区域高效节水灌溉效应评价研究与实践

苗慧英，李月霞，徐国防，王罕博，陈文彬，刘长燕

（河北省水利科学研究院，石家庄050051）

随着高效节水灌溉技术在农业灌溉中的应用，区域节水灌溉规模、 技术水平和综合节水技术都在提高。河北省高效节水灌溉事业也取得了显著效果，毋庸置疑， 高效节水灌溉在大幅度提高了水的利用效率的同时，引发了农业生产方式的变革，改变了传统的农田水利建设方式，提高了土地利用率，也改变了传统的劳作方式，大幅度降低了作业成本，提高了劳动生产率。 然而，随着工作的不断开展与深入，高效节水灌溉对区域水环境、社会、经济效应的影响及影响程度的评价问题也日益得到人们的关注。

1 高效节水灌溉主要影响因素

水资源作为自然资源，本身具备其自然属性，又由于它已成为国民经济建设的主要资产及在人民生活中的重要地位， 它同时又具备了其经济属性和社会属性。 相应的，对人们从事的高效节水灌溉，其主要影响因素也不外乎自然（资源环境）、经济和社会这三大因素。

1.1 社会因素

社会政策因素反映了某一时期公众和国家对高效节水灌溉的重视程度和支持力度， 同时也反映了某一区域民众的社会承受力。政府重视程度高，当地百姓参与热情高，高效节水灌溉就会获得大发展。近年来，特别是2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》以来，由于各级政府高度重视，把节水灌溉“作为一项革命性措施”来抓，中央和地方一系列政策措施出台和不断加大投入，我国节水灌溉、 特别是高效节水灌溉发展进入前所未有的快车道。民众获得实实在在的利益，参与兴建工程的积极性高，节水灌溉得到了迅猛发展；相反如果政府不重视，百姓得不到收益，积极性不高，节水灌溉的发展就会受到影响。

1.2 技术经济因素

发展高效节水灌溉的主要目的是提高水资源的利用率和利用效益， 技术经济因素是影响各种效益发挥的主要因素， 也能充分反映一个地区或业主建设高效节水灌溉的承受能力， 因此在建设高效节水灌溉工程时，就必须考虑经济和技术的影响。

1.3 资源环境因素

资源因素是影响高效节水灌溉发展的又一主要因素，如果某一区域水资源缺乏，水土资源不平衡，当地的节水热情就高； 反之如果某一区域水资源相对丰富，就会心存“近水楼台先得月”之感，缺乏工作热情；环境日益受到国家、社会的重视，环境是否改善也就成为影响高效节水灌溉发展的主要因素。

2 高效节水灌溉效应评价指标体系［1］

高效节水灌溉的三大影响因素决定了高效节水灌溉效应的表现形式也主要体现在这三个方面：社会效应、经济效应和环境效应。 因此，对高效节水灌溉效应进行综合评价，指标体系的建立应从各个侧面全面完整地反映出评价对象的各个主要影响因素。

为此， 本研究首先选择具有代表性的在建和已建高效节水灌溉工程项目， 深入调查了解工程从方案确定到规划设计及运行管理各阶段的经验做法和存在问题， 从中分析高效节水灌溉工程实施和正常运行的各种主客观影响因素；其次，广泛征求咨询从事高效节水灌溉的专家、行政领导、一线生产人员和灌区管理人员及农民的意见和建议， 并借鉴已有研究成果，在此基础上，经过多次反复修改补充与完善，初步建立高效节水灌溉效应综合评价指标体系［4］。为避免初选指标间可能存在的相互包含、 交叉、重叠，或关联度较强等情况，采用Delphi法对初选的指标体系进行了进一步检验与修正，以获得覆盖全面、代表性强、相互独立、实用简约的评价指标体系，如图1。

图1 高效节水灌溉效应综合评价指标体系

3 模糊综合评价模型的构建［3］

3.1 模糊综合评价模型［3］

建立模糊综合评价模型的具体步骤和方法如下：

式中 V为反映高效节水灌溉效应高低的评语集；U为综合评判结果，m=5，ui（i＝1，2…，m）为被评价的高效节水灌溉各属性特征综合反映的高效节水灌溉效应对评语集中评语的隶属程度值； A为由各评价指标所占权重组成的权重集，A＝［a1，a2， …，an］；R为由各评价指标相对于各评语的隶属度组成的隶属度集，即模糊评判矩阵：

a1，a2，a3为各评价指标权重；r11，r12， …，rmn为各评价指标相对于各评语的隶属度；m为评语等级数；n为评价指标个数。

模型中， 各指标权重和隶属度的确定是模糊综合评判的关键。 权重的确定可采用特尔菲法与层次分析相结合的方法［3］，而隶属度则视指标的定性与定量化，采取不同的方法分别计算、确定［3］。 将所确定的权重集和隶属度矩阵代入式（1），即得高效节水灌溉效应模糊综合评价结果。

3.2 指标权重的确定［3］［5］

模型中， 各指标权重采用特尔菲法与层次分析相结合的方法确定，即聘请一批专家打分，然后将专家的意见统计集中，作为确定权重的依据。其方法步骤如下：

（1）构造各个层次的判断矩阵。

（2）发放征询意见表，为各层元素赋值定量。

（3）将专家意见统计集中，采用四分位法进行统计分析，并将分析结果反馈给各位专家，同时进行下一轮的专家打分；如此反复，直到判断矩阵的标度值收敛为止。

（4）确定各层指标的相对权重及多层并合的总权重。

根据各层判断矩阵， 采用方根法计算各层指标相对于上一层指标的权重， 然后各层相关指标相对权重的乘积即为多层并合的各评价指标相对于高效节水灌溉效应评价的总权重，即

A =［0.0576，0.0582，0.0399，0.0264，0.0126，0.0638，0.0496，0.0357，0.0513，0.0484，0.0756，0.0521，0.0890，0.0338，0.0829，0.0810，0.0584，0.0236，0.0244，0.0359］

3.3 模糊评判矩阵R的确定

3.3.1 各单因素隶属度的确定

定量指标隶属度的确定：采用升、降半梯形函数的方法确定。

定性指标隶属度的确定： 运用模糊统计的方法进行确定。

3.3.2 总评判矩阵

将各定量指标的隶属度与定性指标的隶属度值汇总，形成总评价矩阵R，即

3.4 模糊综合评价结果

将权重集A与以上隶属度集R点积，即得高效节水灌溉效应模糊综合评判结果：

式中 u1，u2，u3，u4，u5即为高效节水灌溉效应相对于评语集V=［差、较差、中等、较好、好］中各级别的隶属程度。

4 模糊综合评价实例验证

4.1 典型区域选取

本次选取河北省永清县进行实例验证。

永清县是资源型缺水的地区， 水资源总量多年平均为8969万m3，人均水源量233m3，远远低于国际公认的人均占有量500m3的“极度缺水标准”。 同时，农业是永清县的用水大户， 农业灌溉用水量占到了全县总用水量的70%以上，而且全部是利用地下水，加剧了对水资源的过度开发利用， 局部地下水集中开采，地下水位下降，生态环境的压力也越来越大。

为缓解水源供需矛盾，永清县以农业科技为支撑，发展高效节水农业。 依托优越的区位优势，国家政策的支撑，较强的经济实力，以及农民强烈的意愿， 永清县近年来高效节水灌溉得以大力发展，特别是设施农业迅速蓬勃发展，成为农业增效、农民增收的主要途径，为高效节水灌溉提供了平台。 目前，全县10万余亩设施蔬菜均采用了高效节水灌溉技术，并且，在设施农业、规模化种植业中，形成了以微灌、喷灌为主、管灌为辅的高效节水灌溉格局；在大田作物中，形成了以低压管道节水为主，喷灌、微灌为辅的高效节水灌溉格局。 基于此，本次选取永清县作为典型区域，对该县实施高效节水灌溉的效应进行评价，其代表性、影响力和示范带动效应均是较强的。

4.2 永清县高效节水灌溉效应评价

4.2.1 指标权重的确定

采用4.2节中权重的确定方法与所确定的各指标权重值，即权重集A：

A =［0.0576，0.0582，0.0399，0.0264，0.012 6，0.0638，0.0496，0.0357，0.0513，0.0484，0.0756，0.0521，0.0890，0.0338，0.0829，0.0810，0.0584，0.0236，0.0244，0.0359］

4.2.2 评判矩阵R的确定

定性指标的隶属度：采用模糊统计的方法，聘请高效节水灌溉领域的专家， 分别对国家对高效节水灌溉的重视程度、对项目建设的认可度、对促进区域农业经济发展的影响程度、对产业结构调整的影响、环境意识、节水意识、对地下水质、水量的影响、改善农田小气候、 高效节水灌溉工程运行管理的难易程度、现代农业用水信息管理体系建设情况、农村基层水利服务组织建设情况等12个指标进行打分。 打分时并不要求给出具体分值，而是在5个评语级别“不重要、不太重要、一般、比较重要、非常重要”中选择最合适的某一级别，使结果更加客观公正。将各位专家对各指标的评语表分别进行汇总， 取其均值作为所求的隶属度。

定量指标的隶属度： 高效节水灌溉效应评价中的定量指标， 采用模糊隶属函数确定隶属度。 按照4.3节中的方法，统计分析与各指标隶属度计算有关的永清县2016年统计数据、实际调查数据等，计算得出各指标的隶属度值。

将定性指标与定量指标的隶属度汇总， 得到总隶属度集，即总评判矩阵R，包括管灌的总评判矩阵R管、喷灌的总评判矩阵R喷、微灌的总评判矩阵R微：

4.2.3 综合评价结果

将权重集与以上评判矩阵R管、R喷、R微集点积，并归一化处理后， 即得高效节水灌溉效应模糊综合评判结果，如表5。

表5 模糊综合评判结果

表5各项取值依次为管灌、喷灌、微灌的灌溉效应相对于评语集V=［差、较差、中等、较好、好］中各级别的隶属程度。 可看出，微灌的灌溉效应相对于“好”级别的隶属度最大，说明微灌的灌溉效应在永清县是最高的；管灌、喷灌的灌溉效应相对于“较好”级别的隶属度最大，说明这两种灌溉方式的灌溉效应相对较高。

这一评价结果与永清县高效节水灌溉的实际运行效果是一致的：

永清县位于京津冀三角地带， 经济发展水平较高，该县是绿色蔬菜生产基地，而微灌多用于棚室及设施蔬菜种植与生产，产生的经济效益、社会效益、生态环境效益均较高， 工程管理上实现了信息化管理，管理制度、基层服务组织也较健全，因而其评价等级达到了最高等级“好”。

管灌和喷灌在永清县多用于大田作物， 从评价结果看，两种工程均发挥着“较好”的效应，但管灌的效应略优于喷灌，这一点从评价结果数据管灌为“较好”等级0.4211，而喷灌为该等级的0.3778可看出。究其原因，是因为管灌在节水、省时、省工的同时，输水快、便于管理，更为百姓所接受和乐于使用；而喷灌由于受自然条件的影响较大，运行管理不便等原因，导致工程利用率较低，部分工程甚至废弃不用。

综合以上评价结果及实际情况的调查分析，可知评价结果与项目区实际情况相符， 评价结果是符合项目县实际情况的，评价结果可信度强，对今后高效节水灌溉农业的发展具有极大的指导作用。

5 结语

高效节水灌溉代表了现代农业的发展方向。 随着高效节水灌溉技术在农业灌溉中的应用实践，高效节水灌溉实施效应的评价问题被提出来。 为区域农业高效用水和节水管理提供技术支撑， 需要对高效节水灌溉的节水效应进行监测、 测算和评价。 因此， 构建基于田间节水技术的高效节水灌溉效应评价指标体系是非常必要的。