賀蘭生態(tài)灌區(qū)健康指標(biāo)篩選及評(píng)價(jià)

徐新華,董 潔*,彭致功,張 倩,王瑤瑤,張 鳳

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,山東 泰安271018

2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京100038

灌區(qū)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基地，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。建立系統(tǒng)、全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇合適的灌區(qū)評(píng)價(jià)方法指導(dǎo)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。在灌區(qū)評(píng)價(jià)方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，如程雪[1]基于灰色關(guān)聯(lián)度和AHP 綜合評(píng)價(jià)了王石灌區(qū)的綜合效益狀況；張慧[2]利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)新疆某地3 個(gè)灌區(qū)進(jìn)行用水效率分析；卞海文[3]以對(duì)山東省12 個(gè)灌區(qū)為研究對(duì)象，利用主成分分析法來對(duì)灌區(qū)的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)判；黃曉惠[4]結(jié)合模糊數(shù)學(xué)與層次分析法對(duì)涇惠渠灌區(qū)現(xiàn)狀年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)灌區(qū)發(fā)展提出了合理的改良措施。

賀蘭生態(tài)灌區(qū)地處于西北干旱半干旱地區(qū)，農(nóng)田灌溉用水主要依賴于過境黃河水。隨著水資源的過度開發(fā)，水資源緊缺，灌區(qū)出現(xiàn)了土壤結(jié)構(gòu)被破壞、耕地生產(chǎn)力下降，生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展遭到嚴(yán)重?fù)p害。為了建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，本文結(jié)合現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)健康評(píng)價(jià)需求，篩選了灌區(qū)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)健康評(píng)價(jià)模型。在此基礎(chǔ)上，對(duì)灌區(qū)2007～2016 年的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)。

1 賀蘭生態(tài)灌區(qū)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

1.1 初步構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)現(xiàn)有資料及灌區(qū)實(shí)際情況初步確定了3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，7 個(gè)二級(jí)指標(biāo)，36 個(gè)三級(jí)指標(biāo)。通過指標(biāo)的相關(guān)性分析，見表1，可以看出部分指標(biāo)之間呈顯著相關(guān)。所以，為了剔除存在信息重疊的那些指標(biāo)，進(jìn)行了指標(biāo)的兩輪篩選。

表1 指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of indicators

1.2 指標(biāo)篩選

第一次指標(biāo)篩選首先將初選指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算每一個(gè)指標(biāo)在不同研究對(duì)象下的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和累積貢獻(xiàn)率。依據(jù)變異系數(shù)的大小對(duì)指標(biāo)進(jìn)行排序，結(jié)果見表2。

表2 第1 輪評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選Table 2 Screening of evaluation indicators in the first round

根據(jù)指標(biāo)篩選準(zhǔn)則，要求指標(biāo)累積貢獻(xiàn)率大于85%，指標(biāo)貢獻(xiàn)率是指單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總體評(píng)價(jià)目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度。指標(biāo)的貢獻(xiàn)率越高其反映的信息量越多。因此保留前29 個(gè)指標(biāo)，完成第一輪篩選。

根據(jù)第一輪篩選結(jié)果，計(jì)算了剩余29 個(gè)指標(biāo)的敏感程度，獨(dú)立性，綜合值及貢獻(xiàn)率四個(gè)篩選指標(biāo)進(jìn)行了分析，見表3。

由表3 可以看出地表水水質(zhì)、有效灌溉面積比例等前16 個(gè)指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%，滿足要求。最后綜合考慮，選擇前25 個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)灌區(qū)的綜合指標(biāo)，指標(biāo)篩選完成。

篩選后的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括灌區(qū)生態(tài)環(huán)境、灌區(qū)現(xiàn)代化水平和灌區(qū)效益與可持續(xù)性3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、工程保障、經(jīng)濟(jì)效益、可持續(xù)發(fā)展6 個(gè)二級(jí)指標(biāo)以及25 個(gè)三級(jí)指標(biāo)，分別如下：

（1）大氣環(huán)境狀況：干旱指數(shù)、年平均降雨量、空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)優(yōu)良率。

（2）水環(huán)境狀況：地表水水質(zhì)、地下水水質(zhì)、灌溉水質(zhì)級(jí)別、地下水埋深、水域面積率、地表水氨氮濃度。

（3）土壤環(huán)境狀況：土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤含鹽量、森林覆蓋率。

（4）工程保障：渠系襯砌率、有效灌溉面積比例、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

（5）經(jīng)濟(jì)效益：農(nóng)業(yè)單方水產(chǎn)值、人均耕地面積、人均糧食作物產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)灌溉畝均用水量。

（6）可持續(xù)發(fā)展：地下水資源開采率、地膜使用量、人口密度。

表3 第2 輪評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選值Table 3 Comprehensive screening values of evaluation indicators in secend round

2 寧夏生態(tài)灌區(qū)健康評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

本文分別運(yùn)用主成分分析法、熵權(quán)法、Topsis 法、綜合指數(shù)法以及模糊評(píng)價(jià)法，根據(jù)篩選后的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)賀蘭灌區(qū)2007 年～2016 年的健康運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并結(jié)合以上五種方法評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)建了寧夏生態(tài)灌區(qū)評(píng)價(jià)的組合法。

2.1 五種評(píng)價(jià)方法的對(duì)比分析

針對(duì)賀蘭生態(tài)灌區(qū)2007～2016 年的健康運(yùn)行狀況，采取主成分分析法、熵權(quán)法、Topsis 法、綜合指數(shù)法和模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體結(jié)果見下表4 和圖1。

表4 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of evaluation results

圖1 5 種方法趨勢(shì)對(duì)比Fig.1 Comparison of trends from five methods

根據(jù)表4 得知，五種方法評(píng)價(jià)結(jié)果雖然對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)不完全一樣，但是從圖1 可以看出，灌區(qū)健康水平整體變化趨勢(shì)基本一致，都顯示了生態(tài)灌區(qū)正在逐年向好的態(tài)勢(shì)。

2.2 組合評(píng)價(jià)法

將主成分分析法、熵權(quán)法、Topsis 法、綜合指數(shù)法以及模糊評(píng)價(jià)法五種方法的評(píng)價(jià)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并計(jì)算加權(quán)平均值即為每年的組合評(píng)價(jià)值，見表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)值以及組合評(píng)價(jià)值Table 5 Evaluation value and combination evaluation value after standardization

圖2 組合評(píng)價(jià)值Fig.2 Combination evaluation values

2.3 組合評(píng)價(jià)值的非參數(shù)檢驗(yàn)

根據(jù)組合評(píng)價(jià)值，利用正態(tài)分布檢驗(yàn)概率（Pk-s）對(duì)組合評(píng)價(jià)值的統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行了非參數(shù)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明組合評(píng)價(jià)值服從正態(tài)分布，見表6。

表6 正態(tài)分布檢驗(yàn)Table 6 Test of normal distribution

由表6 分析得知，sig.=0.684＞0.05，檢驗(yàn)表明綜合評(píng)價(jià)值服從正態(tài)分布。根據(jù)正態(tài)分布N(0,0.956)，計(jì)算獲得P=20%、P=40%、P=60%、P=80%所對(duì)應(yīng)的綜合值分別為-0.952、-0.607、0.349、1.09，對(duì)應(yīng)著灌區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的閾值，見表7。

表7 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 7 Classification criteria

根據(jù)組合評(píng)價(jià)值以及表6 得出賀蘭灌區(qū)在2007～2016 年的最終評(píng)價(jià)級(jí)別，見表7。

表8 組合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Evaluation results of portfolio evaluation

結(jié)果表明賀蘭灌區(qū)在2007 年～2016 年間的健康狀況逐年優(yōu)化，這與前面的幾種評(píng)價(jià)方法一致。

3 結(jié)論

（1）本文以賀蘭生態(tài)灌區(qū)為例，通過對(duì)初選指標(biāo)的兩輪篩選，建立了賀蘭縣生態(tài)灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。包括灌區(qū)生態(tài)環(huán)境、灌區(qū)現(xiàn)代化水平和灌區(qū)效益與可持續(xù)性3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、工程保障、經(jīng)濟(jì)效益、可持續(xù)發(fā)展6 個(gè)二級(jí)指標(biāo)和25 個(gè)三級(jí)指標(biāo)；

（2）用主成分分析法、熵權(quán)法、Topsis 法、綜合指數(shù)法和模糊評(píng)價(jià)五種法對(duì)賀蘭生態(tài)灌區(qū)2007～2016 年的健康運(yùn)行狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合以上五種方法評(píng)價(jià)結(jié)果歸納出組合法。結(jié)果表明賀蘭灌區(qū)在2007 年～2016 年間的健康狀況是逐年優(yōu)化的，體現(xiàn)了灌區(qū)整體向好的發(fā)展態(tài)勢(shì)；

（3）根據(jù)生態(tài)灌區(qū)健康評(píng)價(jià)結(jié)果和灌區(qū)的健康狀況分析，提出灌區(qū)運(yùn)行面臨的具體問題并對(duì)灌區(qū)未來的發(fā)展與規(guī)劃提供一些指導(dǎo)和建議，推動(dòng)灌區(qū)全面發(fā)展。