西南地區灌區節水工程的綜合評估及應用研究

王永怪

(貴州省興仁市水務局,貴州 興仁 562300)

1 概 述

在西南地區,灌區節水工程的規劃與管理對于保障農業灌溉水資源的有效利用和可持續發展具有重要意義[1]。由于復雜的自然環境和人為因素的影響,西南地區灌區節水工程的綜合評估面臨許多困難[2]。目前,對于西南地區灌區節水工程的綜合評估在指標選擇和權重確定方面存在主觀性和不一致性的問題,影響了評估結果的可靠性和可比性,定性指標的量化也需要尋求合適的方法來將主觀評價轉化為可量化的數據[3-4]。

通過對灌區節水工程的整體情況進行分析,可全面了解工程的現狀和存在的問題,為后續評估提供基礎數據和參考依據[5]。采用多指標評估方法可以考慮到各方面的因素,綜合考慮不同指標的權重,從而更全面地評估灌區節水工程的效益和可行性。指標正向化方法可以將各指標進行標準化處理,消除指標單位和數量級的差異,使不同指標之間可以進行比較和綜合分析。鑒于此,本文在對西南地區灌區的分析基礎上,提出西南地區灌區節水工程的綜合評估方法,研究結果可為西南地區灌區建設提供參考。

2 西南地區灌區節水工程的綜合評估方法設計

2.1 灌區概況

灌區指有可靠水源和引水輸水排水渠道的作物灌溉區域,屬于一種半人工生態系統,主要用于對農作物提供水源和灌溉服務[6-7]。為了對西南地區的灌區節水工程設計進行綜合評估,研究選擇貴州省黔西南州興仁縣貞龍中型灌區為研究對象,灌區控制范圍5 200hm2。其中,農田3 572hm2,土地1 628hm2,實現共1 400hm2灌溉面積改善。

灌區工程所處位置屬于低緯度高原性中亞熱帶溫和濕潤季風氣候區,無霜期長,每年平均無霜期281天,多年平均降雨量1 320.5mm,全年平均氣溫15.2℃。全年平均氣溫最高月份為7月,月平均氣溫22.1℃;平均氣溫最低月份為1月,月平均氣溫6.1℃。灌區中有渠系建筑物17座,引水溝渠總長度85km。灌區內由2座小型水庫工程作為蓄水工程,此外還有山塘18座以及22處引水工程。灌區所處興仁縣總人口50.94萬人。其中,農業人口46.14萬人;農村人口44.14萬人。

灌區在最近一次改造項目完成后,由某水利水電發展公司作為管護機構,由公司直接對水資源調配工作進行統一管理,并設置5個農民用水協會對田間工程及田間用水管理工作負責。灌區大面積分布石灰巖及碳酸鹽巖,灌區降水主要補給地下水。灌區的灌溉水利用系數計算公式如下:

式中:ηy為灌區的灌溉水有效利用系數;Wyj為灌區的凈灌溉用水量,m3;Wym為灌區的毛灌溉用水量,m3。

為了對貞龍中型灌區節水工程進行評估,研究以鄉鎮為單位,將灌區劃分為巴鈴鎮、屯腳鎮、回龍鎮、大山鎮及波陽鎮共5個區域。

2.2 西南地區灌區節水工程的綜合評估體系建立

在進行西南地區的灌區節水工程綜合評估時,需要針對地區特點建立相對應的評估體系[8-11]。研究建立的評估體系從多指標進行綜合評估,見圖1。

圖1 灌區節水工程評估指標

由圖1可見,研究建立的灌區節水工程評估體系分為5個大類指標,分別是灌區工程指標、灌區水資源開發利用指標、灌區效率指標、灌區管理指標和灌區生態指標。灌區工程指標對灌區灌溉系統進行構建和改造,使灌區運行效率得到提高,一般參考農田面積、渠道護砌度、節水工程比例、排澇達標率、鹽漬化防治達標率等因素[12-13]。水資源開發指標能夠對灌區的水資源開發效果進行展示,一般參考灌區水量供需比、水源保證率、水源開發利用率、單位產值用水量等因素。灌區效率指標能反映出灌區的能源和資源使用效率,一般參考灌區水利用系數、灌區灌溉設計保證率、單位面積作物生產能力、能源單耗達到率等因素。灌區管理指標能夠反映出灌區的運行情況,一般參考用水協會管理比例、灌溉面積管理程度、費用征收情況、成本開銷、信息化配備程度等因素。灌區生態指標能夠顯示出灌區的生態環境情況和可持續發展性,一般參考灌區水源水質、地下水超采面積比重、耕地開發程度、土壤污染程度、生態工程比重等因素。

針對地區特點,為了降低評估時的數據收集難度,研究對5個大類指標進行細分,得到12個小類指標。其中,灌區工程指標分為農田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況;灌區水資源開發利用指標分為灌區水量供需比、實際農田面積實現率;灌區效率指標分為灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率;灌區管理指標分為用水協會管理比例、單位面積管理人數、單位面積管理運行費;灌區生態指標為使用水源水質。進行各指標的數據處理時,研究使用作差法進行指標正向化,適度指標計算如下:

(2)

進行指標無量綱化時,使用均值化法進行處理。在均值化后,所有指標的平均值為1。使用專家估測法,對評價體系中的定性指標進行量化[14]。構建評估體系的結果以5個分級進行表示,見表1。

表1 灌區節水工程評估體系結果分級

由表1可見,研究將各指標的數值以區間的方式劃分入5個評價分級,以指標數值的結果分級進行綜合評價。

3 西南地區灌區節水工程綜合評估結果

為了對研究設計的西南地區灌區節水工程綜合評價方法的有效性進行測試,以貞龍中型灌區覆蓋的巴鈴鎮、屯腳鎮、回龍鎮、大山鎮及波陽鎮作為對象進行評估。首先對評價指標基礎數據進行收集,見圖2。

圖2 指標基礎指標值

由圖2可見,采用研究方法對各灌區進行綜合評估,得到巴鈴鎮農田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率、用水協會管理比例、單位面積管理人數、單位面積管理運行費的指標值分別為0.59、60、18、70、6.26、40、0.4、35、0、25、97;屯腳鎮的指標值分別為0.75、100、80、95、4.62、94、0.59、65、0、20、232;回龍鎮的指標值分別為0.65、25、13、80、1.25、85、0.71、65、0、10、82;大山鎮的指標值分別為0.65、40、15、75、1.88、30、0.5、35、3、25、116;波陽鎮的指標值分別為0.88、80、0、100、5.08、75、0.65、70、3、15、85。

研究方法對各灌區的評價指標基礎數據進行了有效收集,表明研究方法所指定的評價方法不會遭受基礎數據收集的困難。對各灌區的指標無量綱化值進行生成,見圖3。

圖3 指標無量綱化值

由圖3可見,采用研究方法對各灌區各指標進行計算,得到了指標的無量綱化值。巴鈴鎮的農田面積種植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率、用水協會管理比例、單位面積管理人數、單位面積管理運行費、水源水質的指標無量綱化值分別為1.23、0.86、1.22、1.89、0.00、1.47、2.16、2.00、0.00、0.75、1.39、1.20;屯腳鎮的指標無量綱化值分別為0.55、0.00、0.00、0.32、0.74、0.00、0.84、0.29、0.00、1.13、0.00、0.90;回龍鎮的指標無量綱化值分別為0.98、1.61、1.31、1.26、2.27、0.25、0.00、0.29、0.00、1.88、1.55、0.90;大山鎮的指標無量綱化值分別為0.98、1.29、1.27、1.58、1.98、1.75、1.47、2.00、1.20、0.75、1.20、1.20;波陽鎮的指標無量綱化值分別為0.00、0.43、1.57、0.00、0.53、0.52、0.42、0.00、0.00、1.50、1.52、0.90。

對各灌區節水工程生成最終評估結果,見表2。

表2 灌區節水工程評估結果

由表2可見,研究方法有效生成了5個灌區節水工程的評估結果。在巴鈴鎮中,骨干渠道護砌度、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余8項指標涉及內容需要進行改進。在屯腳鎮中,骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、骨干建筑物正常運行情況、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率、用水協會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余3項指標涉及內容需要進行改進。在回龍鎮中,灌區水量供需比、實際農田面積實現率、灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率、用水協會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余6項指標涉及內容需要進行改進。大山鎮中,農田面積種植比例、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、用水協會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余7項指標涉及內容需要進行改進。波陽鎮中,骨干渠道完整度、骨干渠道護砌度、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、灌溉水利用系數、灌區灌溉設計保證率、用水協會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進,其余4項指標涉及內容需要進行改進。

將大山鎮和波陽鎮進行綜合,得到貞龍中型灌區中農田面積種植比例、灌區水量供需比、實際農田面積實現率、用水協會管理比例、單位面積管理運行費達到運行標準以上,不需要進行改進。研究方法得到的評估結果與各灌區的實際情況相符合,與專家評審意見吻合,表明研究方法能夠準確進行西南地區灌區節水工程的綜合評估。

4 結 論

灌區節水工程能夠提升灌溉效率和作物生長質量。本文通過對西南地區節水工程情況進行分析,設計了灌區節水工程的綜合評估體系。通過對灌區節水工程的相關影響因素進行參考,由大類指標細分為小類指標,建立了多指標評價體系,并對研究方法進行了應用分析。試驗結果中,研究完成了對灌區的11個指標基礎指標值的收集;完成了5個灌區共60個指標的指標無量綱化值計算;對灌區節水工程指標進行了分為5級的評價,結果與實際情況符合,表明研究方法能夠對西南地區節水工程進行有效評估。