京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)方法及實(shí)例

白惠婷，劉玉春，趙 晗，王一喆

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001；2.新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)，河北 廊坊 065000)

0 引 言

京津冀區(qū)域用水量大，水資源長(zhǎng)期處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，該區(qū)域地下水年超采約68 億m3，超采面積占平原區(qū)的90%以上，已形成33個(gè)地下水降落漏斗，并連片形成“地下水盆地”，是全球最大的地下水漏斗區(qū)，該區(qū)域萬(wàn)年以來(lái)的地下水“存貨”已消失殆盡，靠繼續(xù)超采地下水來(lái)解決華北缺水問(wèn)題已難以為繼[1]。相關(guān)研究表明[2]現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下京津冀降水量須達(dá)到748 mm，才能實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡，而現(xiàn)狀降水量只有535 mm，尚缺231 mm，依靠降水難以滿足水資源需求。京津冀用水中農(nóng)業(yè)用水占總用水量的65%以上[1]，而京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的蓬勃發(fā)展加劇了該區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的供需矛盾，提高農(nóng)業(yè)用水效率，尤其是農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源利用效率，對(duì)緩解該地區(qū)的水資源供需矛盾具有重要意義。

京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)分布密集，不僅為城市居民提供了高品質(zhì)的農(nóng)副產(chǎn)品，還成為城市居民觀光旅游、休閑娛樂(lè)的重要場(chǎng)所。農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源利用與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的水資源利用相比，具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

(1)農(nóng)業(yè)園區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密集、用水類型多樣，打破了傳統(tǒng)種植業(yè)的用水結(jié)構(gòu)，大多是包括“種養(yǎng)加”綜合模式的農(nóng)業(yè)用水；除農(nóng)業(yè)用水外，由于旅游觀光人員流動(dòng)頻繁，還增加了游客住宿、娛樂(lè)、餐飲等生活用水；休閑娛樂(lè)場(chǎng)所的建設(shè)也增加了農(nóng)業(yè)園區(qū)的生態(tài)用水。

(2)水源保證率要求高，由于涉及較頻繁的人員流動(dòng)，農(nóng)業(yè)園區(qū)用水在水量和水質(zhì)方面對(duì)水源提出了更高的要求。

(3)對(duì)污水處理的要求提高，農(nóng)業(yè)園區(qū)較傳統(tǒng)種植業(yè)污水排放量大，而高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品、旅游業(yè)等均對(duì)污水處理、再生水資源利用提出了更為迫切的需求。

在京津冀水資源短缺的環(huán)境約束下，水資源成為京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的桎梏因素，如何保證城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的可持續(xù)健康發(fā)展，成為農(nóng)業(yè)和水利專家、政府共同關(guān)注的問(wèn)題。王浩等[2]指出未來(lái)海河流域水資源調(diào)控的關(guān)鍵是促進(jìn)低效用水向高效用水轉(zhuǎn)化。因此在京津冀環(huán)境條件、農(nóng)業(yè)園區(qū)高速發(fā)展的大背景下，促進(jìn)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)從低效用水向高效用水轉(zhuǎn)化，既是滿足當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚姘l(fā)展的需要，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。本文在界定農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了所選指標(biāo)綜合權(quán)重、綜合評(píng)價(jià)值的確定方法；根據(jù)對(duì)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的調(diào)查確定了水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，以新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)為實(shí)例對(duì)該園區(qū)2015、2016和2017年的水資源利用效率進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的評(píng)價(jià)提供了量化指標(biāo)，為農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的科學(xué)評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)。

1 農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用內(nèi)涵分析

簡(jiǎn)單而言，效率就是投入與產(chǎn)出之間的比率，水資源利用效率就是效率這個(gè)概念在水資源利用中的概念遷移，傳統(tǒng)意義上的水資源利用效率是指部門(mén)或行業(yè)用水過(guò)程中，實(shí)際耗水量與取水量的比值，反映的是水資源在供人類社會(huì)和自然生態(tài)生存、生產(chǎn)中的資源型消耗比率[3,4]。水資源利用效率無(wú)量綱，體現(xiàn)了水資源在水循環(huán)及水資源利用各個(gè)環(huán)節(jié)中的實(shí)際利用程度及相應(yīng)的浪費(fèi)程度，一定程度上反映水資源利用的效果[5]。就農(nóng)業(yè)園區(qū)而言，水資源高效利用應(yīng)指在農(nóng)業(yè)園區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中，依靠科技水平和市場(chǎng)需求合理利用和配置水資源，注重節(jié)約用水、循環(huán)用水，在維持水的持續(xù)性和生態(tài)整體性的前提下，提高水資源開(kāi)發(fā)利用效率，達(dá)到農(nóng)業(yè)園區(qū)所在地人口、資源、社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展和代際公平用水的目的，是水資源綜合開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)和管理一體化的最合理的利用方式[6,7]。

本文基于水資源利用效率的基本屬性和特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的內(nèi)涵進(jìn)行如下界定。

(1)通過(guò)節(jié)水技術(shù)緩解農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源量的局限。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)的發(fā)展，園區(qū)的產(chǎn)出效益也在發(fā)生變化，從量的目標(biāo)到質(zhì)的目標(biāo)變化，隨之水資源的利用也從自由開(kāi)發(fā)到集約、從低效到高效轉(zhuǎn)變。在水資源量供給難以繼續(xù)增加的情況下，通過(guò)采用節(jié)水技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源數(shù)量的要求，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)對(duì)園區(qū)生產(chǎn)要素的替代性，不斷提供水資源利用的綜合效益。

(2)水資源高效利用的核心是使水資源綜合效益最大化，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用。通過(guò)農(nóng)業(yè)園區(qū)與所在區(qū)域水資源需求，協(xié)調(diào)園區(qū)供用水系統(tǒng)的投入與產(chǎn)出，協(xié)調(diào)水資源利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)環(huán)境效益，協(xié)調(diào)水源價(jià)值的當(dāng)代利用與后代利用，來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)及所在區(qū)域的生態(tài)平衡、社會(huì)公平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的多個(gè)目標(biāo)與水資源系統(tǒng)的持續(xù)、高效、協(xié)調(diào)運(yùn)作，即在取得當(dāng)前農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源綜合效益最大化的同時(shí)，不對(duì)園區(qū)、區(qū)域的后續(xù)水資源利用造成難以彌補(bǔ)的影響。

農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的基本特征應(yīng)包括節(jié)約性、循環(huán)性和協(xié)調(diào)性，節(jié)約性是指在農(nóng)業(yè)園區(qū)的各個(gè)用水環(huán)節(jié)做到水量節(jié)約和水質(zhì)保護(hù)，總體上實(shí)現(xiàn)用水投入小于用水產(chǎn)出；循環(huán)性也稱為再生性，是指實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源的循環(huán)利用，包括種植業(yè)的循環(huán)用水、污水資源的再生利用，農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源的循環(huán)更新速度與農(nóng)業(yè)供水速度相匹配是農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一；協(xié)調(diào)性包括農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用規(guī)劃和管理之間的協(xié)調(diào)、供用水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、園區(qū)不同用水部門(mén)之間協(xié)調(diào)，其中循環(huán)性是協(xié)調(diào)性與節(jié)約性的客觀基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)性是實(shí)現(xiàn)園區(qū)水資源高效利用的保障[8-10]。目前我國(guó)，尤其是京津冀區(qū)域，農(nóng)業(yè)園區(qū)正處在蓬勃發(fā)展的重要階段，但是農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源高效利用尚面臨設(shè)施配套、規(guī)模、技術(shù)培訓(xùn)滯后等諸多問(wèn)題，提出農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的評(píng)價(jià)方法，對(duì)于農(nóng)業(yè)園區(qū)的新建和改建具有引導(dǎo)性作用，從而有助于農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源的高效利用和可持續(xù)健康發(fā)展[11,12]。

2 農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則

目前對(duì)農(nóng)業(yè)水資源評(píng)價(jià)的研究主要集中在農(nóng)業(yè)水資源開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)[13]、農(nóng)業(yè)水資源利用效率評(píng)價(jià)[14-17]、農(nóng)業(yè)水資源承載力評(píng)價(jià)[18]、農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)[19,20]、農(nóng)業(yè)水資源配置評(píng)價(jià)等方面[21,22]，以上這些對(duì)農(nóng)業(yè)水資源的評(píng)價(jià)因評(píng)價(jià)對(duì)象和側(cè)重點(diǎn)不同，評(píng)價(jià)指標(biāo)各有差異但含有較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系。農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與上述農(nóng)業(yè)水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有一定的共通性，同時(shí)具有系統(tǒng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征。在農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、指標(biāo)體系的構(gòu)建上，要反映農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的內(nèi)涵與特點(diǎn)。

首先應(yīng)遵循科學(xué)、合理性原則，要應(yīng)用人工水循環(huán)的理念科學(xué)合理地界定農(nóng)業(yè)園區(qū)的供用排水現(xiàn)狀，選取反映農(nóng)業(yè)園區(qū)地表水、地下水和外來(lái)水資源相結(jié)合，綜合開(kāi)發(fā)利用和合理配置相結(jié)合，循環(huán)利用和生態(tài)可持續(xù)利用相結(jié)合的指標(biāo)，即評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取要兼顧水源、用水及污水處理等特性指標(biāo)，要能夠反映農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源供給、循環(huán)利用的總體狀況與基本特征，從而體現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用循環(huán)性和協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)。

其次要遵循全面性原則。農(nóng)業(yè)園區(qū)的用水是農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系要能客觀地描述農(nóng)業(yè)園區(qū)的各種用水形式。目前大多數(shù)農(nóng)業(yè)園區(qū)仍以種植業(yè)為主，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系要對(duì)其用水給予重點(diǎn)評(píng)價(jià)；同時(shí)有的農(nóng)業(yè)園區(qū)較傳統(tǒng)種植業(yè)增加了養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、加工業(yè)等經(jīng)濟(jì)形式，從而除灌溉用水外，可能增加了養(yǎng)殖用水、生活用水、生態(tài)用水、農(nóng)產(chǎn)品加工用水等用水形式，這也需要在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中有所反映；農(nóng)業(yè)園區(qū)高效用水的目的是促進(jìn)農(nóng)業(yè)園區(qū)用水的高效性，促進(jìn)所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性，因此要選取能促進(jìn)農(nóng)業(yè)園區(qū)良性健康發(fā)展的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)。在用水方面，農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用的節(jié)約性，是實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的關(guān)鍵，因此應(yīng)選取反映農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源節(jié)約性特點(diǎn)的指標(biāo)，所選指標(biāo)要能夠反映農(nóng)業(yè)園區(qū)各個(gè)用水環(huán)節(jié)的節(jié)約、合理用水的水平。

第三，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取要遵循基本指標(biāo)和綜合指標(biāo)相結(jié)合的原則?；局笜?biāo)指直接從原始數(shù)據(jù)得來(lái)的、可以反映農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用系統(tǒng)中某領(lǐng)域用水特征的指標(biāo)，如每公頃平均灌溉用水量是反映種植業(yè)灌溉用水的直接指標(biāo)；綜合指標(biāo)是對(duì)基本指標(biāo)的抽象和總結(jié)，以說(shuō)明農(nóng)業(yè)水資源的供用等之間聯(lián)系的指標(biāo)，如灌溉水利用系數(shù)指標(biāo)是對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)灌水技術(shù)、灌溉管理水平的抽象和總結(jié)。

第四，可操作性原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得、計(jì)算簡(jiǎn)便，定性指標(biāo)可量化，使得所有指標(biāo)均可即時(shí)應(yīng)用于被評(píng)價(jià)對(duì)象；其次所選指標(biāo)盡量采用國(guó)內(nèi)外通用名稱、概念及計(jì)算方法，以滿足指標(biāo)體系的穩(wěn)定性、通用性和可比性；再者指標(biāo)數(shù)量不宜過(guò)多，盡量選擇反映實(shí)際情況的綜合性指標(biāo)。除此之外，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還應(yīng)具備結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、層次分明的特點(diǎn)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其構(gòu)建

農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，采用頻度統(tǒng)計(jì)法，從國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中統(tǒng)計(jì)、歸納、整理與農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率相關(guān)的指標(biāo)，選擇那些影響因子大和針對(duì)性強(qiáng)的高頻指標(biāo)，如供水保證率、節(jié)灌率、灌溉水利用系數(shù)等在文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻度較高的指標(biāo)[23-26]。同時(shí)采用理論分析法，結(jié)合本文對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用內(nèi)涵和基本特點(diǎn)的界定，反復(fù)過(guò)濾、剔除明顯重疊、相關(guān)性或易產(chǎn)生歧義的指標(biāo)，剔除與定量指標(biāo)內(nèi)涵相近的定性指標(biāo)，建立初步指標(biāo)庫(kù)，在初步指標(biāo)庫(kù)的基礎(chǔ)上，采用專家咨詢法，最終確定了出現(xiàn)頻度大于80%的13個(gè)指標(biāo)，建立了指標(biāo)合集。

根據(jù)專家咨詢意見(jiàn)，按照指標(biāo)所反映的問(wèn)題范疇進(jìn)行歸類，按照人工水資源循行路線，把農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)歸類為水源、用水、再生水等3個(gè)方面，作為農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則層。然后根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用、農(nóng)業(yè)園區(qū)經(jīng)濟(jì)效益、農(nóng)業(yè)園區(qū)所在區(qū)域生態(tài)效益3者相協(xié)調(diào)的原則，對(duì)指標(biāo)進(jìn)一步選擇，最終確定了農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

水源方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括對(duì)地表水、地下水、外來(lái)水和雨水集蓄等農(nóng)業(yè)園區(qū)可用水源的評(píng)價(jià)，我國(guó)各地水資源狀況差異較大，要結(jié)合農(nóng)業(yè)園區(qū)所在區(qū)域特點(diǎn)確定應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)的水源類型，以京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)為例，地下水是主要水源、有南水北調(diào)等外水可以利用，有的園區(qū)為解決水資源不足也采取了雨水集蓄利用措施，對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)所用水源類型的合理評(píng)價(jià)，在京津冀區(qū)域提高對(duì)外來(lái)水、非常規(guī)水資源利用的評(píng)價(jià)分值能促進(jìn)該區(qū)域農(nóng)業(yè)園區(qū)水源類型的調(diào)整，從而有助于減少對(duì)地下水資源的開(kāi)采利用，有助于當(dāng)?shù)氐叵滤鷳B(tài)的修復(fù)，故選擇供水保證率、地下水供水比例、外來(lái)水供水比例、非常規(guī)水資源供水比例、年徑流總量控制率等5個(gè)指標(biāo)構(gòu)成了水源的評(píng)價(jià)指標(biāo)層。用水方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要是從用水量等直接指標(biāo)，節(jié)水率等綜合反映水資源利用技術(shù)水平和管理水平的綜合指標(biāo)中選取，最終確定了農(nóng)田灌溉單位面積用水量、園區(qū)綠地單位面積用水量、節(jié)灌率、灌溉水利用系數(shù)、養(yǎng)殖水利用系數(shù)、生活用水利用系數(shù)共6個(gè)指標(biāo)，構(gòu)成用水指標(biāo)層。水資源循環(huán)利用、再生水利用方面，首先考慮農(nóng)業(yè)園區(qū)污水處理量、再生水利用量，其次考慮再生水水質(zhì)，選取再生水利用率、再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率2個(gè)指標(biāo)構(gòu)成污水處理指標(biāo)層。

考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的可操作性，指標(biāo)層次間的協(xié)調(diào)性，進(jìn)一步采用專家咨詢法，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行多輪匿名評(píng)議打分。為使結(jié)果更為合理化，本研究采用層次分析法，將復(fù)雜的決策過(guò)程簡(jiǎn)化為決策因子，根據(jù)咨詢結(jié)果，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行修改和完善，直到取得相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，表1是經(jīng)過(guò)指標(biāo)體系檢驗(yàn)的農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3 農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)模型的選擇

在農(nóng)業(yè)水資源的利用上，目前以農(nóng)業(yè)園區(qū)為對(duì)相的評(píng)價(jià)研究還較少，在選擇評(píng)價(jià)方法上，多以相關(guān)類型的研究為參考依據(jù)。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法是水資源利用效率評(píng)價(jià)中使用較為廣泛的方法，徐瓊[27]、劉渝[28]等學(xué)者使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法分別對(duì)浙江省、湖北省等水資源利用效率進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。該方法模型構(gòu)建復(fù)雜，常用于全要素或針對(duì)流域、行政區(qū)等空間尺度較大的水資源利用效率情況進(jìn)行分析。劉學(xué)智[29]等基于投影尋蹤模型對(duì)寧夏農(nóng)業(yè)水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果很好地反映了各指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)目標(biāo)的貢獻(xiàn)性和方向性，與實(shí)際情況相符。但該方法在應(yīng)用中，需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的搜索計(jì)算，并因缺少明確的判斷準(zhǔn)則，很難真正地最優(yōu)化處理投影方向。金鑫[23]采用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)人民勝利渠水資源利用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究證明該方法是可以根據(jù)不同可能性得到多個(gè)層次的問(wèn)題解，具備可擴(kuò)展性，對(duì)研究的問(wèn)題作出的評(píng)價(jià)具有科學(xué)性。但因很多研究沒(méi)有既定的成型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該方法在制定各層權(quán)重時(shí)很難做到準(zhǔn)確、客觀。

表1 農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.1 Evaluation indexes to water resources utilization efficiency of agricultural parks

層次分析法、熵權(quán)法和主成分分析法是目前應(yīng)用較為廣泛的賦權(quán)方法。蔣華波[30]等利用層次分析法賦權(quán)對(duì)廣西省水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該方法可充分反映省內(nèi)不同行業(yè)的用水水平高低。該方法每個(gè)層次的判斷矩陣均為精確數(shù)值，因此在一定程度上忽略了指標(biāo)的模糊性，主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大。但基于可拓集合理論與方法，通過(guò)建立可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣確定指標(biāo)權(quán)重可有效減小主觀影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀、可靠。王艷菊[31]等利用熵權(quán)法賦權(quán)對(duì)松遼流域各行政區(qū)進(jìn)行了水資源利用效率的定量分析，結(jié)果表明水資源利用效率區(qū)域間差異明顯。該方法客觀性較強(qiáng)，但取值集中的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重會(huì)出現(xiàn)為零或趨于零的情況，這樣可能會(huì)導(dǎo)致在方案比選時(shí)忽略很重要的準(zhǔn)則信息，影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。李永泰[32]采用主成分分析法賦權(quán)對(duì)江蘇省水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，評(píng)價(jià)結(jié)果符合江蘇省水資源利用發(fā)展趨勢(shì)。該方法可有效消除各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性，降低了不確定性。但對(duì)樣本量的要求較大，并且只能確定各主成分的權(quán)重，不能得到各原始評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

基于上述分析及本研究所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)復(fù)雜、包括眾多影響因素的多層次、多目標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的特點(diǎn)，本文提出采用模糊可拓層次分析模型對(duì)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。旨在結(jié)合2種方法的優(yōu)勢(shì)，即先用可拓層次分析方法確定各層指標(biāo)權(quán)重，再利用模糊綜合評(píng)價(jià)模型將各指標(biāo)的利用效率程度表示為對(duì)應(yīng)于不同等級(jí)的隸屬度，最終通過(guò)逐層計(jì)算得到園區(qū)水資源利用效率的整體等級(jí)。既能夠充分體現(xiàn)評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性，又盡量減少個(gè)人主觀臆斷所帶來(lái)的弊端，比一般的評(píng)比打分等方法更符合客觀實(shí)際，因此，評(píng)價(jià)結(jié)果更可信、可靠。

3.1 利用可拓層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

(1)步驟一：確定可拓區(qū)間數(shù)。設(shè)A=={(a-≤x≤a+)}，則稱A是一個(gè)可拓區(qū)間數(shù)。其中若a->0，則A被稱為正區(qū)間數(shù)；若a-=a+，則A為一正實(shí)數(shù)；若a-=b-，a+=b+，則A=與B=這2個(gè)可拓區(qū)間數(shù)被認(rèn)為是相等的，即A=B。

(2)步驟二：構(gòu)建可拓判斷矩陣。根據(jù)多位專家學(xué)者采取兩兩比較方式對(duì)該層元素所支配的下層元素進(jìn)行相對(duì)重要性的衡量，從而確定判斷矩陣內(nèi)的元素。本文根據(jù)1～9標(biāo)度法進(jìn)行標(biāo)量化，將全部原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為較為規(guī)范的格式，可拓區(qū)間數(shù)aij的中值則為1～9標(biāo)度法中的整數(shù)?？赏貐^(qū)間數(shù)判斷矩陣A=(aij)n×n是一個(gè)正互反矩陣，即：

(1)

(3)步驟三：求解可拓判斷矩陣A的特征向量。

將可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣A=(aij)n×n表現(xiàn)為左、右矩陣的形式，即A=，其中計(jì)算特征向量時(shí)可采用方根法，具體計(jì)算步驟如下(以A+為例)：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

對(duì)上述公式進(jìn)行求解，若?對(duì)于任意的i,j=1,2,…,n且i≠j，都有V(ωi≥ωj)≥0，則：

Pj=1Pi=V(ωi≥ωj)

(8)

式中：Pi為此層的第i個(gè)元素關(guān)于上一層某一元素的單排序，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步歸一化處理后，則可得到此層所有元素關(guān)于上一層某一元素的單排序權(quán)重：

P=(P1,P2,…,Pn)T

(9)

(10)

(11)

通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算可得：

ωk=PkPk-1…P3ω2

(12)

式中：ω2為單排序權(quán)重向量。

3.2 利用模糊綜合評(píng)價(jià)法確定評(píng)價(jià)等級(jí)

利用模糊綜合評(píng)價(jià)可以有效地處理人們?cè)谠u(píng)價(jià)過(guò)程中本身所帶有的主觀性，以及客觀所遇到的模糊性現(xiàn)象。模糊綜合評(píng)價(jià)通常按以下步驟進(jìn)行。

(1)步驟一：確定評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集合。評(píng)語(yǔ)集是由評(píng)價(jià)對(duì)象可能作出的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合，可表示為:

V={v1,v2,v3,…,vm}

(13)

式中：vi是評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；m是元素個(gè)數(shù)，即等級(jí)或評(píng)語(yǔ)次數(shù)。

這一集合規(guī)定了某一評(píng)價(jià)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果的選擇范圍。評(píng)價(jià)元素可以是定性的，也可以是量化的分值。

(2)步驟二：構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)矩陣。根據(jù)量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，代入隸屬度公式便可得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬于各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度rij，從而可得到評(píng)價(jià)矩陣R：

(14)

隸屬度的確定通過(guò)隸屬度函數(shù)來(lái)計(jì)算，本文選擇折線型的隸屬度函數(shù)。評(píng)價(jià)指標(biāo)值通過(guò)下述公式便可得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬于各等級(jí)的隸屬度，從而得到評(píng)價(jià)矩陣。對(duì)于正向指標(biāo)以典型園區(qū)3個(gè)年度中最小值作為Ⅵ級(jí)臨界值K1，最大值作為ⅧI級(jí)臨界值K3,以(K1+K3)/2作為Ⅶ級(jí)臨界值K2，對(duì)于反向指標(biāo)則反之。由此正向指標(biāo)隸屬度可用公式(15)～(17)計(jì)算，反向指標(biāo)可按公式(18)～(20)計(jì)算:

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

式中：rij為評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci對(duì)應(yīng)第j評(píng)價(jià)等級(jí)的模糊隸屬度，i=1，2，…，n，j=1，2，3。

(3)步驟三：進(jìn)行模糊運(yùn)算。模糊評(píng)判矩陣與因素的權(quán)向量進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到模糊評(píng)價(jià)綜合結(jié)果。在確定指標(biāo)權(quán)重集W和評(píng)判矩陣R后，就可以建立評(píng)價(jià)模型如下：

B=WR

(21)

4 京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)應(yīng)用

4.1 京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

針對(duì)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源利用效率評(píng)價(jià)，采用3.1節(jié)所提方法確定指標(biāo)權(quán)重。以京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源為調(diào)查對(duì)象，就3類準(zhǔn)則層屬性的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩重要度進(jìn)行調(diào)查，其中指標(biāo)重要程度采用9分標(biāo)準(zhǔn)梯級(jí)E9=(1 2 3 4 5 6 7 8 9)。調(diào)查表發(fā)放給京津冀農(nóng)業(yè)園區(qū)和相關(guān)專家，由農(nóng)業(yè)園區(qū)人員和專家打分，打分后不記名填寫(xiě)并收回，本次調(diào)查共發(fā)放調(diào)查表30份，回收30份。根據(jù)專家打分的9分標(biāo)準(zhǔn)梯級(jí)E9建立指標(biāo)兩兩重要度的判斷矩陣，從而確定出針對(duì)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，見(jiàn)表2～6。

表2 關(guān)于準(zhǔn)則層的兩兩比較打分Tab.2 The pairwise comparison table of rule layer

表3 關(guān)于水源的兩兩比較打分Tab.3 The pairwise comparison table of landscape

表4 關(guān)于用水指標(biāo)的兩兩比較打分Tab.4 The pairwise comparison table of ecosystem

表5 關(guān)于再生水的兩兩比較打分Tab.5 The pairwise comparison table of landscape

表6 京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重Tab.6 Weights to evaluation indexes of water resources utilization efficiency for agricultural parks in Beijing-Tianjin-Hebei suburban area

分析表6可見(jiàn)，京津冀農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值反映了目前該區(qū)域農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用的現(xiàn)狀，水源、用水和再生水3個(gè)準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重分別為0.132、0.792和0.076，用水準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重最大，遠(yuǎn)高于水源和再生水方面，說(shuō)明在京津冀農(nóng)業(yè)園區(qū)用水效率的評(píng)價(jià)中，農(nóng)業(yè)園區(qū)用水是影響農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用的主要方面；再生水準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重最低，說(shuō)明京津冀農(nóng)業(yè)園區(qū)的污水處理、再生水利用尚未引起充分的重視。隨著京津冀區(qū)域南水北調(diào)配套工程的建設(shè)、農(nóng)業(yè)灌水技術(shù)的普及、水生態(tài)環(huán)境重視等水資源配置、保護(hù)和利用的發(fā)展，針對(duì)該區(qū)域農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值可能也將隨之發(fā)生變化。

在水源準(zhǔn)則層中，供水保證率和地下水供水比例的綜合權(quán)重分別為的0.029、0.051，高于外水供水比例、非常規(guī)水資源供水比例和年徑流總量控制率，說(shuō)明供水保證率是農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用的關(guān)鍵指標(biāo)，京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)對(duì)地下水的依賴程度還是比較大，南水北調(diào)還未能成為京津冀區(qū)域農(nóng)業(yè)園區(qū)的主要供水水源，雨水集蓄利用尚未被重視。在用水指標(biāo)層中，單位面積灌溉用水量、節(jié)灌率和灌溉水利用系數(shù)等3個(gè)反映種植業(yè)用水水平的指標(biāo)權(quán)重分別為0.178、0.266和0.145，遠(yuǎn)大于反映養(yǎng)殖、生活和生態(tài)用水的3個(gè)指標(biāo)權(quán)重值，說(shuō)明種植業(yè)仍然是京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的主要產(chǎn)業(yè)模式、用水模式；在農(nóng)業(yè)種植業(yè)中，節(jié)灌率的權(quán)重最大，說(shuō)明種植業(yè)的節(jié)水灌溉對(duì)于京津冀農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源利用效率影響最大，并應(yīng)促進(jìn)灌溉水利用系數(shù)的提高。在再生水準(zhǔn)則層中，再生水利用率的綜合權(quán)重高于再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。提高農(nóng)業(yè)園區(qū)的污水處理率、再生水利用率較再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源的高效利用更具有實(shí)際意義。

4.2 京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)案例

依據(jù)以上所構(gòu)建的農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及對(duì)京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重的分析，本文對(duì)新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)2015、2016和2017年的水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)位于廊坊市永清縣，地處河北省中部，北京、天津、保定三角區(qū)中心，屬北溫帶亞濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫11.5 ℃，年平均日照2 740 h，多年平均年降水量540 mm。新苑由全球清潔能源企業(yè)新奧集團(tuán)投資興建，占地333 hm2，農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)面積達(dá)240 萬(wàn)m2，主要經(jīng)營(yíng)各類蔬菜、瓜果及相關(guān)農(nóng)作物的種植、銷售，各類花卉苗木的種植、銷售，光伏技術(shù)農(nóng)業(yè)種植基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)、咨詢、服務(wù)、推廣，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園觀光、采摘，自有種植場(chǎng)地出租與經(jīng)營(yíng)。表7為新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源供需狀況。

永清縣位于廊坊中部，河流眾多，已多年干涸，淺層地下水多為咸水或微咸水，淡水含水層較薄，開(kāi)采困難，現(xiàn)狀供水均來(lái)自地下水，南水北調(diào)水廠正在興建，不遠(yuǎn)的將來(lái)有望成為主要供水水源。園區(qū)節(jié)水增效一期工程2017年正式投入運(yùn)行，包含增加節(jié)灌面積和雨水集蓄利用等多種增效體系。新苑園區(qū)2016年6眼機(jī)井供水，為滿足園區(qū)發(fā)展需要2017年新打2眼機(jī)井。雨水集蓄工程年收集雨水約1.4 萬(wàn)m3，且有效地解決了園區(qū)2處智能溫室、加工車(chē)間1.7 萬(wàn)m2屋面和周邊1.3 萬(wàn)m2綠地排水問(wèn)題。園區(qū)非常規(guī)水資源供水比例、年徑流總量控制率分別達(dá)到3.37%和84%。新苑園區(qū)用水主要包括灌溉用水、旅游辦公生活用水、養(yǎng)殖用水、景觀綠化和沼氣用水5種類型。灌溉用水量最大，2015、2016和2017年分別占園區(qū)總用水量的76%、84.1%和67.3%，與2015年相比2017年園區(qū)新增節(jié)水灌溉面積111.8 hm2，包括中草藥和露地蔬菜噴灌和馬鈴薯管灌，同時(shí)園區(qū)水系聯(lián)通工程建成投入運(yùn)營(yíng)，部分輸水溝渠改為輸水管道，減小了輸水損失，提高了灌溉水利用系數(shù)，園區(qū)綜合灌溉定額由2015年的2 379 m3/hm2降低到2017年的1 965 m3/hm2，灌溉水利用系數(shù)由2015年的0.78提高到2017年度的0.85。休閑娛樂(lè)對(duì)園區(qū)景觀建設(shè)提出了更高的要求，2017年較前一年綠化面積增加、綠植種類增多，綠植植物包括山楂、黑枸杞、菊花等兼具綠化和休閑娛樂(lè)功能，部分綠化區(qū)配置了滴灌系統(tǒng)，園區(qū)景觀用水占園區(qū)總用水量的比例由2015年的21.4%增加到了2017年的30.8%。園區(qū)人口包括管理人員、技術(shù)專家和技術(shù)工人等常住人口，也包括來(lái)園區(qū)參觀、采摘、度假娛樂(lè)的流動(dòng)人員，后者在周末、春秋2季較多。由于宣傳、組織活動(dòng)等原因，2017年來(lái)園區(qū)參觀旅游的人數(shù)增加，園區(qū)2015、2016和2017年的生活用水量分別占總用水量1.97%的1.76%和1.52%。新苑園區(qū)有133.33 hm2的太陽(yáng)能電池板區(qū)域，為充分利用土地資源在其中散養(yǎng)雞年均5 000只，還進(jìn)行了黑豬養(yǎng)殖，年均20頭，為游客增加了新鮮無(wú)公害的農(nóng)產(chǎn)品，也為園區(qū)增加了效益，園區(qū)牲畜年均用水量0.07 萬(wàn)m3。我國(guó)很多農(nóng)村污廢水處理利用尚未引起足夠重視，惡化了農(nóng)村衛(wèi)生和生態(tài)環(huán)境，新苑園區(qū)在污廢水處理利用方面作了一些有益的嘗試，園區(qū)的養(yǎng)豬污廢水較多，園區(qū)建設(shè)有沼氣站，收集處理養(yǎng)殖污廢水生產(chǎn)沼氣用于發(fā)電，生活灰水排放至永清縣污水排水管網(wǎng)，廁所黑水排到化糞池，定期將沼液抽出施用到農(nóng)田中用作有機(jī)肥，園區(qū)規(guī)劃擬將廁所化糞池與沼氣站連接，以減少抽取沼液用工和沼液對(duì)農(nóng)田可能的不利影響。

表7 新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源供需狀況Tab.7 Water resources supply and utilization in Xinyuan Sunshine Agricultural Park

利用對(duì)新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源供需狀況的分析，分析計(jì)算該農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，見(jiàn)表8。新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)所在區(qū)域沒(méi)有外調(diào)水等外水供水工程，即統(tǒng)計(jì)指標(biāo)不涉及外水供水比例，另外園區(qū)2015-2017年均未設(shè)再生水利用系統(tǒng)，故無(wú)法統(tǒng)計(jì)再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)水平，因此，對(duì)其余11項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重重新進(jìn)行歸一化，本例僅分析其余11項(xiàng)指標(biāo)。為了更好地反映各個(gè)方案的優(yōu)劣，并不采用最大隸屬度法則，將Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ進(jìn)行0～ 1之間的評(píng)分，令C=(c1,c2,c3)T=(0.05, 0.5, 0.95)T，綜合評(píng)分值F=BC。綜合評(píng)分值F越大說(shuō)明水資源利用情況越好，經(jīng)計(jì)算可得F(2015)=0.298 7；F(2016)=0.396 5；F(2017)=0.666 0，詳見(jiàn)表9。2017年的綜合指標(biāo)值較2016年度提高67.97%，園區(qū)在節(jié)水灌溉和非常規(guī)水資源利用等方面所做的工作在綜合指標(biāo)中有了較好的體現(xiàn)。

表8 新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)值Tab.8 Evaluation values to the evaluation indexes of water resources use efficiency for Xinyuan Sunshine Agricultural Park

注：*所示指標(biāo)的單位為m3/hm2。

表9 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Tab. 9 Fuzzy comprehensive evaluation

5 結(jié) 論

農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源高效利用通過(guò)對(duì)供水、用水和排水環(huán)節(jié)的全過(guò)程控制使水資源利用綜合效率最大化，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用，具有節(jié)約性、循環(huán)性和協(xié)調(diào)性的基本特征。對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的評(píng)價(jià)，準(zhǔn)則層確定為水源、用水和再生水3個(gè)方面，并篩選確定了13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成了對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源利用效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重賦值，采用可拓層次分析法(EAHP)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，通過(guò)權(quán)重總排序明確了各指標(biāo)對(duì)典型園區(qū)水資源利用效率的重要性。供水、用水和再生水3個(gè)準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重分別為0.132、0.792和0.076，其中在水源準(zhǔn)則層中供水保證率和地下水供水比例的綜合權(quán)重較高，對(duì)地下水的依賴程度較大；在用水指標(biāo)層中，單位面積灌溉用水量、節(jié)灌率和灌溉水利用系數(shù)等3個(gè)指標(biāo)權(quán)重較大，種植業(yè)仍然是京津冀城郊農(nóng)業(yè)園區(qū)的主要產(chǎn)業(yè)模式、用水模式，其節(jié)水灌溉對(duì)于水資源利用效率的影響較大。

通過(guò)模糊可拓層次分析模型對(duì)新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)的水資源供需狀況、水資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，2015年、2016年和2017年該園區(qū)的水資源利用效率綜合評(píng)價(jià)值分別為0.298 7、0.396 5和0.666 0。隨著2017年園區(qū)節(jié)水增效一期工程投入運(yùn)行，綜合評(píng)價(jià)值較2016年度提高67.97%，較好地反映了園區(qū)在節(jié)水灌溉和非常規(guī)水資源利用等方面所做的工作。計(jì)算結(jié)果表明模糊可拓層次分析模型的計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際，評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)水資源的利用情況，證明該評(píng)價(jià)體系具備實(shí)用性、可操作性及科學(xué)性。

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