賀蘭生態灌區健康指標篩選及評價

徐新華,董 潔*,彭致功,張 倩,王瑤瑤,張 鳳

1.山東農業大學水利與土木工程學院,山東 泰安271018

2.中國水利水電科學研究院,北京100038

灌區是現代農業發展的重要基地，是區域經濟發展的重要支撐。建立系統、全面的評價指標體系，選擇合適的灌區評價方法指導現代化生態灌區建設具有重要的指導意義。在灌區評價方面國內外學者做了大量研究，如程雪[1]基于灰色關聯度和AHP 綜合評價了王石灌區的綜合效益狀況；張慧[2]利用模糊綜合評價法對新疆某地3 個灌區進行用水效率分析；卞海文[3]以對山東省12 個灌區為研究對象，利用主成分分析法來對灌區的運行狀況進行綜合評判；黃曉惠[4]結合模糊數學與層次分析法對涇惠渠灌區現狀年的生態環境質量進行評價，并對灌區發展提出了合理的改良措施。

賀蘭生態灌區地處于西北干旱半干旱地區，農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，水資源緊缺，灌區出現了土壤結構被破壞、耕地生產力下降，生態環境和可持續發展遭到嚴重損害。為了建設現代化生態灌區，實現灌區的可持續發展，本文結合現代化生態灌區健康評價需求，篩選了灌區健康評價指標，構建現代化生態灌區健康評價模型。在此基礎上，對灌區2007～2016 年的評價指標進行了健康評價。

1 賀蘭生態灌區健康評價指標篩選

1.1 初步構建評價指標體系

根據現有資料及灌區實際情況初步確定了3 個一級指標，7 個二級指標，36 個三級指標。通過指標的相關性分析，見表1，可以看出部分指標之間呈顯著相關。所以，為了剔除存在信息重疊的那些指標，進行了指標的兩輪篩選。

表1 指標的相關性分析Table 1 Correlation analysis of indicators

1.2 指標篩選

第一次指標篩選首先將初選指標值標準化，計算每一個指標在不同研究對象下的均值、標準差、變異系數和累積貢獻率。依據變異系數的大小對指標進行排序，結果見表2。

表2 第1 輪評價指標篩選Table 2 Screening of evaluation indicators in the first round

根據指標篩選準則，要求指標累積貢獻率大于85%，指標貢獻率是指單項指標對總體評價目標的貢獻程度。指標的貢獻率越高其反映的信息量越多。因此保留前29 個指標，完成第一輪篩選。

根據第一輪篩選結果，計算了剩余29 個指標的敏感程度，獨立性，綜合值及貢獻率四個篩選指標進行了分析，見表3。

由表3 可以看出地表水水質、有效灌溉面積比例等前16 個指標的累計貢獻率大于85%，滿足要求。最后綜合考慮，選擇前25 個指標作為評價灌區的綜合指標，指標篩選完成。

篩選后的健康評價指標體系，包括灌區生態環境、灌區現代化水平和灌區效益與可持續性3 個一級指標，大氣環境、水環境、土壤環境、工程保障、經濟效益、可持續發展6 個二級指標以及25 個三級指標，分別如下：

（1）大氣環境狀況：干旱指數、年平均降雨量、空氣質量日報優良率。

（2）水環境狀況：地表水水質、地下水水質、灌溉水質級別、地下水埋深、水域面積率、地表水氨氮濃度。

（3）土壤環境狀況：土壤有機質含量、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、農業機械總動力、農田灌溉水有效利用系數。

（5）經濟效益：農業單方水產值、人均耕地面積、人均糧食作物產量、農業灌溉畝均用水量。

（6）可持續發展：地下水資源開采率、地膜使用量、人口密度。

表3 第2 輪評價指標篩選值Table 3 Comprehensive screening values of evaluation indicators in secend round

2 寧夏生態灌區健康評價模型構建

本文分別運用主成分分析法、熵權法、Topsis 法、綜合指數法以及模糊評價法，根據篩選后的評價指標體系對賀蘭灌區2007 年～2016 年的健康運行狀況進行綜合評價，并結合以上五種方法評價結果構建了寧夏生態灌區評價的組合法。

2.1 五種評價方法的對比分析

針對賀蘭生態灌區2007～2016 年的健康運行狀況，采取主成分分析法、熵權法、Topsis 法、綜合指數法和模糊評價法進行評價，具體結果見下表4 和圖1。

表4 評價結果對比Table 4 Comparison of evaluation results

圖1 5 種方法趨勢對比Fig.1 Comparison of trends from five methods

根據表4 得知，五種方法評價結果雖然對應評價等級不完全一樣，但是從圖1 可以看出，灌區健康水平整體變化趨勢基本一致，都顯示了生態灌區正在逐年向好的態勢。

2.2 組合評價法

將主成分分析法、熵權法、Topsis 法、綜合指數法以及模糊評價法五種方法的評價值進行標準化處理，并計算加權平均值即為每年的組合評價值，見表5。

表5 標準化后的評價值以及組合評價值Table 5 Evaluation value and combination evaluation value after standardization

圖2 組合評價值Fig.2 Combination evaluation values

2.3 組合評價值的非參數檢驗

根據組合評價值，利用正態分布檢驗概率（Pk-s）對組合評價值的統計分布進行了非參數檢驗，檢驗結果表明組合評價值服從正態分布，見表6。

表6 正態分布檢驗Table 6 Test of normal distribution

由表6 分析得知，sig.=0.684＞0.05，檢驗表明綜合評價值服從正態分布。根據正態分布N(0,0.956)，計算獲得P=20%、P=40%、P=60%、P=80%所對應的綜合值分別為-0.952、-0.607、0.349、1.09，對應著灌區分級標準的閾值，見表7。

表7 分級標準Table 7 Classification criteria

根據組合評價值以及表6 得出賀蘭灌區在2007～2016 年的最終評價級別，見表7。

表8 組合評價的評價結果Table 8 Evaluation results of portfolio evaluation

結果表明賀蘭灌區在2007 年～2016 年間的健康狀況逐年優化，這與前面的幾種評價方法一致。

3 結論

（1）本文以賀蘭生態灌區為例，通過對初選指標的兩輪篩選，建立了賀蘭縣生態灌區評價指標體系。包括灌區生態環境、灌區現代化水平和灌區效益與可持續性3 個一級指標，大氣環境、水環境、土壤環境、工程保障、經濟效益、可持續發展6 個二級指標和25 個三級指標；

（2）用主成分分析法、熵權法、Topsis 法、綜合指數法和模糊評價五種法對賀蘭生態灌區2007～2016 年的健康運行狀況進行了綜合評價，結合以上五種方法評價結果歸納出組合法。結果表明賀蘭灌區在2007 年～2016 年間的健康狀況是逐年優化的，體現了灌區整體向好的發展態勢；

（3）根據生態灌區健康評價結果和灌區的健康狀況分析，提出灌區運行面臨的具體問題并對灌區未來的發展與規劃提供一些指導和建議，推動灌區全面發展。