平原地區(qū)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價(jià)模型研究與應(yīng)用

房 凱 陳 興 諸曉華

（1.宿遷市水務(wù)局，江蘇 宿遷 223800；2.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009；3.江蘇省水利廳，江蘇 南京 210029）

0 引言

節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)是將水生態(tài)文明觀融入灌區(qū)建設(shè)與管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建一個(gè)工程體系與自然環(huán)境協(xié)調(diào)一致、管理方式與時(shí)俱進(jìn)、水資源高效永續(xù)利用、生態(tài)系統(tǒng)健康、經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)、具有自身人文景觀特色的系統(tǒng)。目前，國家正在大力推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)，而節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)作為其重要組成部分，在我國才剛剛起步，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，還存在許多問題，所以，迫切需要對當(dāng)前灌區(qū)進(jìn)行評價(jià)，為節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)提供較為科學(xué)的依據(jù)［1-3］。

宿遷市位于江蘇省北部，屬于典型的平原地區(qū)，現(xiàn)有7 座大型灌區(qū)、16 座中型灌區(qū)，占全市耕地總面積76%。基于此，加大對當(dāng)前節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價(jià)研究與應(yīng)用，進(jìn)而逐步推廣，對于加快宿遷市水生態(tài)文明建設(shè)，加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)村水利現(xiàn)代化具有非常重要的意義。

1 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價(jià)研究

1.1 評價(jià)目的、原則與方法

1.1.1 評價(jià)目的

為更好地區(qū)分灌區(qū)是否為節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)，需對其進(jìn)行科學(xué)、合理的評價(jià)。節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的評定不僅可為灌區(qū)管理單位和水利主管部門對灌區(qū)類型的認(rèn)識(shí)提供依據(jù)，而且可以幫助其摸清灌區(qū)現(xiàn)狀，在評價(jià)基礎(chǔ)上提出對策和具體改善措施，加快推進(jìn)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)。

1.1.2 評價(jià)原則

在評價(jià)過程中，既要抓住影響灌區(qū)體系綜合性狀的主要因素和直接因素進(jìn)行分析，又要考慮到影響灌區(qū)體系綜合性狀的一些次要因素和間接因素。評價(jià)指標(biāo)應(yīng)遵循三條原則：一是簡潔并能反映灌區(qū)生態(tài)可持續(xù)程度的宏觀綜合特性數(shù)據(jù)，不采用局部微觀機(jī)理數(shù)據(jù)；二是能覆蓋灌區(qū)生態(tài)健康程度、非節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)原因的主要特征內(nèi)容；三是可操作性強(qiáng)，所選指標(biāo)要求無須通過復(fù)雜的測試手段或太大的計(jì)算工作量，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)即可獲得［4，5］。

1.1.3 評價(jià)方法

由于節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)系統(tǒng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致了評價(jià)過程將是一個(gè)多因素、多層次、多指標(biāo)的系統(tǒng)工程。這些因素的不確定性、多面性和復(fù)雜性，使得評價(jià)中的各項(xiàng)指標(biāo)也帶有模糊性。筆者針對這個(gè)特點(diǎn)，采用模糊層次分析法建立了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價(jià)模型。模糊層次綜合評價(jià)法是將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來應(yīng)用的方法，即：先利用層次分析模型確定各指標(biāo)的權(quán)重，再利用模糊評判模型將最底層指標(biāo)值量化并與相應(yīng)的權(quán)重合成分析計(jì)算。

1.2 評價(jià)指標(biāo)體系建立

分析節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)構(gòu)成元素，總結(jié)灌區(qū)生態(tài)問題，咨詢專家意見，查閱統(tǒng)計(jì)資料，得到了評價(jià)指標(biāo)體系，如表1。

根據(jù)表1 制定三級指標(biāo)評級標(biāo)準(zhǔn)。以三級指標(biāo)“旱澇保收田面積比例”（1.2.4）為例，旱澇保收田面積比達(dá)到80%以上的為好，達(dá)到75%～80%的為較好，達(dá)到70%～75%的為一般，達(dá)到65%～70%的為較差，65%以下的為差，其他三級指標(biāo)評級標(biāo)準(zhǔn)以此類推。

1.3 評價(jià)指標(biāo)的量化

依據(jù)評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)，將因素的評價(jià)集合V={V1，V2，V3，V4，V5}分為5 個(gè)等級，其集合為{好，較好，一般，較差，差}。假設(shè)第i 個(gè)的單指標(biāo)因素評價(jià)為：Ri={ri1，ri2，ri3，ri4，ri5}，rik為第i 個(gè)指標(biāo)因素的評價(jià)對于第k 個(gè)等級Vk的隸屬度，Ri可從Fuzzy 子集表中查到。依次類推，每個(gè)等級的隸屬度都可以由Fuzzy 子集查得?？傻玫侥骋粯?biāo)準(zhǔn)下定性指標(biāo)因素的評價(jià)矩陣［4-6］：

根據(jù)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)指標(biāo)評價(jià)的特點(diǎn)，給出Fuzzy 子集表（表2）。

1.4 評價(jià)步驟

根據(jù)灌區(qū)技術(shù)工作者提供的信息，應(yīng)用模糊層次綜合評價(jià)方法，計(jì)算步驟如下［4-6］：

表1 評價(jià)指標(biāo)體系

表2 Fuzzy 子集表

第一步：確定指標(biāo)體系和評語等級。指標(biāo)體系選用表1 所列的指標(biāo)體系，每個(gè)三級指標(biāo)評語等級為以下五級：“好、較好、中、較差、差”。

第二步：分析每個(gè)評價(jià)指標(biāo)對總目標(biāo)的影響程度，即建立因素權(quán)重集。具體權(quán)重的結(jié)果見表1。

第三步：指標(biāo)的量化。三級指標(biāo)按照筆者所述方法進(jìn)行量化。

第四步：綜合評價(jià)。根據(jù)已經(jīng)確定的權(quán)重和量化的指標(biāo)，按照模糊層次綜合評價(jià)模型進(jìn)行綜合評價(jià)。運(yùn)算模型采用普通矩陣相乘運(yùn)算方法，這是一種“加權(quán)平均型”的綜合評價(jià)模型，運(yùn)算比較精確，適用于考慮整體因素的綜合評價(jià)。

2 評價(jià)實(shí)例

2.1 評價(jià)過程

筆者以宿遷市沭陽縣柴塘灌區(qū)某一年度現(xiàn)狀為例進(jìn)行評價(jià)。柴塘灌區(qū)位于淮沭河以東，鹽河以西，柴南河以南，柴塘干渠以北，縱貫沭陽縣并包含泗陽、灌南縣部分地區(qū)，是沭陽縣重要產(chǎn)糧地，以種植業(yè)為主，受益范圍12 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?2 萬人。柴塘灌區(qū)總土地面積3.87 萬hm2，現(xiàn)有耕地面積2.87 萬hm2，水源以淮沭河為主，地勢西南高，東北低，地面高程在9.3～3.6 m，土質(zhì)大部分為砂壤土。

根據(jù)對沭陽縣柴塘灌區(qū)進(jìn)行全面調(diào)研，查閱當(dāng)?shù)刭Y料，咨詢專家意見，經(jīng)過歸納總結(jié)，得到評語等級。筆者以第二層指標(biāo)1.1-1.3 和對應(yīng)的第三層指標(biāo)計(jì)算為例，簡要闡述評價(jià)過程，見表3。

二級指標(biāo)“防洪除澇系統(tǒng)”指標(biāo)的評價(jià)矩陣為：

以此類推，可以得到其他二級指標(biāo)的評價(jià)矩陣。

則一級指標(biāo)“灌區(qū)工程保障與節(jié)水評價(jià)”指標(biāo)的評價(jià)矩陣為：

按照以上方法，可以計(jì)算出灌區(qū)綜合評價(jià)矩陣為：

表3 灌區(qū)工程保障與節(jié)水系統(tǒng)評價(jià)

為便于計(jì)算，進(jìn)行量化處理：

2.2 評價(jià)結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，本灌區(qū)評價(jià)得分為59.94。根據(jù)已經(jīng)制定的灌區(qū)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，總評分大于等于80 分的灌區(qū)可評價(jià)為一類灌區(qū)，總評分60～80 分（不含80分）的灌區(qū)可評價(jià)為二類灌區(qū)（即節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)），總評分40～60分（不含60 分）的灌區(qū)可評價(jià)為三類灌區(qū)，總評分低于40 分的灌區(qū)可評價(jià)為四類灌區(qū)。

所以，本灌區(qū)屬三類灌區(qū)，略低于節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，在滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求上存在一些問題，還需進(jìn)一步改造。灌區(qū)管理單位可以根據(jù)各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)得分高低和灌區(qū)實(shí)際情況確定改造的重點(diǎn)，編制灌區(qū)改造的方案，從而達(dá)到節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

筆者從灌區(qū)工程保障與節(jié)水系統(tǒng)指標(biāo)、灌區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)、灌排工程模式系統(tǒng)指標(biāo)、灌區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)與灌區(qū)管理系統(tǒng)指標(biāo)5 個(gè)方面提出了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)一系列評價(jià)指標(biāo)，建立了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價(jià)指標(biāo)體系，并采用模糊層次綜合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，本方法可行，能夠?yàn)楣?jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)提供科學(xué)的依據(jù)。

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