大中型灌區節水改造緊迫性綜合評估研究

張 偉,溫玉霞

(1.內蒙古河套灌區管理總局義長灌城管理局，內蒙古 巴彥淖爾 015100；2.內蒙古河套灌區管理總局總干渠管理局，內蒙古 巴彥淖爾 015100)

我國有各類型灌區1000多萬處，其中大中型灌區5250多處。由于我國灌區大多興建于20世紀50—70年代，限于當時科技條件，加之多年的疲勞運行，目前我國大多數灌區工程老化失修嚴重，處于超期服役或帶病運行狀態，致使灌區水資源浪費嚴重，灌溉水利用率低，灌溉效益大幅度衰減[1-2]。我國從1997年開始大中型灌區節水改造項目，但是政府每年投入灌區改造的資金是有限的，只有了解各灌區的節水改造的緊迫程度，才能做到資金的合理有效利用，確保有針對性的治理[3-9]。

河套灌區為我國三大特大型灌區之一，灌區實行總干、干、分干渠、溝由國家管理，支渠、溝以下工程由群眾管理的管理制度，總設計灌溉面積約為73.7萬hm2；義長灌域總灌溉面積18.43萬hm2，區域平均降水量176.4mm，屬干旱、半干旱地區，多年平均引水量為14億m3。目前，河套灌區的大多數灌區均存在效益低下、節水配套設施不完善、維護管理人員和供水能力不足等問題，因此需要對灌區的節水改造工程進行專門的技術研究[10]。

目前，多數針對大中型灌區的節水改造研究還是集中于問題分析、改造技術、潛力效益等的分析[11]，很少有人對灌區節水改造的優先順序(緊迫程度)進行系統分析，因此，本文以義長灌區為例，對該灌區的節水改造緊迫性問題進行了定性定量的評價，研究方法和經驗可為類似大中型灌區的節水改造提供指導。

1 緊迫程度評價指標體系的建立

所謂節水改造緊迫程度，即為在特定的社會經濟條件下，對灌區進行性能比較或者通過目標值與期望值的比較最終確定對其實施節水改造工程緊急程度的定量分析。結合河套灌區的實際情況，選取社會經濟、工程現狀、管理現狀、效率及效益情況、水土資源狀況以及生態環境狀況作為系統分析層，其中各項系統分析層又各分為2個、3個、2個、2個、3個、1個指標(共計13個指標)進行分析，如圖1所示。

2 綜合賦權法權重分析

(1)層次分析法計算權重：通過對各指標層的合理量化賦值，建立判斷矩陣，然后通過層次排序、總排序和一致性檢驗，最終確定各指標的權重；但其賦權時缺乏穩定性，容易受到專家主觀評判的影響，造成可信度不高。

(2)嫡值法計算權重：首先計算指標值的特征比重值，然后計算嫡值，并通過分析得到差異性系數，最終確定指標權重；嫡值法雖然可信度較高，但易受樣本數據的差異性影響。

圖1 節水改造緊迫程度評價指標體系構建圖

(3)綜合賦權法：目前，很多學者將層次分析法和嫡值法得到主客觀權重值進行加權平均計算，但這種方法缺少科學依據，因此合理性有待檢驗。本文采用博弈論的方法，建立綜合賦權法，其原理如下：

假設有L種方法進行賦權，由此構建一個基本權重集，可得到L個向量的任意的線性組合：

(1)

由層次法得到基本權重μ1、μ2是有一定差異的，可將兩者的基本權重再組合得到權重集{μ1、μ2}，權向量的集化模型演變為：

(2)

根據矩陣的微分性質，進行線性轉化，然后對其進行歸一化處理：

(3)

再利用式(1)得到綜合賦權法得到的綜合權重值μ*。

根據義長灌域當地的實際情況，通過層次分析法、嫡值法以及綜合賦權法分別得到的各指標層的權重值見表1。從表中可以看到：層次分析法和嫡

值法計算得到的指標權重值相差較大，若采取加權平均的方法，那么就很容易將本不是主要影響指標的因素劃定為主要因素(如A1、B2等)，對節水改造的緊迫程度判斷也會產生重要影響；通過綜合賦權法計算得到的指標權重>0.1的總共有三項：分別為渠系水利用系數D1、灌溉保證率D2以及單位面積管護人員數量C2，表明上述三項指標是影響河套義長灌域地區運行效率和效益發揮的主要因素，可作為節水改造的重點改造對象，這與當地的實際情況較為符合，表明博弈論綜合賦權法合理可行。

3 緊迫程度對比分析

3.1 模糊綜合評價法結果分析

將義長灌域按行政地區劃分為1～10個樣點灌區，分別進行節水改造緊迫度評價。模糊評價法即通過建立評價因素權重集得到單因素評判矩陣R，模糊綜合評價集B與R存在如下關系：

(4)

式中，A—模糊線性計算矩陣；a—模糊合成算子。

記節水改造緊迫程度分為：不緊迫、一般緊迫、比較緊迫、非常緊迫以及極其緊迫5個等級，那么其隸屬函數U為：

UⅠ (5)

(7)

(8)

(9)

式中，x、x1、x2、x3、x4—評價因子大小，極其緊迫(5)、非常緊迫(4)、比較緊迫(3)、以及一般緊迫(2)與不緊迫(1)之間的臨界值，其中U取5個值中的最大值。

3.2 可拓評價法計算結果分析

可拓法包括：事物名稱N、特征C以及量值V三要素，其包含經典域和節域，并最終確定待評物元R：

(10)

評價對象等級的評定計算公式為：

(11)

3.3 緊迫性綜合對比分析

將各行政區綜合賦權法得到的權重值分別代入模糊評價計算式和可拓計算式，得到了各自樣點灌區的緊迫程度評價值大小，如圖2所示。從圖2中可以看到，利用模糊法和可拓法得到的評價結果基本一致，主要區別在于7號樣點灌區，模糊法得到的評價結果分別為一般緊迫，而可拓法得到的評價結果為比較緊迫；其余9個樣點灌區的評價結果包括3個比較緊迫和6個非常緊迫，可見河套義長灌域的節水改造形勢刻不容緩，一些局部地區已經達到急需改造的地步，改造時應優先考慮這些地區。

圖2 各樣點節水改造緊迫性評價結果

對上文分析得到的河套義長灌域的綜合權重結果進行分析，得到了整個義長灌域的節水改造的緊迫程度評價如圖3所示。從圖3中可以得到，模糊法和可拓法得到一致的結果，那就是義長灌域整個地區的節水改造項目已經處于非常緊迫的地步，多年的運行再加上缺少足夠的維護，使得這一地區的節水改造形勢刻不容緩。

圖3 義長灌域節水改造緊迫性整體評價

4 結語

以河套義長灌域為例，構建了包括6個系統層、13個指標層的節水改造緊迫程度分析體系，認為影響該灌區的節水改造緊迫程度的主要因素為：渠系水利用系數D1、灌溉保證率D2和單位面積管護人員數量C2；同時利用模糊和可拓分析法對該地區的節水改造緊迫程度進行了定量分析，認為該地區樣點灌區均處于非常緊迫或者比較緊迫的程度，從整體分析來看，義長灌域也處于亟待進行節水改造的形式，需要采取必要措施進行節水改造以提高利用效率。