哈爾濱市雙城區高效節水模式優選與綜合評價分析

劉 迪，潘 浩

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江省龍研水利規劃設計有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 工程概況

雙城區坐落于黑龍江省哈爾濱市西南部，是黑龍江省的南大門。雙城區三面靠水，河道環繞區界。南為拉林河，北靠松花江。松花江流經四個鄉鎮，流程全長65 km，拉林河圍繞南、西邊境，流經七個鄉鎮，沿該市流程全長135 km。地表水資源一部分為境內地面徑流量為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 建立評價指標體系

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

通過AHP法建立的綜合評價指標體系包括目標層、準則層和指標層，具體見表1。

3 層次分析法進行適宜性評價

(1)指標的量化處理。本指標體系所選指標既有定性指標又有定量指標。對定量指標來說，可以根據資料或者實地測量得出，而定性指標是一個模糊的概念，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按評語進行自認為合適的選擇，每個評語都對應一個標準隸屬度[1]。

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

標準隸屬度：U=(1，0.8，0.6，0.4，0)

指標隸屬度計算：根據多個專家對每個定性指標所給出的評語，將評語一一對應到標準隸屬度，再將每一項指標的標準隸屬度取平均值作為該定性指標的隸屬度。

根據6位專家對定性指標進行評價得到量化值，對其所有指標進行量化。各方案指標值見表2。

表2 各方案指標值

(2)指標的規范化與同趨勢化。高效節水灌溉技術選擇指標有的是正指標，數值越大越有益；有的是負指標，數值越小越有利；還有的指標有量綱，必須消去。所以，在運用層次分析法進行優選之前，須要將上述指標進行處理[2-3]。主要使用以下兩種方法：

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

(1)

式中：Eii是經過規范化的指標值；Emax是同類指標的最大值；Ei是原指標值。

②指標的同趨勢化。從本項目出發，該方法就是要將負向指標轉化為正向指標。計算如式(2)所示：

Eii=Emax+Emin-Ei

(2)

式中：Emin是同類指標的最小值。

使用式(1)、式(2)對各指標進行處理，處理后的指標見表3。

表3 各方案指標規范化和同趨勢化處理表

(3)構造判斷矩陣。選取5到10位高效節水灌溉方面的專家，每位專家各自構造每一層的判斷矩陣。根據一般人的認知習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比例標度表”，利用該表取aij的值。

表4 比例標度表

(4)計算權重與一致性檢驗。根據判斷矩陣計算元素的權重，進行一致性檢驗。

計算方法有幾何平均法與規范列平均法兩種，本文采用幾何平均法計算權向量，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權重；n為元素個數。

做一致性檢驗需要一致性指標CI、隨機一致性指標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 平均隨機一致性指標RI值表

一致性指標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CR<0.10時，認為判斷矩陣具有滿意一致性，若大于或等于0.10就須要調整判斷矩陣并重新計算。

根據專家打分法構造權重判斷矩陣，按照式(3)計算其總排序和單排序指標權重。各層指標權重和判斷矩陣一致性檢驗見表6～表10。

表6 目標層權重評分表

表7 政策指標權重評分表

表8 技術指標權重評分表

表9 經濟指標權重評分表

表10 社會環境指標權重評分表

(5)層次總排序。計算各層目標元素對于系統目標的總排序權重，并進行排序。排序最高者即權重最大者即為應選方案，計算結果見表11。

表11 目標層及準則層綜合評價值表

根據計算結果可知，各種高效節水灌溉技術從優到劣的排序為：中心支軸式噴灌技術、絞盤式噴灌技術、管道移動式噴灌技術、滴灌技術。

4 結 語

本文應用層次分析法對雙城區高效節水灌溉工程技術模式進行適宜性評價，選取政策、技術、經濟和社會環境四大類為影響因素，建立了一個由9個定性指標和6個定量指標組成的高效節水灌溉工程技術模式適宜性評價指標體系，并對各評價指標進行詳細說明。雙城區高效節水灌溉工程優先發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，可為雙城區高效節水灌溉工程的有效發展提供技術支撐。