區(qū)域高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)研究與實(shí)踐

苗慧英，李月霞，徐國(guó)防，王罕博，陳文彬，劉長(zhǎng)燕

（河北省水利科學(xué)研究院，石家莊050051）

隨著高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用，區(qū)域節(jié)水灌溉規(guī)模、 技術(shù)水平和綜合節(jié)水技術(shù)都在提高。河北省高效節(jié)水灌溉事業(yè)也取得了顯著效果，毋庸置疑， 高效節(jié)水灌溉在大幅度提高了水的利用效率的同時(shí)，引發(fā)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革，改變了傳統(tǒng)的農(nóng)田水利建設(shè)方式，提高了土地利用率，也改變了傳統(tǒng)的勞作方式，大幅度降低了作業(yè)成本，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 然而，隨著工作的不斷開展與深入，高效節(jié)水灌溉對(duì)區(qū)域水環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響及影響程度的評(píng)價(jià)問(wèn)題也日益得到人們的關(guān)注。

1 高效節(jié)水灌溉主要影響因素

水資源作為自然資源，本身具備其自然屬性，又由于它已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要資產(chǎn)及在人民生活中的重要地位， 它同時(shí)又具備了其經(jīng)濟(jì)屬性和社會(huì)屬性。 相應(yīng)的，對(duì)人們從事的高效節(jié)水灌溉，其主要影響因素也不外乎自然（資源環(huán)境）、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)這三大因素。

1.1 社會(huì)因素

社會(huì)政策因素反映了某一時(shí)期公眾和國(guó)家對(duì)高效節(jié)水灌溉的重視程度和支持力度， 同時(shí)也反映了某一區(qū)域民眾的社會(huì)承受力。政府重視程度高，當(dāng)?shù)匕傩諈⑴c熱情高，高效節(jié)水灌溉就會(huì)獲得大發(fā)展。近年來(lái)，特別是2011年中央一號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》以來(lái)，由于各級(jí)政府高度重視，把節(jié)水灌溉“作為一項(xiàng)革命性措施”來(lái)抓，中央和地方一系列政策措施出臺(tái)和不斷加大投入，我國(guó)節(jié)水灌溉、 特別是高效節(jié)水灌溉發(fā)展進(jìn)入前所未有的快車道。民眾獲得實(shí)實(shí)在在的利益，參與興建工程的積極性高，節(jié)水灌溉得到了迅猛發(fā)展；相反如果政府不重視，百姓得不到收益，積極性不高，節(jié)水灌溉的發(fā)展就會(huì)受到影響。

1.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素

發(fā)展高效節(jié)水灌溉的主要目的是提高水資源的利用率和利用效益， 技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素是影響各種效益發(fā)揮的主要因素， 也能充分反映一個(gè)地區(qū)或業(yè)主建設(shè)高效節(jié)水灌溉的承受能力， 因此在建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程時(shí)，就必須考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的影響。

1.3 資源環(huán)境因素

資源因素是影響高效節(jié)水灌溉發(fā)展的又一主要因素，如果某一區(qū)域水資源缺乏，水土資源不平衡，當(dāng)?shù)氐墓?jié)水熱情就高； 反之如果某一區(qū)域水資源相對(duì)豐富，就會(huì)心存“近水樓臺(tái)先得月”之感，缺乏工作熱情；環(huán)境日益受到國(guó)家、社會(huì)的重視，環(huán)境是否改善也就成為影響高效節(jié)水灌溉發(fā)展的主要因素。

2 高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［1］

高效節(jié)水灌溉的三大影響因素決定了高效節(jié)水灌溉效應(yīng)的表現(xiàn)形式也主要體現(xiàn)在這三個(gè)方面：社會(huì)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。 因此，對(duì)高效節(jié)水灌溉效應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，指標(biāo)體系的建立應(yīng)從各個(gè)側(cè)面全面完整地反映出評(píng)價(jià)對(duì)象的各個(gè)主要影響因素。

為此， 本研究首先選擇具有代表性的在建和已建高效節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目， 深入調(diào)查了解工程從方案確定到規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理各階段的經(jīng)驗(yàn)做法和存在問(wèn)題， 從中分析高效節(jié)水灌溉工程實(shí)施和正常運(yùn)行的各種主客觀影響因素；其次，廣泛征求咨詢從事高效節(jié)水灌溉的專家、行政領(lǐng)導(dǎo)、一線生產(chǎn)人員和灌區(qū)管理人員及農(nóng)民的意見和建議， 并借鑒已有研究成果，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)修改補(bǔ)充與完善，初步建立高效節(jié)水灌溉效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［4］。為避免初選指標(biāo)間可能存在的相互包含、 交叉、重疊，或關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)等情況，采用Delphi法對(duì)初選的指標(biāo)體系進(jìn)行了進(jìn)一步檢驗(yàn)與修正，以獲得覆蓋全面、代表性強(qiáng)、相互獨(dú)立、實(shí)用簡(jiǎn)約的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 高效節(jié)水灌溉效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建［3］

3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)模型［3］

建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型的具體步驟和方法如下：

式中 V為反映高效節(jié)水灌溉效應(yīng)高低的評(píng)語(yǔ)集；U為綜合評(píng)判結(jié)果，m=5，ui（i＝1，2…，m）為被評(píng)價(jià)的高效節(jié)水灌溉各屬性特征綜合反映的高效節(jié)水灌溉效應(yīng)對(duì)評(píng)語(yǔ)集中評(píng)語(yǔ)的隸屬程度值； A為由各評(píng)價(jià)指標(biāo)所占權(quán)重組成的權(quán)重集，A＝［a1，a2， …，an］；R為由各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于各評(píng)語(yǔ)的隸屬度組成的隸屬度集，即模糊評(píng)判矩陣：

a1，a2，a3為各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；r11，r12， …，rmn為各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于各評(píng)語(yǔ)的隸屬度；m為評(píng)語(yǔ)等級(jí)數(shù)；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

模型中， 各指標(biāo)權(quán)重和隸屬度的確定是模糊綜合評(píng)判的關(guān)鍵。 權(quán)重的確定可采用特爾菲法與層次分析相結(jié)合的方法［3］，而隸屬度則視指標(biāo)的定性與定量化，采取不同的方法分別計(jì)算、確定［3］。 將所確定的權(quán)重集和隸屬度矩陣代入式（1），即得高效節(jié)水灌溉效應(yīng)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定［3］［5］

模型中， 各指標(biāo)權(quán)重采用特爾菲法與層次分析相結(jié)合的方法確定，即聘請(qǐng)一批專家打分，然后將專家的意見統(tǒng)計(jì)集中，作為確定權(quán)重的依據(jù)。其方法步驟如下：

（1）構(gòu)造各個(gè)層次的判斷矩陣。

（2）發(fā)放征詢意見表，為各層元素賦值定量。

（3）將專家意見統(tǒng)計(jì)集中，采用四分位法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將分析結(jié)果反饋給各位專家，同時(shí)進(jìn)行下一輪的專家打分；如此反復(fù)，直到判斷矩陣的標(biāo)度值收斂為止。

（4）確定各層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重及多層并合的總權(quán)重。

根據(jù)各層判斷矩陣， 采用方根法計(jì)算各層指標(biāo)相對(duì)于上一層指標(biāo)的權(quán)重， 然后各層相關(guān)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重的乘積即為多層并合的各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)的總權(quán)重，即

A =［0.0576，0.0582，0.0399，0.0264，0.0126，0.0638，0.0496，0.0357，0.0513，0.0484，0.0756，0.0521，0.0890，0.0338，0.0829，0.0810，0.0584，0.0236，0.0244，0.0359］

3.3 模糊評(píng)判矩陣R的確定

3.3.1 各單因素隸屬度的確定

定量指標(biāo)隸屬度的確定：采用升、降半梯形函數(shù)的方法確定。

定性指標(biāo)隸屬度的確定： 運(yùn)用模糊統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行確定。

3.3.2 總評(píng)判矩陣

將各定量指標(biāo)的隸屬度與定性指標(biāo)的隸屬度值匯總，形成總評(píng)價(jià)矩陣R，即

3.4 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將權(quán)重集A與以上隸屬度集R點(diǎn)積，即得高效節(jié)水灌溉效應(yīng)模糊綜合評(píng)判結(jié)果：

式中 u1，u2，u3，u4，u5即為高效節(jié)水灌溉效應(yīng)相對(duì)于評(píng)語(yǔ)集V=［差、較差、中等、較好、好］中各級(jí)別的隸屬程度。

4 模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)例驗(yàn)證

4.1 典型區(qū)域選取

本次選取河北省永清縣進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

永清縣是資源型缺水的地區(qū)， 水資源總量多年平均為8969萬(wàn)m3，人均水源量233m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的人均占有量500m3的“極度缺水標(biāo)準(zhǔn)”。 同時(shí)，農(nóng)業(yè)是永清縣的用水大戶， 農(nóng)業(yè)灌溉用水量占到了全縣總用水量的70%以上，而且全部是利用地下水，加劇了對(duì)水資源的過(guò)度開發(fā)利用， 局部地下水集中開采，地下水位下降，生態(tài)環(huán)境的壓力也越來(lái)越大。

為緩解水源供需矛盾，永清縣以農(nóng)業(yè)科技為支撐，發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)。 依托優(yōu)越的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，國(guó)家政策的支撐，較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，以及農(nóng)民強(qiáng)烈的意愿， 永清縣近年來(lái)高效節(jié)水灌溉得以大力發(fā)展，特別是設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速蓬勃發(fā)展，成為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的主要途徑，為高效節(jié)水灌溉提供了平臺(tái)。 目前，全縣10萬(wàn)余畝設(shè)施蔬菜均采用了高效節(jié)水灌溉技術(shù)，并且，在設(shè)施農(nóng)業(yè)、規(guī)模化種植業(yè)中，形成了以微灌、噴灌為主、管灌為輔的高效節(jié)水灌溉格局；在大田作物中，形成了以低壓管道節(jié)水為主，噴灌、微灌為輔的高效節(jié)水灌溉格局。 基于此，本次選取永清縣作為典型區(qū)域，對(duì)該縣實(shí)施高效節(jié)水灌溉的效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其代表性、影響力和示范帶動(dòng)效應(yīng)均是較強(qiáng)的。

4.2 永清縣高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)

4.2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

采用4.2節(jié)中權(quán)重的確定方法與所確定的各指標(biāo)權(quán)重值，即權(quán)重集A：

A =［0.0576，0.0582，0.0399，0.0264，0.012 6，0.0638，0.0496，0.0357，0.0513，0.0484，0.0756，0.0521，0.0890，0.0338，0.0829，0.0810，0.0584，0.0236，0.0244，0.0359］

4.2.2 評(píng)判矩陣R的確定

定性指標(biāo)的隸屬度：采用模糊統(tǒng)計(jì)的方法，聘請(qǐng)高效節(jié)水灌溉領(lǐng)域的專家， 分別對(duì)國(guó)家對(duì)高效節(jié)水灌溉的重視程度、對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的認(rèn)可度、對(duì)促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響程度、對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響、環(huán)境意識(shí)、節(jié)水意識(shí)、對(duì)地下水質(zhì)、水量的影響、改善農(nóng)田小氣候、 高效節(jié)水灌溉工程運(yùn)行管理的難易程度、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)用水信息管理體系建設(shè)情況、農(nóng)村基層水利服務(wù)組織建設(shè)情況等12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分。 打分時(shí)并不要求給出具體分值，而是在5個(gè)評(píng)語(yǔ)級(jí)別“不重要、不太重要、一般、比較重要、非常重要”中選擇最合適的某一級(jí)別，使結(jié)果更加客觀公正。將各位專家對(duì)各指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)表分別進(jìn)行匯總， 取其均值作為所求的隸屬度。

定量指標(biāo)的隸屬度： 高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)中的定量指標(biāo)， 采用模糊隸屬函數(shù)確定隸屬度。 按照4.3節(jié)中的方法，統(tǒng)計(jì)分析與各指標(biāo)隸屬度計(jì)算有關(guān)的永清縣2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)等，計(jì)算得出各指標(biāo)的隸屬度值。

將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)的隸屬度匯總， 得到總隸屬度集，即總評(píng)判矩陣R，包括管灌的總評(píng)判矩陣R管、噴灌的總評(píng)判矩陣R噴、微灌的總評(píng)判矩陣R微：

4.2.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將權(quán)重集與以上評(píng)判矩陣R管、R噴、R微集點(diǎn)積，并歸一化處理后， 即得高效節(jié)水灌溉效應(yīng)模糊綜合評(píng)判結(jié)果，如表5。

表5 模糊綜合評(píng)判結(jié)果

表5各項(xiàng)取值依次為管灌、噴灌、微灌的灌溉效應(yīng)相對(duì)于評(píng)語(yǔ)集V=［差、較差、中等、較好、好］中各級(jí)別的隸屬程度。 可看出，微灌的灌溉效應(yīng)相對(duì)于“好”級(jí)別的隸屬度最大，說(shuō)明微灌的灌溉效應(yīng)在永清縣是最高的；管灌、噴灌的灌溉效應(yīng)相對(duì)于“較好”級(jí)別的隸屬度最大，說(shuō)明這兩種灌溉方式的灌溉效應(yīng)相對(duì)較高。

這一評(píng)價(jià)結(jié)果與永清縣高效節(jié)水灌溉的實(shí)際運(yùn)行效果是一致的：

永清縣位于京津冀三角地帶， 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，該縣是綠色蔬菜生產(chǎn)基地，而微灌多用于棚室及設(shè)施蔬菜種植與生產(chǎn)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益均較高， 工程管理上實(shí)現(xiàn)了信息化管理，管理制度、基層服務(wù)組織也較健全，因而其評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到了最高等級(jí)“好”。

管灌和噴灌在永清縣多用于大田作物， 從評(píng)價(jià)結(jié)果看，兩種工程均發(fā)揮著“較好”的效應(yīng)，但管灌的效應(yīng)略優(yōu)于噴灌，這一點(diǎn)從評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)管灌為“較好”等級(jí)0.4211，而噴灌為該等級(jí)的0.3778可看出。究其原因，是因?yàn)楣芄嘣诠?jié)水、省時(shí)、省工的同時(shí)，輸水快、便于管理，更為百姓所接受和樂(lè)于使用；而噴灌由于受自然條件的影響較大，運(yùn)行管理不便等原因，導(dǎo)致工程利用率較低，部分工程甚至廢棄不用。

綜合以上評(píng)價(jià)結(jié)果及實(shí)際情況的調(diào)查分析，可知評(píng)價(jià)結(jié)果與項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況相符， 評(píng)價(jià)結(jié)果是符合項(xiàng)目縣實(shí)際情況的，評(píng)價(jià)結(jié)果可信度強(qiáng)，對(duì)今后高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有極大的指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

高效節(jié)水灌溉代表了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。 隨著高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用實(shí)踐，高效節(jié)水灌溉實(shí)施效應(yīng)的評(píng)價(jià)問(wèn)題被提出來(lái)。 為區(qū)域農(nóng)業(yè)高效用水和節(jié)水管理提供技術(shù)支撐， 需要對(duì)高效節(jié)水灌溉的節(jié)水效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、 測(cè)算和評(píng)價(jià)。 因此， 構(gòu)建基于田間節(jié)水技術(shù)的高效節(jié)水灌溉效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是非常必要的。