大中型灌区节水改造紧迫性综合评估研究

张 伟,温玉霞

(1.内蒙古河套灌区管理总局义长灌城管理局，内蒙古 巴彦淖尔 015100；2.内蒙古河套灌区管理总局总干渠管理局，内蒙古 巴彦淖尔 015100)

我国有各类型灌区1000多万处，其中大中型灌区5250多处。由于我国灌区大多兴建于20世纪50—70年代，限于当时科技条件，加之多年的疲劳运行，目前我国大多数灌区工程老化失修严重，处于超期服役或带病运行状态，致使灌区水资源浪费严重，灌溉水利用率低，灌溉效益大幅度衰减[1-2]。我国从1997年开始大中型灌区节水改造项目，但是政府每年投入灌区改造的资金是有限的，只有了解各灌区的节水改造的紧迫程度，才能做到资金的合理有效利用，确保有针对性的治理[3-9]。

河套灌区为我国三大特大型灌区之一，灌区实行总干、干、分干渠、沟由国家管理，支渠、沟以下工程由群众管理的管理制度，总设计灌溉面积约为73.7万hm2；义长灌域总灌溉面积18.43万hm2，区域平均降水量176.4mm，属干旱、半干旱地区，多年平均引水量为14亿m3。目前，河套灌区的大多数灌区均存在效益低下、节水配套设施不完善、维护管理人员和供水能力不足等问题，因此需要对灌区的节水改造工程进行专门的技术研究[10]。

目前，多数针对大中型灌区的节水改造研究还是集中于问题分析、改造技术、潜力效益等的分析[11]，很少有人对灌区节水改造的优先顺序(紧迫程度)进行系统分析，因此，本文以义长灌区为例，对该灌区的节水改造紧迫性问题进行了定性定量的评价，研究方法和经验可为类似大中型灌区的节水改造提供指导。

1 紧迫程度评价指标体系的建立

所谓节水改造紧迫程度，即为在特定的社会经济条件下，对灌区进行性能比较或者通过目标值与期望值的比较最终确定对其实施节水改造工程紧急程度的定量分析。结合河套灌区的实际情况，选取社会经济、工程现状、管理现状、效率及效益情况、水土资源状况以及生态环境状况作为系统分析层，其中各项系统分析层又各分为2个、3个、2个、2个、3个、1个指标(共计13个指标)进行分析，如图1所示。

2 综合赋权法权重分析

(1)层次分析法计算权重：通过对各指标层的合理量化赋值，建立判断矩阵，然后通过层次排序、总排序和一致性检验，最终确定各指标的权重；但其赋权时缺乏稳定性，容易受到专家主观评判的影响，造成可信度不高。

(2)嫡值法计算权重：首先计算指标值的特征比重值，然后计算嫡值，并通过分析得到差异性系数，最终确定指标权重；嫡值法虽然可信度较高，但易受样本数据的差异性影响。

图1 节水改造紧迫程度评价指标体系构建图

(3)综合赋权法：目前，很多学者将层次分析法和嫡值法得到主客观权重值进行加权平均计算，但这种方法缺少科学依据，因此合理性有待检验。本文采用博弈论的方法，建立综合赋权法，其原理如下：

假设有L种方法进行赋权，由此构建一个基本权重集，可得到L个向量的任意的线性组合：

(1)

由层次法得到基本权重μ1、μ2是有一定差异的，可将两者的基本权重再组合得到权重集{μ1、μ2}，权向量的集化模型演变为：

(2)

根据矩阵的微分性质，进行线性转化，然后对其进行归一化处理：

(3)

再利用式(1)得到综合赋权法得到的综合权重值μ*。

根据义长灌域当地的实际情况，通过层次分析法、嫡值法以及综合赋权法分别得到的各指标层的权重值见表1。从表中可以看到：层次分析法和嫡

值法计算得到的指标权重值相差较大，若采取加权平均的方法，那么就很容易将本不是主要影响指标的因素划定为主要因素(如A1、B2等)，对节水改造的紧迫程度判断也会产生重要影响；通过综合赋权法计算得到的指标权重>0.1的总共有三项：分别为渠系水利用系数D1、灌溉保证率D2以及单位面积管护人员数量C2，表明上述三项指标是影响河套义长灌域地区运行效率和效益发挥的主要因素，可作为节水改造的重点改造对象，这与当地的实际情况较为符合，表明博弈论综合赋权法合理可行。

3 紧迫程度对比分析

3.1 模糊综合评价法结果分析

将义长灌域按行政地区划分为1～10个样点灌区，分别进行节水改造紧迫度评价。模糊评价法即通过建立评价因素权重集得到单因素评判矩阵R，模糊综合评价集B与R存在如下关系：

(4)

式中，A—模糊线性计算矩阵；a—模糊合成算子。

记节水改造紧迫程度分为：不紧迫、一般紧迫、比较紧迫、非常紧迫以及极其紧迫5个等级，那么其隶属函数U为：

UⅠ (5)

(7)

(8)

(9)

式中，x、x1、x2、x3、x4—评价因子大小，极其紧迫(5)、非常紧迫(4)、比较紧迫(3)、以及一般紧迫(2)与不紧迫(1)之间的临界值，其中U取5个值中的最大值。

3.2 可拓评价法计算结果分析

可拓法包括：事物名称N、特征C以及量值V三要素，其包含经典域和节域，并最终确定待评物元R：

(10)

评价对象等级的评定计算公式为：

(11)

3.3 紧迫性综合对比分析

将各行政区综合赋权法得到的权重值分别代入模糊评价计算式和可拓计算式，得到了各自样点灌区的紧迫程度评价值大小，如图2所示。从图2中可以看到，利用模糊法和可拓法得到的评价结果基本一致，主要区别在于7号样点灌区，模糊法得到的评价结果分别为一般紧迫，而可拓法得到的评价结果为比较紧迫；其余9个样点灌区的评价结果包括3个比较紧迫和6个非常紧迫，可见河套义长灌域的节水改造形势刻不容缓，一些局部地区已经达到急需改造的地步，改造时应优先考虑这些地区。

图2 各样点节水改造紧迫性评价结果

对上文分析得到的河套义长灌域的综合权重结果进行分析，得到了整个义长灌域的节水改造的紧迫程度评价如图3所示。从图3中可以得到，模糊法和可拓法得到一致的结果，那就是义长灌域整个地区的节水改造项目已经处于非常紧迫的地步，多年的运行再加上缺少足够的维护，使得这一地区的节水改造形势刻不容缓。

图3 义长灌域节水改造紧迫性整体评价

4 结语

以河套义长灌域为例，构建了包括6个系统层、13个指标层的节水改造紧迫程度分析体系，认为影响该灌区的节水改造紧迫程度的主要因素为：渠系水利用系数D1、灌溉保证率D2和单位面积管护人员数量C2；同时利用模糊和可拓分析法对该地区的节水改造紧迫程度进行了定量分析，认为该地区样点灌区均处于非常紧迫或者比较紧迫的程度，从整体分析来看，义长灌域也处于亟待进行节水改造的形式，需要采取必要措施进行节水改造以提高利用效率。