黑龍江省西部地區節水灌溉工程適宜性評價

李美娟，李鐵男，王 俊

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

黑龍江省西部地區節水灌溉工程適宜性評價

李美娟，李鐵男，王 俊

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

為促使黑龍江省西部地區高效節水灌溉工程效益發揮最大化，建立了節水灌溉工程適宜性評價指標體系，補充完善了技術類評價指標，并應用半結構性模糊決策模型，優選出黑龍江省西部地區適宜的節水灌溉工程。評價結果表明：當前黑龍江省西部地區節水灌溉工程的優先發展順序依次為中心支軸式噴灌、絞盤式噴灌、滴灌、移動管道式噴灌。

節水灌溉工程；適宜性評價；黑龍江省西部

糧食安全、水資源安全一直是國家高度重視的戰略問題。黑龍江省耕地面積1586.6萬hm2，具有農業規?；图s化發展優勢，在保障國家糧食安全中具有極為重要的戰略地位。為促進糧食綜合生產能力不斷提高，國家在黑龍江省啟動實施了2012—2015年 “節水增糧行動”。 在“節水增糧行動”實施過程中，很多地方由于沒有統籌考慮當地的自然、經濟、社會等諸多影響因素，影響了節水灌溉工程功能和效益的發揮[1-2]。黑龍江省西部地區發展的節水灌溉工程主要有中心支軸式噴灌工程、絞盤式噴灌工程、涂塑軟管移動式噴灌工程、金屬管道移動式噴灌工程和滴灌工程。各種灌溉工程的投入產出和對地形、水源、田塊格局、電力配套、經濟條件，及管理水平等的要求存在差別。因此，有必要對節水灌溉項目在當地綜合條件下的適宜性進行評價，優選出適合本區域的節水灌溉工程。國內節水灌溉效益綜合評價的方法有層次分析法、主成分分析法、TOPSIS法、模糊綜合評判法，及模糊神經網絡法等。節水灌溉效益綜合評價指標體系的建立也在逐步完善[3-5]。戈翠等[6]結合馬鈴薯灌溉的特點，應用TOPSIS法對陜西省榆林市項目區的畦灌、滴灌、半固定式噴灌、大型噴灌機噴灌四種灌溉方式進行綜合評價，得出該地區各種灌溉工程的優劣排序。羅金耀等[2]應用灰色關聯分析理論，從經濟、技術、社會三個方面對節水灌溉工程典型實例計算分析。路振廣等[7]建立了由政策、技術、經濟、財務、資源、環境和社會7大類指標組成的節水灌溉工程綜合評價指標體系，并用改進的二元相對比較法對定性指標量化分析。王蒙[8]應用模糊綜合評價法進行了低壓管道輸水灌溉工程技術應用適宜性評價。當前，多數的綜合評價研究中對節水灌溉設備的技術指標詳細闡釋的較少，而在灌溉工程實踐應用過程中，技術指標最為重要。針對上述問題，結合在參與“節水增糧行動”項目設計和管理調研中總結的經驗和發現的問題，建立了多層次和多目標的節水灌溉工程適宜性評價指標體系，用半結構性模糊決策模型，科學開展節水灌溉工程適宜性評價，因地制宜地提出黑龍江省西部地區適宜的節水灌溉工程，對充分發揮節水灌溉工程效益、保障國家糧食安全意義重大。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

黑龍江省西部地區耕地面積677.5萬hm2，海拔120～200 m，主要由河漫灘和一級階地組成，地面十分平坦。水資源總量225.60億m3，其中：地表水資源量156.81億m3，地下水資源量為113.06億m3，區域種植作物以玉米、大豆、雜糧等旱田作物為主，玉米種植比例最大。農業灌溉以開發利用地下水為主，開采目的層包括松散巖類孔隙水、碎屑巖孔隙水、玄武巖孔洞裂隙水。在“節水增糧行動”實施中，黑龍江省西部地區發展的節水灌溉工程主要有中心支軸式噴灌工程(方案1)、絞盤式噴灌工程(方案2)、涂塑軟管移動式噴灌工程(方案3)、金屬管道移動式噴灌工程(方案4),以及滴灌工程(方案5)。

1.2 適宜性評價指標體系

適宜性評價的目的是優選出適合當地政治、自然、經濟、社會、環境等條件，并具有良好經濟性的節水灌溉工程。因此，指標選取包括了政治、技術、經濟和社會資源四大類，建立了一個由8個定性指標和8個定量指標組成的適宜性評價指標體系，除子系統1的指標和子系統2中的指標①③④⑥⑦為定性指標外，其余為定量指標，具體見表1。

表1 節水灌溉工程適宜性評價指標體系

注：由于黑龍江省西部地區作物以玉米為主，評價指標體系中的影響因子以玉米為分析對象。

1.3 多層次半結構模糊綜合評價

由陳守煜提出的半結構性決策可變模糊集理論與方法采用二元對比法來量化定性指標，與定量指標的量化原理從根本上是一致的。本文采用5級模糊優選模型對節水灌溉工程進行適宜性評價。

(1) 確定評價指標的相對優屬度。子系統2中的②和⑤、子系統3的指標和子系統4的指標為定量指標。其中，越大越優型指標采用式(1)計算，越小越優型指標采用式(2)計算。對于定性指標，根據二元對比法，通過二元比較，利用語氣算子與相對隸屬度之間的關系表便可確定其相對優屬度[9]。

rij=(xij-minxij)/(maxxij-minxij)

(1)

rij=(maxxij-xij)/(maxxij-minxij)

(2)

式中：rij為方案j指標i的相對優屬度；xij為方案j指標i的特征值；maxxij、minxij為方案j指標i的最大、最小特征值。

(2) 確定權向量。各評價指標的權重系數采用熵權法計算，各子系統的權重系數利用二元對比法確定。

(3)確定方案優屬度。5級模糊優選模型計算公式如下：

(3)

aj=minaij

bj=maxaij

(4)

式中：aj為方案j的級別下限值，bj為方案j的級別上限值。5級模糊優選模型的各個級別的相對優屬度向量值S= (1，0.8，0.6，0.3，0)，將方案j的優屬度值與S比較，即得方案j的級別；h=aj，aj+1，…，bj；j=1，2，…，n；Uhj為方案j對級別h的相對隸屬度；dhj為方案j與級別h之間差異的廣義權距離；Sh為級別h對應的相對優屬度值；Wi為指標i的權重。

2 結果與分析

2.1 方案優屬度計算

(1)指標的相對優屬度矩陣。根據表1數據，利用式(1)、式(2)，以及二元對比法，計算得到各個子系統目標的相對優屬度矩陣為：

(2)權向量。根據上面得到的指標優屬度值，計算得到各子系統指標的權向量分別為：

W1=(0.607，0.192，0.201) ，

W2=(0.081，0.083，0.088，0.088，0.015，0.637，0.008) ，

W3=(0.142，0.295，0.117，0.446)，

W4=(0.877，0.123)。

利用二元對比法得到的各子系統權向量W=(0.270，0.331，0.221，0.178)。

(3)方案優屬度。①確定指標體系第一層中各子系統方案的優屬度。采用5級模糊優選理論模型， 計算得到各子系統方案的相對優屬度為：

u1=(0.898，0.811，0.770，0.770，0.728)，

u2=(0.962，0.771，0.572，0.444，0.382)，

u3=(0.678，0.783，0.783，0.787，0.889)，

u4=(0.110，0.076，0.038，0，1)。

②確定指標體系第二層中各方案相對優屬度。與第一層計算方法同理，由①中計算得知各子系統方案相對優屬度矩陣為：

前面已經確定子系統權向量W=(0.270，0.331，0.221，0.178)，則各方案優屬度計算結果為U=( 0.736，0.695，0.635，0.608，0.665)，即方案1，2，3，4，5的相對優屬度向量為0.736，0.695，0.635，0.608，0.665， 方案1最優，其次為方案2和方案5。

2.2 評價結果分析

(1)方案1最優，即在黑龍江省西部地區的主要項目區，中心支軸式噴灌工程的適宜性最高。盡管中心支軸式噴灌工程單位投資高，但其使用壽命長，在技術、增產、節水、省工等指標上優勢突出。尤其是黑龍江省西部地區的地塊規模、生產管理體制、水源、電力等能夠滿足中心支軸式噴灌工程的各項指標要求。

(2)方案2次之。絞盤式噴灌工程屬于半自動化灌溉，它在灌水均勻度、運行管理難易度、對作物適應性等技術指標上，以及增產能力等方面與中心支軸式噴灌工程相比較差。

(3)方案2比方案3、4、5優，即絞盤式噴灌工程模式比移動管道式噴灌工程和滴灌工程優。滴灌工程灌溉水利用系數高，操作簡易，增產能力高，但畝投資太大，施工前期工程復雜，滴灌帶每年需要二次投資。移動管道式噴灌工程需要人工移動管道灌溉，自動化程度太低。

3 結 論

本文建立了黑龍江省西部地區節水灌溉工程適宜性評價指標體系，指標體系中補充完善了節水灌溉工程技術類指標，并對各評價指標進行了詳細的闡釋。應用半結構性模糊決策模型，評價出黑龍江省西部地區優先發展的灌溉工程應為中心支軸式噴灌工程和絞盤式噴灌工程。對評價結果進行分析得出，評價結果準確可靠，半結構性模糊決策模型可用于節水灌溉工程適宜性評價。

[1] 余鵬飛，金宏智，嚴海軍，等.東北四省區“節水增糧行動”實施過程中的幾個問題與建議[J].節水灌溉，2013(8)：60-62.

[2] 羅金耀，李道西.節水灌溉多層次灰色關聯綜合評價模型研究[J].灌溉排水學報，2003， 22(5)：38-41.

[3] 周華.河套灌區農業綜合開發節水灌溉工程評價[J].中國農村水利水電，1999(8)：12-13.

[4] 高峰，雷聲隆，龐鴻賓. 節水灌溉工程模糊神經網絡綜合評價模型研究[J].農業工程學報，2003，19(4)：84-87.

[5] 趙競成，陽放，王曉玲，等. 農業高效用水工程綜合評價體系研究[J].節水灌溉， 2002(3)： 3-7.

[6] 戈翠.沙地馬鈴薯不同灌溉方式經濟效益分析[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2008.

[7] 路振廣，曹祥華. 節水灌溉工程綜合評價指標體系與定性指標量化方法[J].灌溉排水學報， 2001，20(1)：55-57.

[8] 王蒙.江蘇地區農田低壓管道輸水灌溉工程技術應用適宜性評價及模式研究[D].揚州：揚州大學，2014.

[9] 陳守煜.水資源與防洪系統可變模糊集理論與方法[M] . 大連：大連理工大學出版社，2005.

The suitability evaluation of water-saving irrigation project in western region of Heilongjiang Province

LI Meijuan, LI Tienan, WANG Jun

(HeilongjiangProvinceHydraulicResearchInstitute,Harbin150080,China)

The suitability evaluation index system of water-saving irrigation project was established in order to maximize the benefit of these projects in western regions of Heilongjiang province. The most suitable water-saving irrigation project was elected by the semi-structured fuzzy decision model. The conclusion shows that the priority order of the water-saving irrigation project in western region in Heilongjiang province is the center pivot irrigation, winch sprinkler irrigation, drip ones and mobile pipe sprinkler irrigation.

water-saving irrigation project; suitability evaluation; western regions of Heilongjiang province.

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD12B01)

李美娟(1984-)，女，山西朔州人，工程師，主要從事節水灌溉技術及水資源高效利用研究。E-mail:Limeijuan198411@163.com。

S275

A

2096-0506(2017)05-0001-04