哈爾濱市雙城區(qū)高效節(jié)水模式優(yōu)選與綜合評價分析

劉 迪，潘 浩

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省龍研水利規(guī)劃設(shè)計有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 工程概況

雙城區(qū)坐落于黑龍江省哈爾濱市西南部，是黑龍江省的南大門。雙城區(qū)三面靠水，河道環(huán)繞區(qū)界。南為拉林河，北靠松花江。松花江流經(jīng)四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流程全長65 km，拉林河圍繞南、西邊境，流經(jīng)七個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，沿該市流程全長135 km。地表水資源一部分為境內(nèi)地面徑流量為15 560×104m3，另一部分為過境的江河水總量為4 045 700×104m3。地下水資源比較豐富，雙城區(qū)多年平均地表水資源量為15 560×104m3，淺層地下水資源量為20 226×104m3，重復(fù)計算量為1852×104m3，多年平均水資源總量為33 934×104m3。

2 建立評價指標(biāo)體系

從政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會環(huán)境四個角度出發(fā)，共選取了15個指標(biāo)：(1)符合節(jié)水農(nóng)業(yè)要求，優(yōu)選的根本目的就是為了節(jié)水。(2)符合區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展，為區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展提供助力。(3)政府推廣力度，政府補(bǔ)貼，經(jīng)調(diào)研，政府支持力度對區(qū)域節(jié)水灌溉工程技術(shù)的選擇在整體上具有一定的推動作用。(4)作物適應(yīng)性，雙城區(qū)的主要種植作物為玉米。因此該指標(biāo)主要指包括各種灌溉技術(shù)對玉米的耕作方式、種植密度、作物高度等的適應(yīng)性。(5)地形的適應(yīng)性，適應(yīng)性越強(qiáng)越容易開展作業(yè)。(6)對土地規(guī)模的適應(yīng)性，為使效益最大化，不同灌溉設(shè)備灌溉的面積不同。(7)供水水量要求，不同灌溉設(shè)備對水源流量要求不同。(8)灌水均勻度，這是評價節(jié)水灌溉工程設(shè)備優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。(9)操作難易度，操作靈活、簡便、勞動強(qiáng)度小和拆裝、維修保養(yǎng)方便的設(shè)備比較受歡迎。如果技術(shù)操作難度大，不易于農(nóng)戶掌握，技術(shù)就得不到推廣使用。 (10)配套動力要求，不同灌溉設(shè)備所需電力等能源不同。(11)年運(yùn)行費(fèi)用，黑龍江省節(jié)水灌溉工程投資主要為國家投資，農(nóng)民自籌所占比例很小，在工程經(jīng)濟(jì)投入有保障時，年運(yùn)行費(fèi)用成為影響灌溉設(shè)備適宜性評價的一個重要指標(biāo)。(12)糧食畝增產(chǎn)力，建設(shè)節(jié)水灌溉工程的主要目的就是在節(jié)水的同時能增加糧食產(chǎn)量，增產(chǎn)效果的好壞對于節(jié)水灌溉工程意義重大。(13)節(jié)水程度，高效節(jié)水灌溉工程在保證作物產(chǎn)量的同時可節(jié)約大量水資源，對可持續(xù)發(fā)展意義重大。(14)省工程度，勞力成本和生產(chǎn)效率關(guān)系到用戶的回報問題。(15)耗能程度，不同灌溉設(shè)備耗能不同，而耗能過多則會影響運(yùn)行成本及環(huán)境問題。

通過AHP法建立的綜合評價指標(biāo)體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，具體見表1。

3 層次分析法進(jìn)行適宜性評價

(1)指標(biāo)的量化處理。本指標(biāo)體系所選指標(biāo)既有定性指標(biāo)又有定量指標(biāo)。對定量指標(biāo)來說，可以根據(jù)資料或者實(shí)地測量得出，而定性指標(biāo)是一個模糊的概念，需要使用模糊評判法將其量化。模糊評判法就是請專家對定性指標(biāo)按評語進(jìn)行自認(rèn)為合適的選擇，每個評語都對應(yīng)一個標(biāo)準(zhǔn)隸屬度[1]。

指標(biāo)評語集：V={V1(很好)，V2(較好)，V3(一般)，V4(較差)，V5(很差)}

標(biāo)準(zhǔn)隸屬度：U=(1，0.8，0.6，0.4，0)

指標(biāo)隸屬度計算：根據(jù)多個專家對每個定性指標(biāo)所給出的評語，將評語一一對應(yīng)到標(biāo)準(zhǔn)隸屬度，再將每一項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)隸屬度取平均值作為該定性指標(biāo)的隸屬度。

根據(jù)6位專家對定性指標(biāo)進(jìn)行評價得到量化值，對其所有指標(biāo)進(jìn)行量化。各方案指標(biāo)值見表2。

表2 各方案指標(biāo)值

(2)指標(biāo)的規(guī)范化與同趨勢化。高效節(jié)水灌溉技術(shù)選擇指標(biāo)有的是正指標(biāo)，數(shù)值越大越有益；有的是負(fù)指標(biāo)，數(shù)值越小越有利；還有的指標(biāo)有量綱，必須消去。所以，在運(yùn)用層次分析法進(jìn)行優(yōu)選之前，須要將上述指標(biāo)進(jìn)行處理[2-3]。主要使用以下兩種方法：

①指標(biāo)的規(guī)范化。該方法可以消除具有量綱的指標(biāo)，使各指標(biāo)可在同一層相比較。計算如式(1)所示：

(1)

式中：Eii是經(jīng)過規(guī)范化的指標(biāo)值；Emax是同類指標(biāo)的最大值；Ei是原指標(biāo)值。

②指標(biāo)的同趨勢化。從本項(xiàng)目出發(fā)，該方法就是要將負(fù)向指標(biāo)轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)。計算如式(2)所示：

Eii=Emax+Emin-Ei

(2)

式中：Emin是同類指標(biāo)的最小值。

使用式(1)、式(2)對各指標(biāo)進(jìn)行處理，處理后的指標(biāo)見表3。

表3 各方案指標(biāo)規(guī)范化和同趨勢化處理表

(3)構(gòu)造判斷矩陣。選取5到10位高效節(jié)水灌溉方面的專家，每位專家各自構(gòu)造每一層的判斷矩陣。根據(jù)一般人的認(rèn)知習(xí)慣和判斷能力給出了屬性間相對重要性等級表，見表4，稱為“1～9比例標(biāo)度表”，利用該表取aij的值。

表4 比例標(biāo)度表

(4)計算權(quán)重與一致性檢驗(yàn)。根據(jù)判斷矩陣計算元素的權(quán)重，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

計算方法有幾何平均法與規(guī)范列平均法兩種，本文采用幾何平均法計算權(quán)向量，計算公式如式(3)所示：

(3)

式中：aij為元素i與元素j的重要性之比；wi為元素i權(quán)重；n為元素個數(shù)。

做一致性檢驗(yàn)需要一致性指標(biāo)CI、隨機(jī)一致性指標(biāo)RI、一致性比率CR和矩陣最大特征根λmax。其中RI可通過查表5獲得。

表5 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值表

一致性指標(biāo)CI、一致性比率CR和矩陣最大特征根λmax，計算如式(4)～式(6)所示：

(4)

(5)

(6)

當(dāng)CR<0.10時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意一致性，若大于或等于0.10就須要調(diào)整判斷矩陣并重新計算。

根據(jù)專家打分法構(gòu)造權(quán)重判斷矩陣，按照式(3)計算其總排序和單排序指標(biāo)權(quán)重。各層指標(biāo)權(quán)重和判斷矩陣一致性檢驗(yàn)見表6～表10。

表6 目標(biāo)層權(quán)重評分表

表7 政策指標(biāo)權(quán)重評分表

表8 技術(shù)指標(biāo)權(quán)重評分表

表9 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重評分表

表10 社會環(huán)境指標(biāo)權(quán)重評分表

(5)層次總排序。計算各層目標(biāo)元素對于系統(tǒng)目標(biāo)的總排序權(quán)重，并進(jìn)行排序。排序最高者即權(quán)重最大者即為應(yīng)選方案，計算結(jié)果見表11。

表11 目標(biāo)層及準(zhǔn)則層綜合評價值表

根據(jù)計算結(jié)果可知，各種高效節(jié)水灌溉技術(shù)從優(yōu)到劣的排序?yàn)椋褐行闹лS式噴灌技術(shù)、絞盤式噴灌技術(shù)、管道移動式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)。

4 結(jié) 語

本文應(yīng)用層次分析法對雙城區(qū)高效節(jié)水灌溉工程技術(shù)模式進(jìn)行適宜性評價，選取政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會環(huán)境四大類為影響因素，建立了一個由9個定性指標(biāo)和6個定量指標(biāo)組成的高效節(jié)水灌溉工程技術(shù)模式適宜性評價指標(biāo)體系，并對各評價指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)說明。雙城區(qū)高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)先發(fā)展順序依次為中心支軸式噴灌、絞盤式噴灌、管道移動式噴灌、滴灌工程，可為雙城區(qū)高效節(jié)水灌溉工程的有效發(fā)展提供技術(shù)支撐。