西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估及應用研究

王永怪

(貴州省興仁市水務局,貴州 興仁 562300)

1 概 述

在西南地區(qū),灌區(qū)節(jié)水工程的規(guī)劃與管理對于保障農(nóng)業(yè)灌溉水資源的有效利用和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。由于復雜的自然環(huán)境和人為因素的影響,西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估面臨許多困難[2]。目前,對于西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估在指標選擇和權(quán)重確定方面存在主觀性和不一致性的問題,影響了評估結(jié)果的可靠性和可比性,定性指標的量化也需要尋求合適的方法來將主觀評價轉(zhuǎn)化為可量化的數(shù)據(jù)[3-4]。

通過對灌區(qū)節(jié)水工程的整體情況進行分析,可全面了解工程的現(xiàn)狀和存在的問題,為后續(xù)評估提供基礎數(shù)據(jù)和參考依據(jù)[5]。采用多指標評估方法可以考慮到各方面的因素,綜合考慮不同指標的權(quán)重,從而更全面地評估灌區(qū)節(jié)水工程的效益和可行性。指標正向化方法可以將各指標進行標準化處理,消除指標單位和數(shù)量級的差異,使不同指標之間可以進行比較和綜合分析。鑒于此,本文在對西南地區(qū)灌區(qū)的分析基礎上,提出西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估方法,研究結(jié)果可為西南地區(qū)灌區(qū)建設提供參考。

2 西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估方法設計

2.1 灌區(qū)概況

灌區(qū)指有可靠水源和引水輸水排水渠道的作物灌溉區(qū)域,屬于一種半人工生態(tài)系統(tǒng),主要用于對農(nóng)作物提供水源和灌溉服務[6-7]。為了對西南地區(qū)的灌區(qū)節(jié)水工程設計進行綜合評估,研究選擇貴州省黔西南州興仁縣貞龍中型灌區(qū)為研究對象,灌區(qū)控制范圍5 200hm2。其中,農(nóng)田3 572hm2,土地1 628hm2,實現(xiàn)共1 400hm2灌溉面積改善。

灌區(qū)工程所處位置屬于低緯度高原性中亞熱帶溫和濕潤季風氣候區(qū),無霜期長,每年平均無霜期281天,多年平均降雨量1 320.5mm,全年平均氣溫15.2℃。全年平均氣溫最高月份為7月,月平均氣溫22.1℃;平均氣溫最低月份為1月,月平均氣溫6.1℃。灌區(qū)中有渠系建筑物17座,引水溝渠總長度85km。灌區(qū)內(nèi)由2座小型水庫工程作為蓄水工程,此外還有山塘18座以及22處引水工程。灌區(qū)所處興仁縣總?cè)丝?0.94萬人。其中,農(nóng)業(yè)人口46.14萬人;農(nóng)村人口44.14萬人。

灌區(qū)在最近一次改造項目完成后,由某水利水電發(fā)展公司作為管護機構(gòu),由公司直接對水資源調(diào)配工作進行統(tǒng)一管理,并設置5個農(nóng)民用水協(xié)會對田間工程及田間用水管理工作負責。灌區(qū)大面積分布石灰?guī)r及碳酸鹽巖,灌區(qū)降水主要補給地下水。灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)計算公式如下:

式中:ηy為灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù);Wyj為灌區(qū)的凈灌溉用水量,m3;Wym為灌區(qū)的毛灌溉用水量,m3。

為了對貞龍中型灌區(qū)節(jié)水工程進行評估,研究以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位,將灌區(qū)劃分為巴鈴鎮(zhèn)、屯腳鎮(zhèn)、回龍鎮(zhèn)、大山鎮(zhèn)及波陽鎮(zhèn)共5個區(qū)域。

2.2 西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估體系建立

在進行西南地區(qū)的灌區(qū)節(jié)水工程綜合評估時,需要針對地區(qū)特點建立相對應的評估體系[8-11]。研究建立的評估體系從多指標進行綜合評估,見圖1。

圖1 灌區(qū)節(jié)水工程評估指標

由圖1可見,研究建立的灌區(qū)節(jié)水工程評估體系分為5個大類指標,分別是灌區(qū)工程指標、灌區(qū)水資源開發(fā)利用指標、灌區(qū)效率指標、灌區(qū)管理指標和灌區(qū)生態(tài)指標。灌區(qū)工程指標對灌區(qū)灌溉系統(tǒng)進行構(gòu)建和改造,使灌區(qū)運行效率得到提高,一般參考農(nóng)田面積、渠道護砌度、節(jié)水工程比例、排澇達標率、鹽漬化防治達標率等因素[12-13]。水資源開發(fā)指標能夠?qū)鄥^(qū)的水資源開發(fā)效果進行展示,一般參考灌區(qū)水量供需比、水源保證率、水源開發(fā)利用率、單位產(chǎn)值用水量等因素。灌區(qū)效率指標能反映出灌區(qū)的能源和資源使用效率,一般參考灌區(qū)水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、單位面積作物生產(chǎn)能力、能源單耗達到率等因素。灌區(qū)管理指標能夠反映出灌區(qū)的運行情況,一般參考用水協(xié)會管理比例、灌溉面積管理程度、費用征收情況、成本開銷、信息化配備程度等因素。灌區(qū)生態(tài)指標能夠顯示出灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境情況和可持續(xù)發(fā)展性,一般參考灌區(qū)水源水質(zhì)、地下水超采面積比重、耕地開發(fā)程度、土壤污染程度、生態(tài)工程比重等因素。

針對地區(qū)特點,為了降低評估時的數(shù)據(jù)收集難度,研究對5個大類指標進行細分,得到12個小類指標。其中,灌區(qū)工程指標分為農(nóng)田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況;灌區(qū)水資源開發(fā)利用指標分為灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率;灌區(qū)效率指標分為灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率;灌區(qū)管理指標分為用水協(xié)會管理比例、單位面積管理人數(shù)、單位面積管理運行費;灌區(qū)生態(tài)指標為使用水源水質(zhì)。進行各指標的數(shù)據(jù)處理時,研究使用作差法進行指標正向化,適度指標計算如下:

(2)

進行指標無量綱化時,使用均值化法進行處理。在均值化后,所有指標的平均值為1。使用專家估測法,對評價體系中的定性指標進行量化[14]。構(gòu)建評估體系的結(jié)果以5個分級進行表示,見表1。

表1 灌區(qū)節(jié)水工程評估體系結(jié)果分級

由表1可見,研究將各指標的數(shù)值以區(qū)間的方式劃分入5個評價分級,以指標數(shù)值的結(jié)果分級進行綜合評價。

3 西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程綜合評估結(jié)果

為了對研究設計的西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程綜合評價方法的有效性進行測試,以貞龍中型灌區(qū)覆蓋的巴鈴鎮(zhèn)、屯腳鎮(zhèn)、回龍鎮(zhèn)、大山鎮(zhèn)及波陽鎮(zhèn)作為對象進行評估。首先對評價指標基礎數(shù)據(jù)進行收集,見圖2。

圖2 指標基礎指標值

由圖2可見,采用研究方法對各灌區(qū)進行綜合評估,得到巴鈴鎮(zhèn)農(nóng)田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理人數(shù)、單位面積管理運行費的指標值分別為0.59、60、18、70、6.26、40、0.4、35、0、25、97;屯腳鎮(zhèn)的指標值分別為0.75、100、80、95、4.62、94、0.59、65、0、20、232;回龍鎮(zhèn)的指標值分別為0.65、25、13、80、1.25、85、0.71、65、0、10、82;大山鎮(zhèn)的指標值分別為0.65、40、15、75、1.88、30、0.5、35、3、25、116;波陽鎮(zhèn)的指標值分別為0.88、80、0、100、5.08、75、0.65、70、3、15、85。

研究方法對各灌區(qū)的評價指標基礎數(shù)據(jù)進行了有效收集,表明研究方法所指定的評價方法不會遭受基礎數(shù)據(jù)收集的困難。對各灌區(qū)的指標無量綱化值進行生成,見圖3。

圖3 指標無量綱化值

由圖3可見,采用研究方法對各灌區(qū)各指標進行計算,得到了指標的無量綱化值。巴鈴鎮(zhèn)的農(nóng)田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理人數(shù)、單位面積管理運行費、水源水質(zhì)的指標無量綱化值分別為1.23、0.86、1.22、1.89、0.00、1.47、2.16、2.00、0.00、0.75、1.39、1.20;屯腳鎮(zhèn)的指標無量綱化值分別為0.55、0.00、0.00、0.32、0.74、0.00、0.84、0.29、0.00、1.13、0.00、0.90;回龍鎮(zhèn)的指標無量綱化值分別為0.98、1.61、1.31、1.26、2.27、0.25、0.00、0.29、0.00、1.88、1.55、0.90;大山鎮(zhèn)的指標無量綱化值分別為0.98、1.29、1.27、1.58、1.98、1.75、1.47、2.00、1.20、0.75、1.20、1.20;波陽鎮(zhèn)的指標無量綱化值分別為0.00、0.43、1.57、0.00、0.53、0.52、0.42、0.00、0.00、1.50、1.52、0.90。

對各灌區(qū)節(jié)水工程生成最終評估結(jié)果,見表2。

表2 灌區(qū)節(jié)水工程評估結(jié)果

由表2可見,研究方法有效生成了5個灌區(qū)節(jié)水工程的評估結(jié)果。在巴鈴鎮(zhèn)中,骨干渠道護砌度、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余8項指標涉及內(nèi)容需要進行改進。在屯腳鎮(zhèn)中,骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余3項指標涉及內(nèi)容需要進行改進。在回龍鎮(zhèn)中,灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余6項指標涉及內(nèi)容需要進行改進。大山鎮(zhèn)中,農(nóng)田面積種植比例、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余7項指標涉及內(nèi)容需要進行改進。波陽鎮(zhèn)中,骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、灌溉水利用系數(shù)、灌區(qū)灌溉設計保證率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余4項指標涉及內(nèi)容需要進行改進。

將大山鎮(zhèn)和波陽鎮(zhèn)進行綜合,得到貞龍中型灌區(qū)中農(nóng)田面積種植比例、灌區(qū)水量供需比、實際農(nóng)田面積實現(xiàn)率、用水協(xié)會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進。研究方法得到的評估結(jié)果與各灌區(qū)的實際情況相符合,與專家評審意見吻合,表明研究方法能夠準確進行西南地區(qū)灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估。

4 結(jié) 論

灌區(qū)節(jié)水工程能夠提升灌溉效率和作物生長質(zhì)量。本文通過對西南地區(qū)節(jié)水工程情況進行分析,設計了灌區(qū)節(jié)水工程的綜合評估體系。通過對灌區(qū)節(jié)水工程的相關影響因素進行參考,由大類指標細分為小類指標,建立了多指標評價體系,并對研究方法進行了應用分析。試驗結(jié)果中,研究完成了對灌區(qū)的11個指標基礎指標值的收集;完成了5個灌區(qū)共60個指標的指標無量綱化值計算;對灌區(qū)節(jié)水工程指標進行了分為5級的評價,結(jié)果與實際情況符合,表明研究方法能夠?qū)ξ髂系貐^(qū)節(jié)水工程進行有效評估。