一步理解液体的粘性。
2.掌握用奥氏粘度计测定液体粘度的方法。
二、实验原理：
当粘度为η的液体在半径为 R、长为 L 的细毛细管中稳定流动时，若细管两端的压强差为△P，则根据泊肃叶定律，单位时间流经毛细管的体积流量 Q 为
LP RQ84
（19-6）
本实验使用奥氏粘度计，采用比较法进行测量，实验时常以粘度已知的蒸馏水作为比较的标准。先将水注入粘度计的球泡 A 中，在用洗耳球将水从 A 泡吸到 B 泡内使水面高于刻度 m，然后把洗耳球拿掉，只在重力作用下让让毛细管又流回 A 泡，设水面从刻痕 n 下降至于刻痕 n 所用的时间为 t1，若换以待测液体测出相应的时间 t2，由于毛细管的液体的体积相等，固有1V V ，即 2 2 1 1t t Q Q
则
1114t8LP R=2224t8LP R 即得
122112ttPP
（19-7）
式η1 中η2 和分别表示水和待测液体的粘度.设两种液体的密度分别为ρ1 和ρ2，因为在两次测量中，两种液面高度差△h 变化相同，则压强差之比为
2121 1h gh g2 PP
（19-8）
带入式（19-8），得12 22tt
（19-9）
从本实验的讲义的附录表中查出实验温度下的ρ1、ρ2 和η1，则根据式可求得待测液体的粘度η2。
三、实验仪器：
奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架。
奥氏粘度计如图 19-3 所示，是一个 U 形玻璃管‘B 泡位置较高，为测定泡；A 泡位置较低，为下储泡；B 泡上下各有一条刻痕 m 和 n’以下是一段截面相等的毛细管 L。
四、实验内容和步骤：
1.在大烧杯内注入一定量室温的清水，以不溢出杯外为度，作为恒温槽。
2.用蒸馏水将粘度计内部清洗干净并甩干，将其竖直地固定在物理支架上，放在恒温槽中。
3.用移液管将一定量的蒸馏水，（一般取 5～10mL）由管口 c 注入 A 泡，注意取水和取代测液体的用具不要混用，i 每次每次应冲洗干净。
4.用洗耳球将蒸馏水吸入 B 泡，使其液面略高于刻痕 m 然后让液体在重力作用下经毛细管 L 流下，当液面相降至刻痕 m 时，按下秒表，记下所需时间 t1。重复测量 t1 六次。
5.将蒸馏水换成待测液体乙醇，重复上述步骤三和步骤四，测量同体积的乙醇流经毛细管所用的时间t2，重复测量六次。（先将粘度度计用待测液体乙醇清洗一下）
6.测量恒湿槽中水的温度 T。
五、实验数据与处理：
查表与记录：T=11℃
蒸馏水的密度1 =0.99963×310
kg/3m
乙醇的密度2 =0.79704×310
kg/3m
蒸馏水的粘度1 =1.274×310
s a P
计算：
11 12 22tt 1.915×310 s a P
.3236.0tttt22112 E
s a 10 6197.032 2 2 P E 2 2 =1.915×310 s a 10 6197.03 P
次数 t1 t2 1 39.03 s 74.19 s 2 39.31 s 72.63 s 3 38.94 s 72.94 s 4 38.97 s 73.22 s 5 38.97 s 73.60 s 6 38.87 s 74.69 s平均 39.015 s 73.545 s 六、误差分析：
1.实验时要保证蒸馏水和乙醇的纯度。
2.由于实验采用秒表计时，在数据上有误差。
3.实验时温度变化会影响实验精确度。
4.在实验液体由蒸馏水换成乙醇时洗涤不充分，影响实验。
七、思考题：
1.为什么要取相同体积的待测液体和标准液体进行测量 ？
答：用比较法得到粘滞系数,η2/η1 与 ΔP2/ΔP1 有关,而 P=ρgΔh,若水与酒精体积不相等,那粘度计左右两边高度差就不相等,Δh 就不能抵消,就不能用11 12 22tt 计算。
2.为什么实验过程中，要将粘度计浸在水中 ？
答：因为水的比热容，可以有效地控制试验温度不变，减小误差。
3.测量过程中，为什么必须使粘度计保持竖直位置？
答：减少其它力对液体的影响，便于减小实验误差。
有效系数 篇5
我国水资源缺乏, 而且农业灌溉用水浪费现象十分严重。灌区是我国主要的粮食生产基地, 灌区农业在各省经济发展中占有重要地位。灌溉用水有效利用系数是反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出要将农田灌溉水有效利用系数提高到0.53 以上, 2011年中央1号文件首次聚焦水利, 提出农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上, 研究灌溉用水有效利用系数测定方法具有重要意义。王洪斌等对静态和动态测定法测定灌溉水有效利用系数的方法进行了对照分析[1];冯广平等采用零通量面法计算田间灌溉水土壤有效积蓄量, 进而计算灌溉水有效利用系数[2];高峰等对灌溉水利用系数测定方法中的首尾测定法和典型渠道测量法进行了分析和比较, 提出了综合测定法[3]。文献缺乏对灌溉水利用系数内涵的深入分析及其各种测定方法的论述比较。本文深入分析了灌溉水有效利用系数的内涵, 系统总结了灌溉水有效利用系数的测定方法, 并对各测定方法进行了比较分析。
1 灌溉水有效利用系数内涵
1.1 灌溉水有效利用系数概念
(1) 灌区灌溉水有效利用系数为田间所需的净流量 (或水量) 与渠首引入流量 (或水量) 之比, 在灌溉水从水源引入到田间最终被作物吸收利用过程中, 可分解为渠系水利用系数和田间水利用系数两部分。灌区的灌溉水输水过程如图1所示。在土壤质地、衬砌程度、灌区管理水平等因素相同的情况下, 渠道输水效率与渠道长度有关, 渠道越长, 输水效率越低。图中输水段a<b, 则输水段a的输水效率大于输水段b, 输水段a=c, 则输水段a的输水效率等于输水段c。灌溉水进入田间后, 田间水的利用效率与土地平整程度、灌水方法等因素有关。
渠系水有效利用系数为末级固定渠道灌溉渠系的净流量和毛流量的比值。田间水利用系数是指农渠以下 (包括临时毛渠直至田间) 的水的利用系数, 通常用实际灌入田间的净水量 (对于旱田, 指蓄存在计划湿润层中的灌溉水量;对于水田, 指蓄存在格田中的灌溉水量) 与农渠放出的水量的比值表示。
对任何一种节水技术措施进行分析、比较和评价时都不能离开灌溉水利用系数。可用下式计算:
式中:η为灌溉水有效利用系数;W田间为田间所需的净灌溉水量, 一般指灌入田间且可被作物利用的水量;W总为灌区渠首引入总水量;η渠为渠系水有效利用系数;η田间为田间水有效利用系数。
(2) 净灌溉水量分析。净灌溉水量指灌入田间根系土层、且能被作物吸收利用的那部分水量。田间灌水量可用图2来解释说明:地面灌溉时, 灌溉水进入田间, 畦田首端灌水时间长, 入渗量多, 湿润深度大;尾端灌水时间短, 入渗量少, 湿润深度小。储存在根系土层H范围内的水量才能被作物有效利用, 图中的阴影部分即为田间的净灌溉水量。
田间的净灌溉水量消耗主要表现在植株蒸腾与棵间蒸发, 在没有降水、地下水埋深较大情况下, 作物生长完全依赖灌溉, 净灌溉水量也可以用作物腾发量表示。有降水或地下水补给情况时, 可用作物腾发量减去有效降水量、地下水补给量表示。
1.2 灌溉水有效利用系数与水分利用效率的关系
在我国近些年的节水农业发展过程中, 水分利用效率与灌溉水利用系数一起被设定为重要指标用于评价一个地区农业水资源的管理、利用水平和节水农业技术措施的实施效果。水分利用效率 (Water Use Efficiency, WUE) , 是表示作物水分吸收利用过程效率的一个指标, 一般指单位水量消耗所生产的经济产品数量。在经济学上, 任何生产过程的效率定义为单位产出量与投入量的比值[4]。在田间水文循环中, 有效降水量、灌溉到达作物根系的水量和土壤中贮存的可用水量皆可被作物利用 (可理解为投入量) , 在田间水分的消耗中, 只有蒸腾对作物的生长有效 (可理解为产出量) , 而棵间蒸发和深层渗漏等都为水分的无效消耗途径。WUE可用下式表示。
式中:T为田间作物蒸腾量;P0为有效降水量;W为贮存在土壤中可用水量。
对于灌溉研究而言, 灌区渠首引进总水量供田间灌溉使用 (可理解为投入量) , 在输水过程中的蒸发渗漏损失等为灌溉水的无效消耗途径, 只有进入田间作物根系带的水量可被作物利用 (可理解为产出量) , 水分利用效率即为灌溉后根系带含水量的增加与渠首引进总水量的比值。
田间水文循环中的水分利用效率为作物蒸腾水量与可被作物利用的所有水量的比值, 灌溉意义上的水分利用效率中灌溉后根系带含水量的增加即为田间净灌溉水量, 因此灌溉意义上的水分利用效率即为灌溉水有效利用系数。WUE是灌溉工程与技术范畴节水的最终目标, 包含渠道水利用率、渠系水利用率、田间水利用率和灌溉水利用率等项目。水分利用效率包括区域水平衡、农田水分再分配、引水工程及水的调配、渠道防渗、输水工程及灌溉新技术等方面的研究内容[5]。
2 灌溉水有效利用系数测定方法
根据灌溉水有效利用系数内涵, 其测定方法可分为首尾测算法和分段测算法。
2.1 首尾测算法
首尾测算法是直接用灌入田间可被作物吸收利用的水量 (净灌溉用水量) 与灌区从水源取用的灌溉总水量 (毛灌溉用水量) 的比值来计算灌区灌溉水有效利用系数, 即η=W田净/W总。W总为渠首的总引水量, 其关键因素是田间净灌溉水量的测定, 根据田间净灌溉水量的测定方法首尾测算法又可分为直接计算法、田间试验法和作物需水量法。
2.1.1 直接计算法
根据灌区作物灌溉制度中的灌水定额来计算灌区的净灌溉水量, 即:
式中:M为灌区年度综合灌溉定额;A为灌区总灌溉面积。
2.1.2 田间试验法
通过对典型田块灌水前后田间水量变化的测定, 以确定田间的净灌溉水量。根据田块类型可分为旱作物灌溉、水田的湿润灌溉和水田的淹水灌溉。
(1) 旱作物灌溉和水田的湿润灌溉。
根据典型田块灌溉前后计划湿润层土壤含水率的变化确定净灌溉水量, 计算公式为:
式中:H为灌水期内田块土壤计划湿润层深度;γ为田块H土层内土壤干容重;θ0i、θgi为第i次灌水前和灌水后田块H土层内土壤质量含水率;n为灌水次数。
(2) 水田的淹水灌溉。
根据典型田块灌溉前后田面水深的变化来确定净灌溉水量, 计算公式为:
式中:h1、h2为灌水前和灌水后田块田面水深。
2.1.3 作物需水量法
在没有降水、地下水埋深较大情况下, 净灌溉水量可以直接用作物需水量表示;有降水或地下水补给情况时, 可用作物需水量减去有效降水量、地下水补给量表示。计算公式为:
式中:ET为作物需水量;K为地下水补给量。
作物需水量法中的ET一般是根据作物、气象资料, 人工采用Penman-Monteith公式进行估算, 并结合当地已有试验资料验证;也可用遥感卫星对流域或地区的综合ET进行监测计算。
2.1.4 各方法的比较
直接计算法简单方便, 利用作物的灌溉制度, 在确定灌溉定额时一般就存在一定的误差, 从而影响净灌溉水量的确定;试验法通过监测典型田块灌水前后田间水量的变化, 以确定灌溉后的田间净灌溉水量, 此方法测得的田间净灌溉水量准确性较高, 但人工测土壤水分变化也存在一定误差;作物需水量法中的人工测量计算ET法比较复杂, 而且以点代面产生的误差较大;卫星遥感监测技术可将地面站点的观测结果扩展到整个流域, 省工、省力, 不仅克服了以点代面计算ET产生的误差, 而且直接反映了土地使用类型、植物生长状况和ET的关系[6], 遥感卫星在今后的农田蒸发蒸腾研究和灌溉计划方面将会非常有用。
2.2 分段测算法
分段测算法根据η=η渠η田间来测定, 需要分别对渠系水有效利用系数和田间水有效利用系数进行测定。
2.2.1 灌区渠系水有效利用系数测定
渠系水有效利用系数为各级渠道水有效利用系数的乘积, 即η渠系=η干η支η斗η农, 其测定方法分为静水测定法和动水测定法。
(1) 静水测定法。
《节水灌溉技术规范》中此方法为:选择一段具有代表性的渠段, 长度为50～100 m, 两端堵死, 渠道中间设置水位标志, 然后向渠中充水, 观测该渠段内水位下降过程, 根据水位的变化即可算出损失水量和渠道水有效利用系数。渠段的水量损失测出后, 换算成单位长度水量损失率σ后计算或直接用公式计算为:
式中:η渠道为渠道水有效利用系数;σ为单位长度水量损失率;L为渠道长度:AL, AL+τ观测开始时和结束时相应水深的渠道断面面积;ΔL为代表渠段的长度;τ为观测时间。
(2) 动水测定法。
动水法主要是对渠道中的流量进行测定, 动水测定法可分为流速法、水工建筑物法和经验公式法。渠道水有效利用系数的一般为所观测渠道下游的流量与上游的流量之比来计算, 即:η渠道=Q下游/Q上游。
①流速法。渠道中的流量可通过浮标或流速仪来测量。用浮标测量时流速与过水断面乘积即为断面过水流量;用流速仪测量时可根据相关公式计算其流量。也可根据水的流速利用顺时法来测量, 例如测出水的流速后, 在T时测试渠道中点1的流量, 计算经过t时间后该点水流所到达的位置定为点2, 在 (T+t) 时测2点的流量。浮标测流法简单, 易被一般人员所掌握, 但精度较低, 适用于斗、农渠。对选择的测流段要求渠段平直, 渠床较规则完整, 水流均匀平稳, 无漩涡及回流现象[7]。流速仪精度较高, 但需要仪器设备和一定的操作技术, 适用于渠道水面较宽及流量较大的干、支渠。
②水工建筑物法。根据坝址处的水力条件和实际需要, 选用水力学中的量水建筑物, 如巴歇尔量水槽、梯形量水堰和三角形量水堰等。在典型渠段的首端和尾端设置量水建筑物进行渠段流量的测量, 量水建筑物可分为自由出流和淹没出流, 根据不同量水堰的尺寸和水尺读数就可以代入公式求出其流量, 量水建筑物的测量精度较高。
③经验公式法。在了解灌区岩土透水性、不透水层位置、渠道水力断面与流量, 并考虑渗流边界条件和渠道渗流所处的阶段, 选用不同的公式计算或估算渗流量。我国目前广泛采用的渠道输水损失的经验公式为:
式中:S为单位渠长的输水损失量;A为渠底土壤透水系数;m为渠底土壤透水指数;Q损为渠道输水损失量。土壤透水参数A、m应根据实测资料求得, 缺乏实测资料时可查表。
(3) 静水测定法与动水测定法的对比分析。
静水测定法的渠道长度过短, 代表性不强, 且未考虑流量变化对损失率的影响, 适用于渠道较短, 流量较小的农渠或毛渠, 但对于斗渠及以上各级渠道的测定不宜采用此方法。使用流速仪时要有适当的水深条件、足够的渠道长度和测试时间, 在实际的水利水电工程规划设计等流量测验时, 常常会碰到小流量的情况, 由于其流速太小 (小于流速仪的低速测速范围) , 水深太浅 (小于流速仪的水力半径) , 河底卵石多水流复杂、断面不容易计算, 很难用常规的流速仪进行流量测量, 用浮标法测量的精度往往又达不到要求, 此时较适合用水工建筑物进行测量。采用经验公式估算时流量采用净流量, 在已知渠首毛流量求净流量时需要试算, 这不仅工作量大, 且对于配水渠道, 要各配水口之间同时试算很难实现, 而且误差也较大。
2.2.2 灌区田间水有效利用系数测定
田间水有效利用系数为灌入田间的净水量与末级渠道放出的总水量的比值, 因此关键因素是确定田间净灌溉水量, 可利用首尾测算法中的田间净灌溉水量的确定方法。
式中:η田间为田间水有效利用系数;W末级为末级渠道放出的总水量。
2.3 首尾测算法与分段测算法的对比分析
首尾测算法是根据灌溉水有效利用系数的定义来计算的, 灌溉水有效利用系数既然是反映灌区灌溉用水有效利用程度的指标, 则可以不必测定灌溉水在输、配水和灌水过程的损失, 即只测定灌区渠首当年引进的水量和最终灌到贮存在作物计划湿润层的水量, 用后者与前者的比值来求得当年的灌溉用水有效利用系数。首尾测算法减少了许多测定工作量和不确定因素, 该方法简便, 测量结果接近实际。分段测算法需要分别测定渠系水有效利用系数和田间水有效利用系数, 工作量大, 灌区一般采用典型代表一般的方法, 所确定的结果误差较大。首尾法只能反映整个灌区的灌溉水利用系数, 难以反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等, 不能用来指导灌区节水工程改造。分段法可以反映具体渠道和田间水的有效利用效率, 测定计算灌溉水在输、配水和灌水过程的损失, 方便灌区对渠道的防渗、衬砌和田间的节水灌溉等具体工作进行改进和管理。
渠系输水损失包括水面蒸发损失、渗水损失、漏水损失等3部分, 其中渗水损失和漏水损失可被重新再利用, 称为回归水。渗水损失中有一部分水量进入渠系两侧田间作物根系土层, 被作物吸收再利用;而漏水量进入其他田块, 大部分可被作物吸收利用。这些水量均应视为田间有效水量。式 (10) 、式 (11) 以干、支、斗渠为例进行分析。
式中:W1、W2、W3为干、支、斗渠渠首流量;η渠为渠系水有效利用系数;η′渠为渠系水有效利用系数实际值; η1、η2为干、支渠渠道水有效利用系数;β1为渠道渗漏损失占渠道流量的比例;β2为回归水利用系数。β1、β2可根据经验公式来确定, 也可通过试验观测, 以水量平衡为基础来计算。
由式 (10) 、式 (11) 可以看出, η′明显大于η, 故典型渠段测量法所测的灌溉水利用系数偏小。分段测算法所测得的灌溉水有效利用系数小于实际值。
3 结 语
通过以上分析可以发现, 首尾测算法中的田间试验法测得的田间净灌溉水量准确性较高, 但测土壤水分变化也存在一定误差。分段测算法中的动水法所测的灌溉水利用系数较为准确, 动水法中用流速仪和量水设施所测得的数据准确度较高。分段测算法工作量大, 但可以反映到具体渠道和田间的灌溉水有效利用效率, 可用来指导灌区的具体节水改造工作。首尾测算法减少了工作量, 测量结果接近实际, 但其难以反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等。若只测整个灌区的灌溉水利用系数, 可用首尾法。分段测算法所测得的灌溉水有效利用系数小于实际值, 没有考虑在渠道输水过程中回归水的再利用。
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有效系数 篇6
1 理论和方法
通径系数是将相关系数分解为直接作用系数和间接作用系数, 以揭示各变量对因变量的相对重要性 (或贡献度) 的一种方法。建立在相关分析与回归分析的基础之上的统计量, 标准化之后去掉了单位, 彼此进行比较时以绝对值大小反映影响程度大小, 从而能进一步研究因变量与自变量之间的数量关系。因此, 比相关分析和回归分析等传统方法有优势, 能使得分析结果更为精确, 同时, 还能够考虑到两两因素 (直接和间接作用) 对结果的影响大小, 使得多变量统计分析的结果更为合理有效[13]。
通径系数的具体计算是以相关系数矩阵为基础, 通过求解通径系数的标准化正规方程, 来计算变量的直接通径系数和间接通径系数。若为了考察因变量y和自变量x之间的因果关系, 如果变量y与p个自变量x1, x2, …, xp之间有较为明显的统计学意义, 就能对考察资料进一步作通径分析。
(1) 通径系数的计算:设存在p个自变量x1, x2, …, xp, 每两个变量之间与因变量y之间的相关系数矩阵能构成标准化正规方程, 可以通过此方程来求解通径系数:
式中:ρ1, ρ1, …, ρp为直接通径系数。
通过对上述相关矩阵的逆矩阵的计算可以获得直接通径系数可, 假设Cij是相关矩阵rij的逆矩阵, 那么直接通径系数ρi (i=1, 2, …, p) 为:
式中:ρi为直接通径系数, 表达式为ρi→y;ρi→j→y为间接通径系数;可通过相关系数rij与直接通径系数ρj→y来计算, 表达式ρi→j→y=rijρj→y。
(2) 决定系数R2和剩余通径系数ρe的计算:因变量对自变量的影响程度用决定系数表示, 其值为复相关系数的平方。只有决定系数显著, 通径分析才能成立, 否则通径分析无意义。计算剩余通径系数的公式:
式中:ρe表示剩余通径系数;r表示相关系数。
(3) 分析结果解释:建立的方程方差分析中, F值的显著水平P≤0.05;每个回归系数的偏相关系数的显著水平也小于等于0.05时最好。
(4) 通径分析:在回归方程建立之后, 进一步进行通径分析, 通过通径系数的大小和正负来推断各个因子对因变量的直接影响和间接影响的大小, 据此可以确定各因子的贡献度。
2 实例分析
2.1 数据来源
广东省2011 年水资源总量1 471.26 亿m3, 总用水量464.22 亿m3, 其中农业用水量228.30 亿m3, 占总用水量的49.2%。灌溉面积228.762万hm2, 有效灌溉面积187.316万hm2, 实灌面积1 695.38hm2, 共有大中型灌区489处, 小型灌区17 900处。分析数据来源于《全国灌溉用水有效利用系数测算分析-广东省“十一五”农业灌溉用水有效利用系数测算分析》课题, 广东省选择并连续开展用水计量实测的各类型样点灌区共107处, 样点灌区除小型灌区外, 从个数和有效灌溉面积都满足占全省总量10% 的要求, 可以代表全省状况。通过“首尾测算法[2]”得到每处灌区的年度灌溉用水有效利用系数, 进而用水量加权平均得到各类型灌区和全省的年度灌溉用水有效利用系数, 测算年度数据见表1。广东省灌溉用水定额偏大, 浪费比较严重, 2011 年测算的全省灌溉水有效利用系数0.452, 低于全国平均水平。年度全省作物种植面积、节水灌溉面积等分析数据来自《广东农业统计年鉴》和《广东省水利建设摘编》。
2.2 影响灌溉水有效利用系数的各驱动力量化分析
在2005-2011年广东省灌溉水有效利用系数年度实测资料基础上, 为了对影响灌溉水有效利用系数的各相关因素进行系统分析, 分别从作物结构调整措施、输配水措施、用水管理措施、灌溉技术措施和田间用水措施等5个层面来量化分析各驱动因素对灌溉水有效利用系数的作用。
注:2005年度为现状分析年, 2006年度没有测算, 计算中年度结果采用相邻年度算术平均值。
2.2.1 作物结构调整措施对灌溉水有效利用系数的影响
广东省作物种植模式以“一年三熟”和“一年两熟”为主, 以2011年为例, 水稻作为广东省最主要的粮食作物, 种植面积占到实灌面积的85%, 占农作物播种面积的43%。而水稻种植以充分灌的传统方式为主, 各年度灌溉用水具有稳定性, 正常情况下, 灌溉用水量受影响变化较小。而对于除水稻之外的其他农作物用水量, 因为种类很多, 各地情况不同, 作物种植结构相差较大, 此类作物有些一年中种植只种单季, 在水稻之后种植, 比如冬种蔬菜、旱粮、绿肥等, 或连续种植, 如蔬菜、甘蔗、花生等。这些非水田作物生长所需要的水分主要以降雨补充为主, 灌溉用水为辅, 主要以非充分灌为主。因此, 各区域各年度种植结构调整主要是以水稻种植比例的下降和其他作物比例的上升有关, 这种作物种类和比例的变化直接影响着单位面积灌溉定额, 从而影响灌溉水有效利用系数的变化。因此, 考虑将除水稻作物之外的其他作物面积比例来表征不同区域种植结构调整对灌溉水有效利用系数的影响。
通过对2005-2011年全省种植结构中非水稻作物面积比例和年度灌溉水有效利用系数用最小二乘法建立回归方程, 见式 (4) 。
从图1可以看出, 随着非稻面积比的增加, 灌溉水有效利用系数也相应呈log3p1函数关系增加, 并达到显著相关水平。
2.2.2 输配水措施对灌溉水有效利用系数的影响
(1) 渠道防渗对灌溉水有效利用系数的影响。灌区渠道防渗技术作为灌区节水改造工程措施中目前应用最广泛的节水技术之一, 对灌溉水有效利用系数的提高有着重要而直接的促进作用。通过防渗处理, 既减少了水的渗漏损失, 又加快了输水速度, 渠道防渗率越高, 渠系水利用系数也越高。经验表明, 与土渠相比, 混凝土护面可减少渗漏损失80%~90%, 浆砌石衬砌减少渗漏损失60%~70%, 管道输水减少渗漏损失95%以上。渠道防渗改造因材料、渠道断面、过水能力、比降和土质等因素的不同对灌溉用水的节水效果的影响很大。在这方面已有很多灌区进行过多年、连续、不同方法的测试对比分析, 得出不同状况下渠道防渗改造的节水效果, 但多针对特定渠段或灌区, 而难以以此测试结果类推到区域乃至全省尺度[14], 因此, 为了对区域灌区改造的共性特征进行分析, 根据几年来测算的样点灌区的动态变化作为样本, 来分析全省渠道防渗改造对灌溉水有效利用系数提高影响, 根据对灌区资料分析并经概化处理, 提出灌区不同级渠道防渗率的贡献度, 因而不拘泥于单一渠道或灌区的改造效果和特点, 选取多样本单位灌区的平均值, 具有较强的代表性。
从图2中可以看出, 单位灌区渠道总防渗率5年间提高了42.87%, 年均提高8.57%, 各级渠道的防渗率逐年都有不同程度的提高, 其中, 干渠单位灌区渠道防渗率年均提高了3.25%, 支渠单位灌区渠道防渗率年均提高了2.65%, 斗渠单位灌区渠道防渗率年均提高了1.54%, 农渠单位灌区渠道防渗率年均提高了0.01%, 可以看出, 以干渠提高幅度较大。2007-2011年间各单位样点灌区各级渠道防渗率与灌溉水有效利用系数的回归方程见式 (5) ~式 (9) , 可以看出不同级别的渠道衬砌与全省灌溉水有效利用系数变化都具有很强的相关性。
从式 (5) ~式 (9) 可以看出, 渠道防渗率对灌溉水有效利用系数的贡献能力随着渠系级数的降低而提高, 公式的常数项也相应增大, 决定系数逐步提高, 全部渠道防渗率与灌溉水有效利用系数的相关程度最高。从全部渠道的贡献能力与灌溉水有效利用系数的回归方程可以看出来, 灌溉水有效利用系数的提高是渠系衬砌作用的综合体现。
通过用最小二乘法建立各级渠道衬砌率与灌溉水有效利用系数的回归方程, 见式 (10) 。
各级渠系衬砌率对灌溉水有效利用系数的权重比分别达到14.09∶15.48∶28.05∶42.37。
说明灌区各级渠系衬砌率对灌溉水有效利用系数都有正向贡献作用, 但其贡献程度不同, 以农渠级衬砌率的提高对灌溉水有效利用系数的提高作用最大, 因为在输水过程中, 农渠级通常是进入田间的一级渠系, 并且其长度和数量是各级渠系中最大的, 其衬砌率最大程度上决定着灌溉水有效利用系数的提高幅度, 但在有限的灌区改造投资下, 从有效减少输水过程水量损失及生态环境角度考虑, 对各级渠系的衬砌优先顺序安排上一般从取水口开始, 由大到小依次进行, 对灌区全部衬砌到农渠一级显然不现实也没必要。因此, 虽然农渠级贡献权重百分率达到了42.37%, 但从输水过程和可操作性上, 应重点针对斗渠级以上进行优先衬砌和节水改造。
(2) 节水灌溉面积对灌溉水有效利用系数的影响。节水灌溉面积主要指包括渠道防渗、低压管道输水、喷灌、微灌和滴灌节水灌溉面积的节水灌溉工程面积, 广义上的节水灌溉面积还考虑节水灌溉技术措施推广面积, 因此以节灌率来表征节水灌溉面积措施的作用具有很强的代表性。将2005-2011年各年度全省灌溉水有效利用系数和节水灌溉面积进行相关分析, 决定系数达到了0.9754, 见图3。节水灌溉面积与年度灌溉水有效利用系数的拟合方程符合指数函数关系, 见式 (11) 。
随着节水灌溉面积的增加, 年度全省灌溉水有效利用系数呈现指数形式上升, 因为节水灌溉面积是工程节水和灌溉技术节水设施水平的一个综合的体现。因此, 这也是从国家到地方, 都以大力发展和提高节水灌溉面积作为实现农田灌溉水有效利用系数提高的关键。
2.2.3 用水管理措施对灌溉水有效利用系数的影响
要做到节水灌溉, 首先要提高工程状况, 这是做好灌区节水的物质保障条件, 但是只重视工程建设, 忽视管理措施, 节水效果也将会大打折扣。当前普遍存在着重工程节水, 轻管理节水;重渠道防渗管道输水, 轻用水管理的倾向, 节水管理规章制度不健全, 管理责任制不落实, 导致由于用水管理和灌区设施管理维护跟不上而造成灌溉水的大量浪费和损失也占相当大的比例。
通过对各测算年度不同类型灌区不同工程和管理状况下各年度管理状况对灌溉水有效利用系数的提高值进行分析, 见表2。因为全省只有三宗大型灌区, 且工程状况相近, 都为“中”类型, 中型灌区和小型灌区各年度“好”、“中”和“差”类型不同状况灌区的年度提高值有一定差异, 但不同状况灌区总的提高趋势有一定的共性, 即中型灌区以“好”类型灌区比 “中”类型提高较多, 小型灌区以“中”类型灌区比“差”类型提高较多, 与其他档次提高幅度分别达到极显著差异。分析结果表明, 对于中型灌区现状状况以“中”为主, 工程改造和管理措施提高到“好”类对灌溉水有效利用系数具有普遍意义, 而小型灌区普遍工程设施状况较差, 绝大多数无专门管理单位, 现状状况以“差”为主, 提高到“好”类对灌溉水有效利用系数的提高有普遍意义。这也为灌区改造和加强管理, 提高全省灌溉水有效利用系数指出了重点和难点所在。
2.2.4 灌溉技术措施对灌溉水有效利用系数的影响
节水灌溉技术作为一种提高水的利用率和农业的产出效益的主要措施, 通过采用一定的工程措施和管理手段, 根据作物生理需要合理科学的灌溉, 是节约农业灌溉用水、缓解水资源不足、转变农业增长方式的重要途径。要进行不同灌溉方式灌溉节水效果的比较, 得到比较客观的对比结果, 需要多点、多年的测试结果, 现以全省灌溉水有效利用系数测算的32处井灌样点为样本, 分析不同灌溉方式多年平均值和节水技术对灌溉水有效利用系数的提高值, 见表3。从表3中可以看出, 2007-2011年5年间, 五类灌溉技术的年平均灌溉水有效利用系数在0.58~0.89之间, 各类灌溉技术年际间变幅较小, 克服了因水源、气候、降雨等偶然因素影响。从实测结果可以看出, 相比传统土渠漫灌方式, 渠道防渗、低压管道、喷灌和微灌灌溉水有效利用系数分别提高了0.02、0.10、0.24和0.31。
注:2005年只有土渠类型, 没有可比性, 表中未列出。
2.2.5 田间用水措施对灌溉水有效利用系数的影响
作为田间用水的大头, 水稻灌溉模式对灌溉水有效利用系数的影响起着决定性作用, 因此以水稻节水灌溉推广面积比来表征田间用水措施的作用具有很强的代表性。统计表明, 不同水稻灌溉模式的灌溉用水量不同, 见表4。从广东省各灌溉试验站多年平均值来看, 早稻和晚稻3种灌溉模式中以浅晒湿和湿润灌模式节水效果较明显, 与浅水灌溉模式比较, 浅晒湿模式的节水率可达4.6%~49.5%, 平均21.3%;浅晒湿、湿润灌和浅水灌3种灌溉模式水分生产率分别为1.01、0.98和0.84kg/m2;3种模式以浅晒湿的水分生产率最高, 节水潜力较大。
2.3 各类措施对灌溉水有效利用系数的驱动力贡献
2.3.1 灌溉水有效利用系数的驱动力影响模型
在五类影响灌溉水有效利用系数的措施中, 选取了稻谷作物种植面积比例、非稻谷作物面积比例 (非稻面积比) 、水稻灌溉模式节水面积比例 (水稻节水比) 、单位灌区防渗率、节灌率、不同节水灌溉技术对灌溉水有效利用系数的提高值 (节水技术提高值) 和灌区工程状况和管理措施对灌溉水有效利用系数的提高值 (管理状况提高值) 7项变量进行分析, 通过逐步回归剔除相关系数最低的指标, 最终选定以下5项变量分别代表五类措施进行进一步分析比较各自措施类型对灌溉水有效利用系数的作用大小 (见表5) 。
利用最优组合回归法建立影响灌溉水有效利用系数的各驱动力贡献模型:
F值=62 078.45, p值=0.003, 决定系数R2=0.998 7式中:X1为非稻面积比;X2为水稻节水比;X3为管理状况提高值;X4为节水技术提高值;X5为节灌率。
从通径分析表6可以看出, 方程通过5%的显著性检验, 达到显著性相关。说明在影响灌溉水有效利用系数变化的诸多主导因子中以用水管理措施 (管理状况提高值) 、作物结构调整措施 (非稻面积比) 和输配水措施 (节灌率) 相对重要, 这与国内外很多研究的结果较为一致。
2.3.2 贡献权重计算
通过对各影响指标的直接作用和间接作用通径分析, 可以明确找出其对灌溉水有效利用系数作用的大小和驱动机制。从直接影响程度来看, 种植结构调整措施 (非稻面积比) 的影响最明显, 贡献权重为0.408 8, 高耗水作物水稻种植面积和比例的下降, 使得灌溉用水量减少较大, 从而对提高灌溉水有效利用系数影响最大, 其次, 以增加节水灌溉面积和渠道防渗为主的工程措施 (节灌率) , 贡献权重为0.382 3, 对降低输配水过程水量的无效损失作用最大, 这也是无论从国家到地方首先以渠道防渗措施作为节水灌溉的首选措施的原因。这两项措施直接系数之和占到了总贡献的79.11%, 是起决定性作用的驱动力。再次为管理状况提高值, 贡献权重为0.151 8, 其节水的作用越来越重要。而以节水技术为主的水稻节水比和节水技术提高值相对不明显, 贡献权重仅为0.063和0.073。
在间接通径系数中, 各指标对灌溉水有效利用系数都为正向效应, 其中, 节灌率通过非稻面积比、水稻节水比、管理状况提高值和节水技术提高值对灌溉水有效利用系数正向效应分别为0.353 4、0.057 8、0.125 2和0.057 5。这说明节灌率作用的相当部分因素是由于非稻面积比重的上升造成的, 与实际情况相吻合。其次, 作为表征工程状况和管理水平的管理状况提高值, 是节水灌溉面积发挥效益的直接体现和保障, 而通过水稻灌溉制度和不同灌溉节水技术灌溉水有效利用系数差值的效应很低, 传导机制相对较弱。
节水技术提高值和管理状况提高值都通过节灌率对灌溉水有效利用系数正向效应最大, 分别为0.300 7和0.337 6;因为同属于工程措施或一部分, 工程类型、工程质量、管理好坏直接影响到效益的发挥, 从本质上来说是相通的。水稻节水比通过非稻面积比对灌溉水有效利用系数正向效应最大为0.388 5, 因为只有在水稻种植面积上才有水稻节水灌溉制度措施的应用, 该驱动力作用传导路线也很明确。非稻面积比通过节灌率对灌溉水有效利用系数正向效应最大为0.330 5, 这点很重要, 节水灌溉面积是对种植于其上的作物灌溉用水发挥作用的, 无论种植那种非水稻作物, 或其比重有多大, 只有灌溉能力和效率的提高, 才能提高整体灌溉水有效利用系数。
2.3.3 结果分析
通过五类措施对灌溉水有效利用系数的贡献权重比较可以看出, 非稻面积比和节灌率指标贡献较大, 两者之和占到了总贡献的79.11%, 说明提高灌溉水有效利用系数的最主要途径是“调结构”和“强基础”。在保证粮食安全的前提下, 通过调整高耗水作物如水稻等的种植结构比重以达到提高灌溉水的利用效率。同时, 通过提高灌区基础设施水平, 加强渠道衬砌和提高节水灌溉面积为主的工程措施, 减少输配水损失, 是提高灌水效率是另一个重要方向, 这也正是政府和地方大力加强灌区基础设施改造的原因所在。以灌区工程建后管护和用水管理为主的“管理能力”的增强也是提高灌溉水有效利用系数的最主要途径之一。由于推广应用普及率的原因, 以灌溉节水技术和灌溉方式为主要内容的“技术进步”所导致灌溉水利用效率提高的贡献率并不明显。同时, 从贡献率大小可以看出, 总体而言, 以改善输水和工程状况为主的 “硬性节水”措施为主。因此, 在灌溉水有效利用系数尺度变化的基础上[15], 要加强节水灌溉中的工程措施, 重视非工程措施, 优化水资源调度和配置, 提高和水管理水平, 大力宣传节水, 增强公众节水意识等, 可使得灌溉水有效利用系数在较大尺度区域上得到质的提高。
3 结语
本文通过实测资料从5个方面对影响灌溉水有效利用系数的措施进行了量化分析, 并采用通径分析法分别对各类措施的驱动力贡献进行了度量, 结果表明:非稻面积比 (0.409) >节灌率 (0.382) > 管理状况提高值 (0.142) > 节水技术提高值 (0.073) > 水稻节水比 (0.063) 。该结果清晰地找到了不同措施对提高灌溉水有效利用系数作用的大小和各措施互相之间的传导机制, 为进一步提高灌溉水的有效利用程度找到了重点并明确了方向, 对指导农业生产、灌溉节水和灌区工程改造有一定的实际和指导意义。
摘要：灌溉水有效利用系数作为国民经济发展的一项重要的资源利用效率指标, 也是实行最严格的水资源管理制度中用水效率控制红线的三项主要指标之一, 国家也提出了明确的阶段目标。由于影响该指标的因素众多, 在提高措施的选择和实施效果方面是各级政府在投资改造和决策中非常关心的问题。通过对广东省2005-2011年度实测基础上的资料进行统计, 对影响灌溉水有效利用系数的相关驱动力措施进行量化分析, 采用通径分析法对种植结构调整措施、输配水措施、用水管理措施、灌溉技术措施和田间用水措施五类措施的驱动力贡献权重进行了量度。结果发现各措施贡献主要以非稻面积比和节灌率指标为代表的措施为主, 最大两类措施权重占到总贡献的79.11%。该研究从驱动力贡献的角度解构了影响灌溉水有效利用系数的各因素内在作用机制和传导路径, 为更有效提高灌溉水的利用效率指出了具体实施的重点和方向, 对于区域水资源的优化配置和保障区域经济社会的协调发展有着重要的理论和实际意义。
有效系数 篇7
噪声作为影响高精度电子设备性能的主要因素,越来越受到电子设计人员的关注。例如:在接收机研制过程中,理论设计的灵敏度非常高,但是由于噪声的影响,实际接收机的灵敏度会有一定程度的下降,在通信系统中,提高接收机的灵敏度是一种比增加发射机功率更为有效的措施。因此,如何降低噪声对电子系统的影响,以及如何判断噪声的存在和度量已经成为设计人员首先要考虑的事情。
一般情况下,我们只考虑内部噪声,它主要由电阻、晶体管或场效应管等元器件内部带电微粒无规则运动产生的,它是随机的,称为热噪声,有时也称为约翰逊噪声。磁性物质也会产生噪声,其取决于剩余磁化强度和附加直流电压及射频电压,这种噪声成为巴克豪森噪声。通信设备中最大的噪声源还是来自于搭建电路的半导体器件,器件中的载流子发生波动就会产生散粒噪声,它会引起与热噪声相似的宽带噪声。
对于一件电子设备,计算噪声大小通常采用其方均值,通常这种方法比较复杂,于是引出了噪声系数的概念。
1 噪声系数定义及其数学公式推导
噪声系数表示信号通过某电路网络后信号噪声比变坏的程度,它是表征接收机内部噪声大小的一个物理量。
噪声系数的定义为放大器或接收机输入端信号噪声功率比(即输入信号功率Si与输入噪声功率Ni之比)与输出端信号噪声功率比(即输出信号功率So与输出噪声功率No之比)的比值,其表达式为:
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对式(1)变形:
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式中:No为接收机的实际输出噪声功率;G为系统增益;Ni为输入端的噪声功率。
Ni包括两部分,即外部噪声功率NA和内部噪声功率NR:
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式中:k为玻尔兹曼常数,k≈1.38×10-20 mW/K;Bw为接收机的噪声带宽;T0 =290 K;TA为天线的噪声温度。
所以:
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由于放大器或接收机的等效噪声温度为Ts=(FN-1)T0,而对于整套电子系统的噪声温度有T=Ts+TA ,所以把Ts和T代入式(3):
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通常取T=290 K,噪声系数就可以转化为:
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式中:No为输出的噪声功率单位为W;Bw为接收机的带宽,单位Hz;G为接收机输出信号的功率和输入信
号的功率之比。
对FN取对数,可以得到:
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式中:PNo为输出噪声功率No的dB数,单位为dBm。
假设噪声为带限信号,对式(5)变形:
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在式(7)中,记:
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式中:DPSD,No为放大器或接收机的输出噪声功率谱密度,单位为W/Hz;对功率(单位为W)取对数,就变成了dBm/Hz,可以在频谱分析仪中直接读出。
kTBw/Bw为输入噪声功率谱密度,单位为W/Hz,对功率(单位为W)取对数,就变成了dBm/Hz。通常在室温290 K,噪声功率谱密度为-174 dBm/Hz,这样:
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对比式(6)和式(8)就会发现,如果噪声为带限信号,通过计算功率谱密度得到的噪声系数与噪声系数定义是一样的,这样就可以借助频谱分析仪来读取功率谱密度进而得到放大器或接收机的噪声系数。
2 噪声系数测量方法
通过上面的公式推导可以发现,只要频谱分析仪测量范围允许,在明确放大器或接收机通道增益的情况下,就可利用式(8)的结果推算出放大器或接收机的噪声系数。该方法不受任何频率范围的限制,其最大限制来自于频谱分析仪的噪声基底。对于接收机而言,其通道增益G一般比较高,按照式(8)的推算方法,其结果比较准确。在测量时,需要在被测物的输入端短接匹配负载。
但是,对于一个单独的低噪声放大器直接使用该方法进行测量就不太准确了。因为低噪声放大器的增益通常在20 dB～30 dB,当噪声系数较低(小于7 dB)时,通过式(8)可知,DPSD,No 在-140 dBm/Hz左右,这样就需要测量-140 dBm/Hz的噪声功率谱密度,但是这个值低于大多数频谱仪的噪声基底。因此,直接使用频谱仪进行测量不可行。在这种情况下,可以采用级联的方式来确定低噪声放大器的噪声系数,如图1所示。
采用级联方式测量待测放大器的噪声系数,是因为多级放大器总的噪声系数主要取决于前面第1级,而与后面各级的噪声系数几乎没有关系。这样,采用级联方式测量出总的功率谱密度后,根据式(8)直接把待测放大器和已知增益放大器合成后的总增益减去即可求出待测放大器的噪声系数。
为保证测量的功率谱密度准确度更高,在使用频谱分析仪进行测量时把分辨率带宽RBW设置得小一点,同时把视频带宽设置为分辨率带宽的1%甚至更小。
3 结束语
本文的推导思想是在没有噪声系数分析仪或者噪声系数分析仪工作带宽不符合需要的情况下,使用频谱分析仪间接得到待测物噪声系数的一种方法。在笔者自己研发的接收机系统中,使用该方法测得的噪声系数为7.2 dB,而使用噪声系数分析仪测量得到的结果为6 dB,相差1.2 dB,分析原因是频谱分析仪和噪声系数分析仪内部的滤波器设置带宽不一样所致,但是这个结果在整套系统中是可以接受的。
参考文献
[1]张肃文,陆兆熊.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,1993.
[2]戈稳.雷达接收机[M].北京:电子工业出版社,2005.
有效系数 篇8
分子动力学模拟方法是在蒙特卡罗模拟方法之后而产生的一种确定性的模拟方法。它用来研究解析方法不能解决的复合体系的平衡性质和力学性质,在材料科学和计算机科学交叉学科中占有很重要的地位。在分子动力学模拟之前,首先需要建立一个模拟体系,其次列出体系内粒子的运动方程,最后通过求解体系内粒子的运动方程来研究体系与微观量相关的过程。
2理论模型及物理量的计算公式
在计算机模拟中势函数的选择直接很重要。本文采用的是修正型镶嵌原子法即MEAM势),本文模拟计算的是金属Be的hcp相,MEAM势参数选的hcp相时的参数。模拟体系是一个周期性超晶胞, 其由2048个原子组成,用速度verlet算法来完成体系的动力学方程的数值积分,时间步长是1fs,选用等温等压系综(NPT系综),温度和压强利用Nose-Hoover方法维持。
物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。本文计算的是体膨胀系数,其计算公式如下:
体膨胀系数
自扩散系数是指物体中某一点的温度的扰动传递到另一点的速率的量度,其计算公式如下:
扩散系数
3结果与分析
3.1平衡体积和体膨胀系数
在保持一个大气压的压强条件下进行模拟,每次统计的结果都平衡状态后的数据。对计算的结果进行分析,并作出了平衡体积随温度的变化图像见图1。由图1可知200-500K时计算结果比文献[1] 中实验值稍微偏大,在500-800K时与文献实验测得的平衡体积符合的很好,且平衡体积随温度变化趋势一致。这说明本文模拟计算的平衡体积与实验结果非常的吻合。这为计算金属Be体膨胀系数的准确性提供了保障。
由图1进一步的计算出了常压室温(常态)条件下金属Be的体膨胀系数。计算的结果与实验值、理论值的比较见表1。 由表1可知本文模拟常态下金属Be的平衡体积与实验值和理论值符合的都很好, 分别只有0.5% 和1.2% 的偏差。本文计算出的体膨胀系数为40,比文献和的偏差也在允许的范围之内。
3.2高温下金属Be的自扩散系数
图2给出了本文模拟计算的自扩散系数随温度变化的关系。由图2可知,常压下在1000-1300K时金属Be自扩散系数基本都是零,这说明体系的稳定性比较好 ;而在温度为1275K时突然变化较大, 说明其结构发生了很大的变化,结构稳定性变差 ;在大约1300K之后自扩散系数随温度的增加而逐渐的增大,这说明体系中的原子相当的活跃,金属Be的结构可能发生了质的变化。同时说明了常压下金属Be在大约1300K之后结构就发生质的变化。这对以后研究分析金属Be的结构和及其他的热力学性质都有很大的意义。
4结论
本文模拟计算了常压下200-900K时金属Be的平衡体积,结果与实验值吻合的很好;计算了常温常压时金属Be的体膨胀系数,并与实验值、理论值进行了比较;计算了常压下1000-1600K时金属B的自扩散系数,由分析发现在大约1300K之后金属Be的自扩散系数随温度的增加而逐渐的增大,体系中的原子相当的活跃,金属Be的结构发生了质的变化。这对金属Be结构及其他热力学性质的研究有一定的意义。
摘要：金属铍(Be)是一种在武器系统、航天、原子能等工业领域中有着很广泛应用的战略性材料。本文采用分子动力学的方法模拟了金属Be的平衡体积,计算了金属Be的体膨胀系数及自扩散系数随温度的变化,由此分析金属了Be的结构及其稳定性。这对以后进行金属Be结构及其他热力学性质的研究有一定的意义。
解读基尼系数算法 篇9
关键词：基尼系数,计算,推导,思考
2014年1月18日国家统计局局长马建堂一口气公布了2003年以来中国基尼系数, 从公布的数据看, 2013年GDP增速虽创14年最低, 为7.7%, 但却有一个好的现象, 这就是基尼系数连续5年缩小, 反映我国在改善收入分配差距上的努力已经收到了成效。
从2008年金融危机以后, 随着我国各级政府采取了惠民生的若干强有力的措施, 中国的基尼系数从2008年最高的0.491逐步地有所回落, 2012年已经降到0.474。这是振奋人心的好现象。文章对基尼系数计算方法做了些探讨, 希望对读者有益。
1 基尼系数定义与计算
1.1 基尼系数定义
基尼系数是意大利经济学家基尼于1922年提出的, 定量测定收入分配差异程度。其值在0和1之间。越接近0就表明收入分配越是趋向平等, 反之, 收入分配越趋向不平等。
按照国际一般标准, 0.4以上的基尼系数表示收入差距较大, 当基尼系数达到0.6以上时, 则表示收入差距很大。
图1中, Y轴表示收入累计百分比, X轴表示人口累计百分比, OM为绝对平均曲线, 这条线上任何一点的纵、横坐标值相等, 表示收入分配绝对平均, OPM为绝对不平均曲线, 表示只有最后一个人得到全部收入, 其他人都是零。这两种情况属极端情况。实际收入分配曲线Y (x) 介于绝对平均曲线OM和绝对不平均曲线OPM之间, 收入分配曲线Y (x) 叫做洛伦茨曲线。
A为实际收入分配曲线Y (x) 与绝对平均曲线OM之间的面积, B为实际收入分配曲线Y (x) 与绝对不平均曲线OPM之间的面积。
则基尼系数计算公式为:g=A/ (A+B)
由于OP为100%, PM也是100%, 所以OMPO所围成的面积为1/2, 即A+B=1/2, 那么A=1/2-B, 所以g= (1/2-B) / (1/2) =1-2B, B可以根据函数Y (x) 结合微积分计算得到。
1.2 基尼系数计算
现在给出一个不用微积分也能根据离散的统计资料来计算的基尼系数g近似值方法:
假如收集到一个地区的n组数据 (人口按收入从小到大排列后收集的资料) :第一个比重为p1的人口拥有比重为q1的收入, 第二个比重为p2的人口拥有比重为q2的收入, 依次类推, 直到第n个比重为pn的人口拥有比重为qn的收入, 而且满足:p1+p2+…+pn=1, q1+q2+…+qn=1。并设定:Y轴表示收入累计百分比, X轴表示人口累计百分比。
当数量足够大时, 可以划分一个一个小梯形来近似计算得到2B的面积。则:
第一个小梯形面积的2倍为: (0+q1) *p1=q1*p1;
第二个小梯形面积的2倍为: (q1+q1+q2) *p2= (2*q1+q2) *p2;
第三个小梯形面积的2倍为: (q1+q2+q1+q2+q3) *p3= (2*q1+2*q2+q3) *p3;
依此类推, 第n个小梯形面积的2倍为: (2*q1+2*q2+…+2*qn-1+qn) *pn, n-1为下标;
假设这n个小梯形面积的2倍相加得到的值为m, 则g=1-m。
2 看例加深认识
(1) 这个例子是从《高级统计务实参考资料》第133页上采录过来的, 计算上做了一点改进。
则基尼系数g=1-0.709074=0.290926
这个计算在电子表格上实现也简单, 只要把计算列的上一个单元格的公式复制到下一个单元格来, 再在括号内再加上2q1即可。而对于使用语言编程来说利用这个计算规律也容易实现, 一条循环语句就能完成。
(2) 对上面这个例子, 重新做分组并整理加工后再做计算, 看看结果会怎样, 计算表如表2。
表2中把收入为200以下的做一组, 200~400元做一组, 以后每隔200做一组, 直到1000以上的按原来分组做的计算, 计算结果与上表的结果少了0.002222, 这个结果说明, 分组不同计算结果会有所差异, 但差异并不大。
则基尼系数g=1-0.711296461=0.28870354
(2) 对表2, 再做如下整理, 看看结果如何。
表3有几个数的加工方法计算如下:把收入分配组标志1000~1500分为1000~1200、1200~1400、1400~1500三段, 可以看作把500分成200、200、100三段, 每段占比为0.4、0.4、0.2, 按照这个比例把人数3008分解为:1204、1204、600三个数, 对1500-2000也如此方法分解, 把人数分解之后, 再与其相对应的人均收入相乘计算yx值, 再按划定的收入分配组标志合并相应的人数及yx值, 再导推相应的人均收入y即可得到表2。分解结果要确保总人数和总收入不变。
这个结果与表2计算的结果只相差0.000206。
3 对基尼系数计算的一些思考
以上所叙述的曲线Y (x) 称为洛伦兹曲线, 用以比较和分析一个国家或地区在不同时代或者不同国家或地区在同一时代的财富不平等。通过洛伦兹曲线, 可以直观地看到一个国家或地区收入分配平等或不平等的状况。
形象的说, 画一个正方形, 正方形的高衡量收入分配财富的百分比, 将之分为五等份, 每一等分为20的总财富。在正方形的水平线上, 将家庭从最贫者到最富者自左向右排列, 也分为5等分, 第一个等份代表收入最低的20的家庭。在这个正方形中, 将每一等分的家庭所有拥有的财富的百分比累计起来, 并将相应的点画在图中, 便得到了一条曲线就是洛伦兹曲线。整个的洛伦兹曲线是一个正方形, 正方形的底边即横轴代表收入获得者在总人口中的百分比, 正方形的左边即纵轴显示的是各个百分比人口所获得的收入的百分比。从坐标原点到正方形相应另一个顶点的对角线为均等线, 即收入分配绝对平等线, 这一般是不存在的。实际收入分配曲线即洛伦兹曲线都在均等线的右下方。
其实, 在现实生活中, 只要按国家或按地区把收入不均的人口划分为5种就行:第一类是低收入者、第二类是中低收入者、第三类是中等收入者、第四类是中上收入者、第五类是高收入者, 各占总人口的20%。这对国家或地区制定政策, 分类指导, 重点扶持和解决问题也是非常有用的。
这里为什么不按贫困分类呢?原因是, 改革开放三十多年已经解决了人们的温饱问题, 人们吃穿不愁, 贫困自然消失。而低收入者吃饭、穿衣已不成问题, 只是享受的层次不同、生活的质量不同罢了。第一类人在相当长的时间内总是存在的, 是国家扶持的重点对象。只要国家高度发展、高度发达, 有更多的财力分红, 提升第一类人和第二类人的生活水平, 基尼系数自然就会下降。可以想象, 当国家进入高度发达的、高福利的时代时, 基尼系数就相当的低了, 同时会出现靠吃国家福利的懒人阶层现象。
按以上五类人分, 各占20%, 收入从小到大划分, 设第一类人占总收入比为q1, 第二类人占总收入比为q2, 第三类人占总收入比为q3, 第四类人占总收入比为q4, 第五类人占总收入比为q5。
按上述计算基尼系数的方法推导基尼系数公式:其中:q1+q2+q3+q4+q5=1:
从公式可以看出:基尼系数只与第一类人、第二类人、第四类人、第五类人所占有的财富比例有关, 与第三类人占有财富比例无关。
从公式还可以看出:要降低基尼系数必须提高第一类人、第二类人的财富比例。也就是说, 国家在鼓励和保护第三类人、第四类人、第五类人发展的同时, 应该更加关注和扶持第一类人、第二类人的发展, 提升这两类人发展空间, 使有能力发展的人尽快加入到第三类人、第四类人、第五类人中。在国家扶持的同时, 当然主要还是靠个人的努力奋斗。
按13.71亿人口中的劳动人口9.4亿劳动人口分:可以把1.88亿列为高收入者, 中低收入、低收入各为1.88亿人, 这两部分人总计为3.76亿人, 这是国家在相当长的时期内长期要扶持的对象。从政策上、税收上、财力上关注和扶持他们, 鼓励他们发展、鼓励他们通过诚实劳动创造财富。
基尼系数对发展中国家而言, 总会高一点, 这是国家发展的动力、是创造财富的动力, 如果国家还没有高度发展就强调财富均衡或者平均, 则国家发展的动力就没有了。
5.64亿人是属于第三类以上人员, 他们是支撑国家财力的主力军, 是强国的领路人。