農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力評(píng)價(jià)

姜新慧，徐其士

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)隊(duì)，河南商丘 476000;2.河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450006)

農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力評(píng)價(jià)

姜新慧1，徐其士2

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)隊(duì)，河南商丘 476000;2.河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450006)

區(qū)域水資源總量的有限性決定了農(nóng)業(yè)灌溉用水量的有限性.在分析農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，建立了節(jié)水潛力評(píng)判指標(biāo)和模糊綜合評(píng)判模型，并將其應(yīng)用于濟(jì)源、安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、鶴壁、焦作、濮陽(yáng)6個(gè)地區(qū)的節(jié)水潛力評(píng)價(jià)中.結(jié)果表明，豫北地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水基本上處于節(jié)水灌溉過(guò)渡階段，仍有一定的節(jié)水潛力.

農(nóng)業(yè)灌溉;節(jié)水潛力;指標(biāo)體系;評(píng)價(jià)模型

灌溉節(jié)水潛力包括增加的有效可利用水量和提高水資源利用效率所節(jié)約的水量.節(jié)水灌溉過(guò)程可分為連續(xù)而遞進(jìn)的3個(gè)階段［1］，即初始階段、過(guò)渡階段和飽和階段.初始階段節(jié)水灌溉規(guī)模小，灌溉水利用率低，發(fā)展緩慢，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)屬于耗水型，談不上水資源綜合管理，但節(jié)水潛力巨大.過(guò)渡階段節(jié)水灌溉已經(jīng)具有一定的規(guī)模，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)由耗水型逐漸向節(jié)水型過(guò)渡，且開始重視水資源配置及綜合管理，不過(guò)節(jié)水灌溉仍有很大的潛力.飽和階段進(jìn)一步節(jié)水的潛力很小，水資源利用率高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)類型以節(jié)水型為主，且水資源綜合管理已達(dá)到相當(dāng)?shù)乃?

筆者把這3個(gè)階段看作V1，V2，V33個(gè)等級(jí)，將其作為評(píng)判等級(jí).通過(guò)對(duì)反映灌溉用水情況的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，建立農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)方法，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為農(nóng)業(yè)灌溉用水的規(guī)劃、管理提供理論依據(jù).

1 灌溉節(jié)水潛力評(píng)價(jià)模型

設(shè)給定 2 個(gè)有限論域:U={U1，U2，…，Um}，V={V1，V2，…，Vn}，其中U表示參評(píng)要素所組成的集合，V表示評(píng)語(yǔ)集合，則模糊綜合評(píng)判如下:B=A×R.其中A為U上的模糊子集，可表示為A=(a1，a2，…，am)，0 ≤ ai≤ 1，其中 ai代表要素 Ui在所有參評(píng)因素中的重要性大小;B=(b1，b2，…，bm)，0≤bj≤1，bj為等級(jí)Vj對(duì)綜合評(píng)定所得模糊子集B的隸屬度，它們表示綜合評(píng)判的結(jié)果［2］.

評(píng)判矩陣為

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

綜合評(píng)判指標(biāo)的選取要求指標(biāo)彼此相互獨(dú)立而又有代表性，能夠從不同角度、不同方面客觀反映農(nóng)業(yè)灌溉用水及節(jié)水狀況.通過(guò)對(duì)區(qū)域灌溉用水系統(tǒng)及各影響因素的綜合分析，在充分考慮不同地區(qū)水資源狀況以及灌溉面積、方式不同的基礎(chǔ)上，借鑒文獻(xiàn)［3－6］，選取了以下8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo):灌溉率U1，農(nóng)田灌溉水利用率U2，節(jié)灌率U3，節(jié)水灌溉面積增長(zhǎng)率U4，年灌溉需水增長(zhǎng)率U5，灌溉用水比例U6，農(nóng)田灌溉定額U7，單方水糧食產(chǎn)量U8.各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)值見表1.

表1 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)值

為了更好地反映各等級(jí)節(jié)水灌溉潛力情況，對(duì)3個(gè)等級(jí)進(jìn)行0 ～1區(qū)間的評(píng)分，取α1=0.95，α2=0.50，α3=0.05.農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力越大，數(shù)值越大.綜合評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)用αj值和B矩陣中各等級(jí)的隸屬度bj值，計(jì)算灌溉節(jié)水潛力分級(jí)的綜合評(píng)分值

式中α值即為基于綜合評(píng)判結(jié)果矩陣B的節(jié)水潛力綜合評(píng)分值，其值越大，表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的潛力越大.

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

確定指標(biāo)權(quán)重的方法有很多，在此，采用客觀賦權(quán)法.為了減小樣本離散性造成的誤差，對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)據(jù)差異較大的指標(biāo)賦予較小的權(quán)重.設(shè)aij為等級(jí)j第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)值.第i項(xiàng)指標(biāo)值的方差為

2.3 評(píng)價(jià)矩陣R的計(jì)算

根據(jù)上述分析可知，評(píng)價(jià)要素集U={U1，U2，…，U8} 對(duì)應(yīng)著評(píng)語(yǔ)集 V={V1，V2，V3}，評(píng)價(jià)矩陣R中rij為要素Ui對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)Vj的隸屬函數(shù)，可根據(jù)各評(píng)價(jià)要素的實(shí)際值，參照各要素的分級(jí)指標(biāo)值來(lái)分析推求.為了消除各評(píng)價(jià)等級(jí)之間數(shù)值相差不大而等級(jí)相差一級(jí)的不合理現(xiàn)象，使隸屬函數(shù)能夠在各等級(jí)之間平滑過(guò)渡，對(duì)其進(jìn)行模糊化處理.對(duì)于中間區(qū)間即V2等級(jí)，令落在區(qū)間中點(diǎn)的隸屬度為1，兩側(cè)邊緣點(diǎn)的隸屬度為0.5，中間點(diǎn)向兩側(cè)按線性遞減處理.對(duì)于V1和V3兩側(cè)區(qū)間，令距臨界值越遠(yuǎn)，屬兩側(cè)區(qū)間的隸屬度越大，在臨界值上屬于兩側(cè)等級(jí)的隸屬度各為0.5.按上述設(shè)想，構(gòu)造了以下各評(píng)價(jià)等級(jí)相對(duì)隸屬函數(shù)的計(jì)算公式

式中:K1為V1和V2等級(jí)的臨界值;K2為V2等級(jí)區(qū)間中點(diǎn)值，K2=(K1+K3)/ 2;K3為V2和V3的臨界值.因素 U1，U2，U3，U4，U8的定義域?qū)?yīng)于括號(hào)外面的域值，U5，U6，U7對(duì)應(yīng)括號(hào)里面的域值.

2.4 豫北各地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力評(píng)價(jià)

綜合豫北地區(qū)2007年的水利統(tǒng)計(jì)年鑒，將與灌溉潛力評(píng)價(jià)有關(guān)的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，可得各分區(qū)各評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)數(shù)值，見表2.

表2 分區(qū)指標(biāo)值

同理可得其他地區(qū)的最終評(píng)判矩陣及綜合評(píng)分值，見表3.

表3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將各地區(qū)的綜合評(píng)分值求平均可得豫北地區(qū)平均綜合評(píng)分值為0.483.由此可知，豫北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，基本上處于過(guò)渡階段，但仍然存在一定的節(jié)水潛力.各地區(qū)應(yīng)采取有效措施大力開展節(jié)約用水活動(dòng)，各灌區(qū)應(yīng)有計(jì)劃地進(jìn)行渠系防滲及其他供水配套設(shè)施建設(shè)，使有限的水資源發(fā)揮最大效益，以支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.

從綜合評(píng)分來(lái)看，濮陽(yáng)市的節(jié)水潛力最大，其次是濟(jì)源市;焦作市、鶴壁市的潛力基本最小，安陽(yáng)市次之.當(dāng)然，這僅在一定程度上揭示了農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力的大小，同時(shí)節(jié)水潛力還與綜合管理水平、灌溉工程節(jié)水技術(shù)［7］等不易量化的指標(biāo)有關(guān).

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)例分析可知，選取不同的指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重及各個(gè)指標(biāo)分級(jí)值，得到的評(píng)價(jià)結(jié)果都將不同，這一點(diǎn)既反映了模糊綜合評(píng)價(jià)法的靈活性與綜合性，也反映了這種方法的不確定性.另外，該理論研究仍處于探索階段，該法對(duì)農(nóng)業(yè)水資源配置和評(píng)價(jià)有一定的借鑒意義，但仍需進(jìn)一步系統(tǒng)地研究，包括其研究目的、范圍、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定，建立農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力評(píng)級(jí)的概念體系、完善其內(nèi)涵和特征等.

［1］高彥春，劉昌明.區(qū)域水資源開發(fā)利用的閾限分析［J］.水利學(xué)報(bào)，1997(8):74－79.

［2］陳守煜.工程模糊集理論與應(yīng)用［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

［3］耿雷華，卞錦宇，徐澎波，等.水資源合理配置評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［4］王貴玲，劉志明，劉花臺(tái)，等.華北平原地下水潛力調(diào)查及評(píng)價(jià)方法研究［M］.北京:地質(zhì)出版社，2003.

［5］陳守煜.區(qū)域水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)理論模型與方法［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2001，3(2):33 －38.

［6］陳德華，陳浩，張薇.我國(guó)北方主要平原地下水潛力評(píng)價(jià)［J］.地下水，2009，31(2):1 －4.

［7］王華亮.河北省農(nóng)業(yè)灌溉工程節(jié)水技術(shù)效益分析與計(jì)算［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010，8(1):99 －103.

Evaluation on Water-saving Potentiality of Agricultural Irrigation

JIANG Xin-hui1，XU Qi-shi2
(1.No.11 Geological Brigade，Geo-exploration and Mineral Development Burean of Henan Province，Shangqiu 476000，China;2.Henan Electric Power Survey＆ Design Institute，Zhengzhou 450006，China)

The finite quantity of regional total water resources determines the limitation of the agricultural irrigation water.Based on the analysis of the connotation of water-saving potentiality of agricultural irrigation，some water-saving potentiality evaluation indicators are put forward and a fuzzy comprehensive evaluation model is built.Furthermore，the model is applied in 6 regions of Jiyuan，Anyang，Xinxiang，Hebi，Jiaozuo，Puyang.The results show the agricultural irrigation water in North Henan region is basically in a water-saving irrigation transition phase，and still have some water-saving potentiality.

agriculture irrigation;water-saving potentiality;evaluation indication system;evaluation model

1002－5634(2012)03－0027－03

2012－01－09

姜新慧(1985—)，女，河南新密人，助理工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)和工程地質(zhì)方面的研究.

(責(zé)任編輯:喬翠平)