人民勝利渠灌區水資源節約集約利用評價研究

張修宇，康惠澤，李穎博

（華北水利水電大學 水資源學院，河南 鄭州 450046）

水資源是人類賴以生存和發展的基礎資源，也是維系自然生態系統和支撐社會經濟系統發展不可替代的基礎性自然資源和戰略資源。隨著城市化和經濟的快速發展及人口數量的不斷上升，我國許多地區工農業生產、生活以及生態用水的需求量超出水資源承載能力，工業、生活等用水比例逐年增加，農業用水比例相對降低。加之灌區灌溉面積逐年增大，導致水資源緊缺，可供水量減少。而我國許多灌區仍采用傳統的漫灌方式，水資源浪費嚴重。因此，提高灌區水資源節約集約利用程度成為研究熱點。

2019 年9 月18 日，習近平總書記主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會［1］，提出將水資源作為最大的剛性約束，推進水資源節約集約利用，指明了未來黃河流域水資源保護利用的方向。劉同凱等［2］在分析黃河水資源管理形勢與主要癥結的基礎上，提出了黃河水資源節約集約利用與管理路徑：通過嚴格取用水的動態監管，強化需求側“約束倒逼”和供給側“優化提升”雙向發力，推動用水方式轉變，使經濟社會發展與水資源承載力相適應。杜青輝等［3］從宏觀發展戰略角度出發，結合黃河兩岸供水區地形地貌和水資源節約集約利用特點，提出推進農業節水增效、促進工業節水減排、強化生活節水降損等建議。從前人的研究來看，節水和增效是評價水資源節約集約利用的兩個主要方面，而水資源利用效率則是其中最為重要的評價指標。有關水資源利用效率的研究目前已有很多，如張琨等［4］采用投影尋蹤模型對13 個省（市）進行水資源利用效率評價，依據樣本自身的數據特性尋求最佳投影方向，使評價結果更具客觀性；Hu等［5］從多個視角對我國水資源利用效率進行研究，結果表明我國中部地區的水資源利用效率較低；陳勇杰等［6］利用DEA 模型對貴州省9 個州（市）水資源利用效率進行分析，結果表明貴陽市、遵義市和畢節市的水資源利用效率較高；張志強等［7］采用單指標量化－多指標綜合法和數列匹配方法，計算了河南省引黃受水區2010—2019 年水資源節約集約度；張修宇等［8］采用單一評價與組合評價相結合的循環修正評價法，對河南省引黃受水區14 個地級市進行水資源利用效率綜合評價和分指標單項評價。

綜合上述研究方法可知，有關水資源利用效率的評價側重于指標的確定與指標權重的計算，而對于水資源利用效率障礙因子的分析較少。本文結合水資源節約集約利用相關理論，建立人民勝利渠灌區水資源節約集約利用評價指標體系，采用AHP 與熵值法相結合［9－10］的方式確定各指標的權重，利用TOPSIS 法對人民勝利渠灌區水資源節約集約利用進行評價，并利用障礙度模型對評價指標體系中的障礙因子進行識別與分析，以期為人民勝利渠灌區水資源節約集約利用提供參考。

1 研究方法

1.1 TOPSIS 法

TOPSIS 法［11］是一種綜合評價方法，它根據有限個評價對象與理想解的接近程度進行排序，通過計算各指標到正、負理想解之間的距離和貼近度來評價指標的優劣。計算步驟如下。

1）構建加權規范化矩陣。公式為

式中：Cij為標準化后的指標數據，Qij為第i個評價對象第j個指標的權重，hij為加權規范化矩陣H中的元素。

2）確定正、負理想解。計算公式為

式中：H＋為正理想解矩陣，由每個指標的最大值組成，表示最優方案；H－為負理想解矩陣，由每個指標的最小值組成，表示最劣方案。

3）計算歐氏距離。分別計算不同年份評價指標到正、負理想解之間的距離：

式中：D＋為評價指標到正理想解的距離，D－為評價指標到負理想解的距離。

4）計算貼近度。貼近度為歷年的評價指標與正理想解的貼近程度，計算公式為

貼近度是介于0～1 之間的值，Ty＝1 時貼近度最大、水資源節約集約利用程度最高，Ty＝0 時貼近度最小、水資源節約集約利用程度最低。

1.2 組合權重計算

層次分析法（AHP）通過定性與定量相結合來確定指標權重，適用于難以定量描述的決策問題。采用1～9 標度法確定指標標度，構造判斷矩陣［12］。為保證評價結果客觀準確、不受主觀因素的影響，采用熵值法與層次分析法相結合的方式確定指標權重［13］。

組合權重ωj計算公式為

1.3 障礙度模型

引入因子貢獻度Qj、偏離度Pij、障礙度Zij3 個指標對障礙因子［14］進行分析與判別，其中：因子貢獻度為單因素對總目標的貢獻大小，用權重表示；指標偏離度為各個指標與目標水平（評價對象所期望達到的最優水平，一般取各個指標的最優值）之間的差距水平。計算公式為

式中：Qj為因子貢獻度，Cij為第i個評價對象的第j個指標值，Pij為第i個評價對象第j個指標的偏離度，Zij為第i個評價對象第j個指標的障礙度。

2 實例應用

2.1 研究區概況與數據來源

人民勝利渠灌區位于豫北平原，涉及新鄉、焦作、安陽3 個市12 個縣（區）57 個鄉（鎮），是我國北方典型的平原井渠結合灌區，規劃灌溉面積9.923 萬hm2。灌區工程主要由引水工程、渠系工程等構成，引水工程由2 條引水渠和渠首閘組成，渠系工程由總干、干、支、斗、農5 級渠系工程以及排水、機井、沉沙系統等組成，建筑物共有2 173 座。總干渠自南向北，從黃河引水供給人民勝利渠灌區，長52.7 km，是縮小版的“南水北調”，也是新中國最早的“南水北調”。除引水外，降水也是灌區水資源的一個重要來源，但灌區多年平均降水量不足600 mm，不能滿足農田需水量的要求，必須引用黃河水和利用地下水。近年來，黃河水資源實行以供定需，灌區引黃水量受到極大限制，且灌區存在排水溝淤積、河道水質污染嚴重等問題，在水資源短缺和水環境惡化的雙重壓力下，需要從多方面提高水資源節約集約利用水平。

本文以新鄉市新鄉縣、獲嘉縣、原陽縣、延津縣、封丘縣、衛輝市6 個縣（市）為研究對象，所用數據來源于《河南統計年鑒》《新鄉統計年鑒》《新鄉市水資源公報》和《河南省農村供水支持鄉村振興調研報告》［14］。

2.2 人民勝利渠灌區水資源節約集約利用評價

2.2.1 指標體系

為了使評價指標體系能夠較為全面地反映水資源節約集約利用程度，并對其進行準確評價，本文結合水資源節約集約利用的概念，按農業用水、生活用水、生態用水和工業用水4 個子系統（準則）構建評價指標體系。參考相關文獻并征求相關專家意見，構建人民勝利渠灌區水資源節約集約利用評價指標體系，見表1。

表1 人民勝利渠灌區水資源節約集約利用評價指標體系

2.2.2 水資源節約集約利用評價指標權重計算結果

層次分析法與熵值法相結合，確定灌區水資源節約集約利用評價指標權重。計算一致性比率CR＝0.026＜0.100，通過一致性檢驗［11］。組合權重計算結果見表2。

表2 研究區水資源節約集約利用評價指標組合權重 %

2.2.3 水資源節約集約利用貼近度評價結果

利用式（7），計算得到2011—2020 年研究區的水資源節約集約利用貼近度，見表3。

表3 人民勝利渠灌區6 個縣（市）水資源節約集約利用貼近度

參考前人研究［16］，將貼近度劃分為差［0.0～0.2）、較差［0.2～0.4）、中等［0.4～0.6）、較好［0.6～0.8）、好［0.8～1.0］5 個等級，以此來評價灌區水資源節約集約利用程度。由表3 可知2011—2020 年人民勝利渠灌區6 個縣（市）的水資源節約集約利用貼近度除封丘縣（為0.399，極其接近“中等”等級的下限0.4）為“較差”等級外，其他5 個縣（市）均為“中等”等級。

由人民勝利渠灌區6 個縣（市）水資源節約集約利用貼近度發展趨勢（見圖1）可以看出，2011—2020年人民勝利渠灌區6 個縣（市）的水資源節約集約利用貼近度呈波動上升趨勢，但尚未達到“較好”等級。原陽縣、延津縣、衛輝市和新鄉縣歷年水資源節約集約利用貼近度大多處于0.4 以上且波動相對較小，表明這4 個縣（市）水資源節約集約利用貼近度為“中等”等級。封丘縣水資源節約集約利用貼近度2011—2017 年逐年減小，2019 年達到研究期內所有縣（市）的最小值，原因是2019 年的生態用水量占比（C13）和河道治理達標率（C17）均為研究期內的最小值。獲嘉縣水資源節約集約利用貼近度2015—2017 年逐年下降并于2017 年達到研究期內的最小值，原因是2017年其新增節水灌溉面積占比（C4）和節水灌溉設備普及率（C7）均為研究期內的最小值；2018—2020 年該縣水資源節約集約利用貼近度逐年上升并于2020 年達到研究期所有縣（市）的最大值，原因是其節水灌溉面積占比（C1）、新增節水灌溉面積占比（C4）和節水灌溉設備普及率（C7）提升幅度較大。

圖1 研究區6 個縣（市）水資源節約集約利用貼近度發展趨勢

2.3 水資源節約集約利用障礙因子識別

識別水資源節約集約利用障礙因子，有助于為提升地區水資源節約集約利用程度提供決策參考。為了保證分析結果的時效性，利用式（9）與式（10）對2020年人民勝利渠灌區6 個縣（市）的水資源節約集約利用障礙因子進行識別，結果見表4。

表4 2020 年人民勝利渠灌區6 個縣（市）水資源節約集約利用主要障礙因子與障礙度 %

從表4 可知，農業用水耗水率（C8）是新鄉縣、獲嘉縣、原陽縣3 個縣［占研究縣（市）數量的1／2］水資源節約集約利用的第一障礙因子，節水灌溉設備普及率（C7）是封丘縣、衛輝市2 個縣（市）［占研究縣（市）數量的1／3］水資源節約集約利用的第一障礙因子，說明農業用水耗水率（C8）與節水灌溉設備普及率（C7）是2020 年研究區水資源節約集約利用的主要障礙因子。人均糧食產量（C2）排在除原陽縣外的其他5 個縣（市）障礙度的前3 名內，說明人均糧食產量也是灌區水資源節約集約利用的主要障礙因子。基于此，當地應大力普及節水灌溉設備，努力提高農業用水效率，并積極調整種植結構，逐步提升水資源節約集約利用程度。

人民勝利渠灌區6 個縣（市）2020 年的水資源節約集約利用前3 名障礙因子大多為農業用水子系統的指標，說明農業用水是影響水資源節約集約利用的主要方面。當地政府和人民勝利渠灌區管理部門應大力推廣農業節水技術和設備，加強農業結構調整和灌溉用水管控等，努力提升灌區水資源節約集約利用程度。

3 結論及建議

本研究以人民勝利渠灌區6 個主要縣（市）為研究對象，按農業用水、生活用水、生態用水和工業用水4 個子系統建立水資源節約集約利用評價指標體系，并對其2011—2020 年的水資源節約集約利用程度等級進行評價，結果表明：人民勝利渠灌區6 個縣（市）的水資源節約集約利用貼近度整體為“中等”等級，呈波動上升趨勢；原陽縣、延津縣、衛輝市和新鄉縣歷年水資源節約集約利用貼近度大多處于0.4 以上且波動相對較小；封丘縣水資源節約集約利用貼近度2011—2017 年逐年減小，2019 年達到研究期內所有縣（市）的最小值；獲嘉縣水資源節約集約利用貼近度2015—2017年逐年下降并于2017 年達到研究期內的最小值，2018—2020 年該縣水資源節約集約利用貼近度逐年上升并于2020 年達到研究期所有縣（市）的最大值。

農業用水耗水率、節水灌溉設備普及率、人均糧食產量是2020 年人民勝利渠灌區6 個縣（市）水資源節約集約利用的主要障礙因子。水資源節約集約利用前3 名障礙因子大多為農業用水子系統的指標，說明農業用水是影響水資源節約集約利用的主要方面。

針對人民勝利渠灌區水資源節約集約利用現狀，提出以下建議。

1）針對農業用水耗水率高的問題，建議加強農業節水技術的推廣應用，提高灌溉水利用效率，減少漏損和蒸發損失；加強農業用水計量和收費管理，實施差別化的水價政策，鼓勵農民節約用水；持續推進高標準農田建設和節水型灌區建設，鼓勵缺水地區推廣噴灌、微灌、低壓管灌等高效節水灌溉及水肥一體化技術；發展旱作農業，推廣旱作節水技術。

2）針對節水灌溉設備普及率低的問題，建議加大財政投入和政策支持力度，提供節水灌溉設備的補貼、貸款、保險等優惠措施，降低農民使用節水灌溉設備的成本和風險；加強節水灌溉設備的技術培訓和服務，提高農民使用節水灌溉設備的意愿和技能；建立鄉鎮和村級用水協會組織及社會化節水服務組織，打造農業節水利益共同體，形成建管用一體化管理機制。

3）針對人均糧食產量低的問題，建議優化調整糧食作物種植結構，適度壓減高耗水作物種植面積，擴大低耗水高產出作物種植規模；推廣精準施肥、病蟲害防治、抗旱抗澇等現代農業技術，提高糧食作物的單產和品質；深入貫徹落實藏糧于地、藏糧于技戰略，大力推進高標準農田建設，同步發展高效節水灌溉，統籌兼顧水資源條件和糧食安全。