節(jié)水灌溉工程的適宜性研究

哈尼克孜·吐尼牙孜

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

節(jié)水灌溉工程是一項(xiàng)較為重要的工程，與傳統(tǒng)灌溉模式相比較，節(jié)水灌溉具有節(jié)約水資源、提高作物的水吸收效率及保護(hù)自然環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但節(jié)水灌溉與傳統(tǒng)灌溉模式不同，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐恼摺⒔?jīng)濟(jì)、自然環(huán)境、農(nóng)作物類(lèi)型及水資源利用狀況等情形，因而對(duì)節(jié)水灌溉工程進(jìn)行適宜性研究就是一項(xiàng)較為重要的工作。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量相關(guān)研究：高雷［1］通過(guò)構(gòu)建新疆節(jié)水灌溉模型，分析研究新疆節(jié)水灌溉工程的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況，提出了滴灌和管道輸水兩種節(jié)水措施較為適用于當(dāng)?shù)氐墓?jié)水工程；韓青［2］通過(guò)對(duì)水稻種植的研究，節(jié)水灌溉相較于傳統(tǒng)灌溉不僅能夠促進(jìn)水稻周?chē)目諝饬鲃?dòng)，還可以為水稻提供均勻且充足的水分；王海龍等［3］通過(guò)對(duì)比黑龍江節(jié)水灌溉和傳統(tǒng)灌溉下的農(nóng)作物，得出節(jié)水灌溉具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增產(chǎn)、節(jié)水等優(yōu)勢(shì)；劉紅梅等［4］構(gòu)建了12種節(jié)水灌溉工程評(píng)價(jià)模型，比較分析節(jié)水灌溉工程的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)水性能；徐蕾等［5］對(duì)節(jié)水灌溉工程的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行補(bǔ)充完善，提出了一個(gè)更為合理的節(jié)水灌溉工程評(píng)價(jià)體系；張兵［6］通過(guò)實(shí)地調(diào)研、問(wèn)卷采訪等方式調(diào)查了農(nóng)民對(duì)節(jié)水灌溉工程的評(píng)價(jià)并收集了大量對(duì)節(jié)水灌溉工程的建議；方鴻［7］構(gòu)建了節(jié)水灌溉模型，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面分別確定影響節(jié)水灌溉工程的權(quán)重，與實(shí)際工程比較較為吻合；汪希成等［8］構(gòu)建節(jié)水灌溉模型，對(duì)節(jié)水灌溉工程與傳統(tǒng)灌溉工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和適用性對(duì)比分析。

由以上研究可知，節(jié)水灌溉工程的應(yīng)用研究不能僅限于節(jié)水性能的研究，還需要結(jié)合政策、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)作物種類(lèi)、水資源調(diào)配等因素進(jìn)行分析。在以上研究的基礎(chǔ)上，本文以阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣實(shí)際節(jié)水灌溉工程為研究背景，構(gòu)建節(jié)水灌溉工程適宜性評(píng)價(jià)體系，對(duì)比分析在多種影響因素作用下不同灌溉技術(shù)的適宜性。

1 灌溉工程概況

本研究以阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣峽口南干灌區(qū)灌溉工程為背景，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛病⑺牡刭|(zhì)條件、農(nóng)田分布狀況、資源配套及政府的規(guī)劃建設(shè)，該區(qū)域采用的灌溉技術(shù)主要有噴灌技術(shù)、管道輸水灌溉及微灌技術(shù)。

1.1 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是該地較為普遍使用的技術(shù)，噴灌主要通過(guò)輸水管道將水輸送到農(nóng)田，再通過(guò)壓力作用將水噴出，噴灌技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有自動(dòng)化程度高、維護(hù)成本低、且使用過(guò)程中基本無(wú)需人為配合，但噴灌技術(shù)的缺點(diǎn)也比較明顯，在大風(fēng)天氣噴頭噴出的水會(huì)受到影響，導(dǎo)致噴射不均勻。

噴灌技術(shù)主要灌溉方式如表1。

表1 噴灌技術(shù)的灌溉方式

1.2 管道輸水灌溉

管道輸水灌溉技術(shù)主要是使用水流自身的流動(dòng)或?qū)艿兰訅旱囊环N輸水灌溉技術(shù)，這種灌溉技術(shù)可以有效減少水分的蒸發(fā)和流失，起到節(jié)水作用，但管道輸水只能將水輸送到農(nóng)田具體位置，無(wú)法對(duì)作物進(jìn)行直接澆灌，管道輸水灌溉過(guò)程中，由于水流攜帶雜質(zhì)容易引起水管堵塞，又由于管道直徑一般較小，不利于管道清淤。由于阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣地處新疆哈爾濱地處中國(guó)東北部，一年中有較長(zhǎng)時(shí)間處于嚴(yán)寒季節(jié)，因而管道輸水容易引起管道中水的凍結(jié)，以及導(dǎo)致管道凍裂。這些不利因素導(dǎo)致很多農(nóng)田區(qū)域放棄使用管道輸水灌溉技術(shù)。

1.3 微灌技術(shù)

微灌技術(shù)主要通過(guò)微管輸水，將水直接輸送到農(nóng)作物根部，不出現(xiàn)大面積水徑流，且水流蒸發(fā)少，因而微灌技術(shù)是所有灌溉技術(shù)中節(jié)水效果最好的。同時(shí)由于微灌技術(shù)主要是通過(guò)微管輸送水分，因而對(duì)于地形要求相較于噴灌和管道輸水的較低，同時(shí)通過(guò)微管也可以將農(nóng)田使用的其他農(nóng)藥、化肥、營(yíng)養(yǎng)劑等輸送到農(nóng)作物根部。微灌技術(shù)相較于噴灌技術(shù)和管道輸水技術(shù)而言，不用配備大型的水利設(shè)施及建造大型水利工程，只需將微管連接水源，并鋪設(shè)到農(nóng)作物根部。

但微灌技術(shù)的缺點(diǎn)也很明顯，微灌技術(shù)主要通過(guò)微管輸送水分，由于微管直徑普遍較小，因而對(duì)水的要求很高，水中不能有較大顆粒的雜質(zhì)，否則很容易造成管道堵塞。同時(shí)，水中也不能有較多的金屬離子，金屬離子不僅容易腐蝕管壁，還易形成不易溶于水的金屬鹽，附著在管壁上，進(jìn)而減小微管徑流的直徑。由于微灌技術(shù)直接滴在農(nóng)作物根部，容易造成農(nóng)作物一側(cè)吸收水分過(guò)多，促進(jìn)農(nóng)作物一側(cè)的生長(zhǎng)，而另一側(cè)由于吸收水分較少，導(dǎo)致延緩生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)傾斜，雖然微灌技術(shù)不用配備大型的水利設(shè)施及建造大型水利工程，但所需的滴管數(shù)量非常多，進(jìn)而很大程度上增加了造價(jià)成本。

滴灌技術(shù)主要灌溉方式如表2。

表2 滴灌技術(shù)的灌溉方式

2 節(jié)水灌溉工程適宜性評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化處理

對(duì)于該節(jié)水灌溉工程，可以采用兩種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)：定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)。定量評(píng)價(jià)較為簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)查原有的設(shè)計(jì)資料及測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際指標(biāo)進(jìn)行判斷。而定性評(píng)價(jià)較為復(fù)雜，使用的方法為定性指標(biāo)量化法，定性指標(biāo)量化法主要是專(zhuān)家評(píng)審每個(gè)指標(biāo)并對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)將評(píng)價(jià)與權(quán)值對(duì)應(yīng)，最后將權(quán)值的平均值作為定性指標(biāo)的量化值。

定性指標(biāo)評(píng)價(jià)：V={A （優(yōu)秀），B （良好），C （較好），D（較差），E（很差）}

權(quán)值：U={1，0.8，0.6，0.4，0}

根據(jù)專(zhuān)家對(duì)灌溉方案的評(píng)審，對(duì)以下灌溉方案得分如表3。

表3 不同灌溉評(píng)分

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)范化處理

由于原有評(píng)價(jià)指標(biāo)中，有的評(píng)價(jià)指標(biāo)越大對(duì)結(jié)果越有利，有的評(píng)價(jià)指標(biāo)越小對(duì)結(jié)果越有利，且有的指標(biāo)為有量綱數(shù)，需要對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化處理。對(duì)于灌溉技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，需要對(duì)量化后的指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一化處理。由于符合政府節(jié)水要求、符合農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、適合農(nóng)作物生長(zhǎng)、適合地勢(shì)地貌、灌溉均勻程度、灌溉覆蓋范圍、節(jié)水性能均為無(wú)量綱且小于等于1的常數(shù)，且指標(biāo)值越大對(duì)灌溉越有利，因而需要對(duì)年度運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化處理，處理使用的方法為去除量綱統(tǒng)一規(guī)范化處理。

去除量綱統(tǒng)一規(guī)范化處理主要可以消除數(shù)據(jù)中的量綱對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)的影響，使得各指標(biāo)的評(píng)價(jià)能統(tǒng)一評(píng)價(jià)，去除量綱統(tǒng)一規(guī)范化處理計(jì)算方法如下所示：

式中 Eii為規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)；Ei為原有指標(biāo)量化值；Emax為原有指標(biāo)量化值最大值；E′ii為統(tǒng)一化處理后的數(shù)據(jù)；Eiimax、Eiimin分別為規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)的最大值、最小值。

對(duì)年度運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用量化指標(biāo)值進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化后的數(shù)據(jù)如表3。

表3 年度運(yùn)行維護(hù)費(fèi)統(tǒng)一規(guī)范化指標(biāo)值

2.3 判斷矩陣構(gòu)造

本文判斷矩陣的構(gòu)造采用的是沙迪構(gòu)造的一般事物評(píng)判重要性等級(jí)表法，如表4。

表4 重要性等級(jí)

2.4 權(quán)重計(jì)算

采用以下方法計(jì)算權(quán)重向量。

RI數(shù)值如表5。

表5 RI數(shù)值參考

2.5 權(quán)重值排序

通過(guò)以上計(jì)算的計(jì)算結(jié)果得到量化后評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，對(duì)所有的評(píng)審指標(biāo)排序后的值如表6。

表6 排序后指標(biāo)值

由以上計(jì)算結(jié)果可得，對(duì)于不同的灌溉技術(shù)通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審、定性指標(biāo)量化、指標(biāo)統(tǒng)一規(guī)范化處理、構(gòu)造指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值的計(jì)算、對(duì)指標(biāo)依據(jù)權(quán)重值排序等過(guò)程。得到了4種灌溉技術(shù)的優(yōu)先使用順序從最優(yōu)排序依次為：旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)比分析旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)4種灌溉技術(shù)的八種定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)量化、統(tǒng)一規(guī)范化、權(quán)值比較分析得到以下結(jié)論：

（1）在政策及農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)方面，4種灌溉技術(shù)的建議順序依次為：滴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)。

（2）在與農(nóng)作物及地形地勢(shì)匹配度方面，4為種灌溉技術(shù)的建議順序依次為：旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)及滴灌技術(shù)。

（3）在灌溉覆蓋范圍及灌溉均勻程度方面，為種灌溉技術(shù)的建議順序依次為：平移式噴灌技術(shù)及滴灌技術(shù)、旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)。

（4）在年度運(yùn)維費(fèi)用及節(jié)水性能方面，4種灌溉技術(shù)的建議順序依次為：旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)及滴灌技術(shù)。

（5）綜合考慮所有的因素，進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)后，4種灌溉技術(shù)的建議順序依次為：旋轉(zhuǎn)式噴灌技術(shù)、平移式噴灌技術(shù)、絞盤(pán)式噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)。