安徽優(yōu)化灌溉模式的區(qū)域選擇

許 一 許承娟

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院 安徽省水利水資源重點實驗室 蚌埠 233000 2.合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站 合肥 230009）

安徽省地形地貌、水文氣象等自然條件較為復(fù)雜，各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和水利工程建設(shè)呈現(xiàn)較大的不平衡。這些條件相互聯(lián)系，相互影響，形成了各地不同的發(fā)展節(jié)水灌溉的社會自然條件。因此，必須針對不同的地區(qū)選擇合理的節(jié)水灌溉模式，模式的區(qū)域選擇就成為發(fā)展節(jié)水灌溉中的一個重要問題。

節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇是一個多目標(biāo)綜合評價問題，包括經(jīng)濟、自然資源、社會效益等目標(biāo)，所確定的節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)與當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展水平、生產(chǎn)經(jīng)營、管理體制相適應(yīng)。正確的節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇能較客觀地反映不同地區(qū)的實際情況，指導(dǎo)節(jié)水灌溉發(fā)展方向，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 節(jié)水灌溉模式的區(qū)域選擇

1.1 安徽省節(jié)水灌溉模式

根據(jù)地形地貌特點、水資源條件、灌溉設(shè)施狀況、經(jīng)濟發(fā)展水平和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等情況，安徽省節(jié)水灌溉可分為大致以下五種模式。

1.1.1 大溝蓄水+渠道防滲+大溝調(diào)控技術(shù)+管理節(jié)水

此種模式適用于淮北地區(qū)，本區(qū)地勢平坦，沒有大的蓄水載體，利用天然存在的大溝攔蓄地表徑流，可大大提高降雨利用率。

1.1.2 低壓管道輸水+微噴灌+大溝控制蓄水+管理節(jié)水

主要適用于缺水，經(jīng)濟比較發(fā)達的淮北平原北部地區(qū)。該區(qū)50%的土壤是砂姜黑土，質(zhì)地粘重，結(jié)構(gòu)不良，保水和排水能力較差，土地平整難度大，采用大水漫灌，往往會遇雨帶來澇漬。因此，適于選用低壓管道灌溉、微噴灌等節(jié)水措施。

1.1.3 渠道防滲與溝畦結(jié)合灌溉+水稻節(jié)水灌溉技術(shù)+管理節(jié)水

主要適用于地表水豐富、地下水利用不充分、節(jié)水潛力較大、輕度缺水、渠灌面積比較大、經(jīng)濟中等的江淮丘陵地區(qū)。對于淮北平原的南部地區(qū)和皖南山區(qū)，水稻播種面積很大，雙季稻比重較大，亦適宜推廣該灌溉模式。

1.1.4 渠道防滲+自壓噴灌+綜合農(nóng)藝節(jié)水+管理節(jié)水

適用于水資源量豐富，但時空分布不均，調(diào)蓄能力差的皖西和皖南山區(qū)。該區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉蓄水工程以大中型水庫為主干，小型庫塘作為基礎(chǔ)，攔蓄地表徑流，引取的山溪河水自流灌溉可利用自然水頭發(fā)展自壓噴灌。

1.1.5 設(shè)施大棚蔬菜微灌+輸配水自動量測智能控制技術(shù)+高產(chǎn)栽培技術(shù)

主要適用于缺水，經(jīng)濟比較發(fā)達的城市郊區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

以上五種模式包含了復(fù)雜的模式內(nèi)容，本文從對節(jié)水灌溉工程模式評價入手，建立相應(yīng)的指標(biāo)體系，運用模糊決策理論和層次分析法，建立節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇數(shù)學(xué)模型，提出各個區(qū)域適合的節(jié)水灌溉工程模式、農(nóng)藝節(jié)水和管理節(jié)水措施，以組成適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的節(jié)水灌溉模式。

1.2 節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇模型

1.2.1 指標(biāo)體系的建立

建立指標(biāo)體系是評價工作的基礎(chǔ)。指標(biāo)體系科學(xué)與否，直接關(guān)系到評價結(jié)果的正確性。指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循系統(tǒng)性原則、可比性原則和簡潔性原則。建立評價指標(biāo)體系的具體方法是，選擇具有代表性工程，從中分析工程實施和正常運行的各種因素，廣泛征求專家的意見，并借鑒已有研究成果，設(shè)計出節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇指標(biāo)體系。評價指標(biāo)體系從經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、社會三方面考慮，將整個系統(tǒng)分為兩層（見表1）。

表1 節(jié)水灌溉區(qū)域選擇分層指標(biāo)表

1.2.2 節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇模型

本文在安徽省節(jié)水灌溉分區(qū)基礎(chǔ)上進行節(jié)水灌溉模式區(qū)域優(yōu)選，以尋求適應(yīng)各分區(qū)的節(jié)水灌溉模式。根據(jù)具體區(qū)域的經(jīng)濟、自然和水資源等條件，提出n個待選方案和m 個評價因素，用特征向量矩陣表示：

方案j 的第i 個特征向量xij的隸屬度記為rij

由式（1）和式（3），可得隸屬度矩陣

對于定性指標(biāo)相對隸屬度的計算，可以邀請若干專家和管理人員對方案集進行討論，經(jīng)過比較分析，設(shè)定標(biāo)度矩陣。從矩陣各行和數(shù)的大小，構(gòu)造有序二元比較矩陣，得到各定性指標(biāo)的相對隸屬度。

應(yīng)用二級模糊優(yōu)選模型，得到方案j 關(guān)于第L層指標(biāo)k 的相對優(yōu)屬度。計算公式為：

按以下步驟進行方案優(yōu)選：

（1）自第一層開始，首先確定指標(biāo)的合理權(quán)重，然后由式（5）計算方案對于第二層所有指標(biāo)k 的相對優(yōu)屬度，組成優(yōu)屬度向量；

（2）以作為第二層方案集的特征值，重復(fù)以上計算過程，計算出各方案的綜合評價結(jié)果，按照最大隸屬度原則，對各方案進行排序和優(yōu)選。

由于節(jié)水灌溉系統(tǒng)涉及到的因素多，故本文根據(jù)各因素的重要性聯(lián)合運用層次分析法與專家調(diào)查法確定權(quán)重。該方法可以使決策者根據(jù)專家的經(jīng)驗與灌區(qū)具體情況合理確定權(quán)重。

由上述方程求出目標(biāo)對重要性的相對隸屬度ωi：

在進行優(yōu)選過程中，首先按式（6）計算出指標(biāo)i 的初始權(quán)向量，然后根據(jù)灌區(qū)實際情況及決策者的經(jīng)驗等對初始權(quán)重進行判斷。若該初始解基本符合決策者的判斷，則將該初始解作為指標(biāo)權(quán)向量，代入式（5）進行方案的相對優(yōu)屬度計算。否則，需要根據(jù)指標(biāo)間的相對重要性和決策者的經(jīng)驗對初始解進行調(diào)整。調(diào)整步驟為：

（1）將指標(biāo)權(quán)向量的初始解w'（i）做歸一化處理得w'（i）；

（2）決策者判斷是否接受w'（i），若不接受，則根據(jù)語氣算子與相對隸屬度之間的關(guān)系表在w'（i）基礎(chǔ)上，對初始權(quán)向量進行調(diào)整，并做歸一化處理。

2 算例

現(xiàn)以固鎮(zhèn)縣任橋鎮(zhèn)節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇為例說明節(jié)水灌溉模式選擇模型，計算面積以公頃為單位。從噴灌、管道輸水灌和微灌等7 種模式中進行模式優(yōu)選。由于資料限制，評價體系從經(jīng)濟、資源、社會三個方面考慮，分為兩層，各層的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)（見表2）。

表2 定量評價指標(biāo)特征值表

（1）根據(jù)特征向量矩陣，由公式（3）正規(guī)化之后再對評判矩陣進行歸一化，分別得7 種節(jié)水模式對經(jīng)濟、資源和社會效益3 個子指標(biāo)的相對隸屬度矩陣：

（2）計算權(quán)重。以經(jīng)濟子指標(biāo)為例說明權(quán)重確定方法。由式（6）得到指標(biāo)權(quán)重矩陣：

當(dāng)p=2 時，由式（6）得指標(biāo)的非歸一化權(quán)向量w（i）=（0.0551 0.0341 0.0278 0.0328）。

歸一化后得到指標(biāo)的初始權(quán)向量w'（i）=（0.31 0.19 0.15 0.18）。

由決策者進行判斷，是否符合決策者的看法，若不滿足，根據(jù)實際情況進行調(diào)整，得到一組符合決策者觀點的權(quán)重，歸一化權(quán)重為：

w'1（i）=（0.34 0.07 0.25 0.06）

對于資源和社會子指標(biāo)，同樣可求得各指標(biāo)權(quán)重為：

w'2（i）=（0.13 0.25 0.14 0.06）

w'3（i）=（0.60 0.22）

（3）由式 （5）對大類指標(biāo)層進行相對優(yōu)屬度計算，得7 種節(jié)水模式關(guān)于綜合評價的相對隸屬度矩陣：

重復(fù)第一層的計算步驟，得到子類指標(biāo)的相對隸屬度向量：

v1=（0.50 0.30 0.20）

當(dāng)式（5）中距離參數(shù)p=1 時，得到：

U2=（0.1446 0.1366 0.1203 0.1975 0.1359 0.1209 0.1418）。

根據(jù)最大隸屬度原則進行優(yōu)選，得到本區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)模式優(yōu)越性的排序依次為：移動式噴灌、滴灌、半固定式、固定式噴灌、管道式輸水灌、微噴灌和卷盤式噴灌。

固鎮(zhèn)縣任橋鎮(zhèn)處于淮北平原中部，屬于地表水較為豐富、節(jié)水潛力較大、中度缺水的渠灌農(nóng)業(yè)區(qū)。根據(jù)以上計算結(jié)果，本區(qū)節(jié)水灌溉工程模式宜采用移動式噴灌，配合節(jié)水型地面灌水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，以及相應(yīng)的管理節(jié)水措施，組成了適宜本區(qū)的節(jié)水灌溉模式組合。

3 結(jié)論

本文提出了安徽省節(jié)水灌溉模式區(qū)域選擇模型，采用主、客觀相結(jié)合的方法確定各層各因素的指標(biāo)權(quán)重，克服了過去在權(quán)重確定上的主觀任意性及難以準(zhǔn)確確定的缺點，增強了模型的實用性。但是區(qū)域選擇模型中有許多主觀成分并不能徹底消除，這就需要對此模型進行進一步研究■