节水灌溉工程的适宜性研究

哈尼克孜·吐尼牙孜

（新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

节水灌溉工程是一项较为重要的工程，与传统灌溉模式相比较，节水灌溉具有节约水资源、提高作物的水吸收效率及保护自然环境等优点，但节水灌溉与传统灌溉模式不同，需要结合当地的政策、经济、自然环境、农作物类型及水资源利用状况等情形，因而对节水灌溉工程进行适宜性研究就是一项较为重要的工作。

目前，国内外学者做了大量相关研究：高雷［1］通过构建新疆节水灌溉模型，分析研究新疆节水灌溉工程的发展现状，并结合当地实际的农业生产状况，提出了滴灌和管道输水两种节水措施较为适用于当地的节水工程；韩青［2］通过对水稻种植的研究，节水灌溉相较于传统灌溉不仅能够促进水稻周围的空气流动，还可以为水稻提供均匀且充足的水分；王海龙等［3］通过对比黑龙江节水灌溉和传统灌溉下的农作物，得出节水灌溉具有促进作物生长、增产、节水等优势；刘红梅等［4］构建了12种节水灌溉工程评价模型，比较分析节水灌溉工程的经济性和节水性能；徐蕾等［5］对节水灌溉工程的评价体系进行补充完善，提出了一个更为合理的节水灌溉工程评价体系；张兵［6］通过实地调研、问卷采访等方式调查了农民对节水灌溉工程的评价并收集了大量对节水灌溉工程的建议；方鸿［7］构建了节水灌溉模型，从社会、经济、生态等方面分别确定影响节水灌溉工程的权重，与实际工程比较较为吻合；汪希成等［8］构建节水灌溉模型，对节水灌溉工程与传统灌溉工程进行经济性和适用性对比分析。

由以上研究可知，节水灌溉工程的应用研究不能仅限于节水性能的研究，还需要结合政策、经济、农作物种类、水资源调配等因素进行分析。在以上研究的基础上，本文以阿勒泰地区富蕴县实际节水灌溉工程为研究背景，构建节水灌溉工程适宜性评价体系，对比分析在多种影响因素作用下不同灌溉技术的适宜性。

1 灌溉工程概况

本研究以阿勒泰地区富蕴县峡口南干灌区灌溉工程为背景，根据当地的地形地貌、水文地质条件、农田分布状况、资源配套及政府的规划建设，该区域采用的灌溉技术主要有喷灌技术、管道输水灌溉及微灌技术。

1.1 喷灌技术

喷灌技术是该地较为普遍使用的技术，喷灌主要通过输水管道将水输送到农田，再通过压力作用将水喷出，喷灌技术的主要优点有自动化程度高、维护成本低、且使用过程中基本无需人为配合，但喷灌技术的缺点也比较明显，在大风天气喷头喷出的水会受到影响，导致喷射不均匀。

喷灌技术主要灌溉方式如表1。

表1 喷灌技术的灌溉方式

1.2 管道输水灌溉

管道输水灌溉技术主要是使用水流自身的流动或对管道加压的一种输水灌溉技术，这种灌溉技术可以有效减少水分的蒸发和流失，起到节水作用，但管道输水只能将水输送到农田具体位置，无法对作物进行直接浇灌，管道输水灌溉过程中，由于水流携带杂质容易引起水管堵塞，又由于管道直径一般较小，不利于管道清淤。由于阿勒泰地区富蕴县地处新疆哈尔滨地处中国东北部，一年中有较长时间处于严寒季节，因而管道输水容易引起管道中水的冻结，以及导致管道冻裂。这些不利因素导致很多农田区域放弃使用管道输水灌溉技术。

1.3 微灌技术

微灌技术主要通过微管输水，将水直接输送到农作物根部，不出现大面积水径流，且水流蒸发少，因而微灌技术是所有灌溉技术中节水效果最好的。同时由于微灌技术主要是通过微管输送水分，因而对于地形要求相较于喷灌和管道输水的较低，同时通过微管也可以将农田使用的其他农药、化肥、营养剂等输送到农作物根部。微灌技术相较于喷灌技术和管道输水技术而言，不用配备大型的水利设施及建造大型水利工程，只需将微管连接水源，并铺设到农作物根部。

但微灌技术的缺点也很明显，微灌技术主要通过微管输送水分，由于微管直径普遍较小，因而对水的要求很高，水中不能有较大颗粒的杂质，否则很容易造成管道堵塞。同时，水中也不能有较多的金属离子，金属离子不仅容易腐蚀管壁，还易形成不易溶于水的金属盐，附着在管壁上，进而减小微管径流的直径。由于微灌技术直接滴在农作物根部，容易造成农作物一侧吸收水分过多，促进农作物一侧的生长，而另一侧由于吸收水分较少，导致延缓生长，从而导致农作物生长倾斜，虽然微灌技术不用配备大型的水利设施及建造大型水利工程，但所需的滴管数量非常多，进而很大程度上增加了造价成本。

滴灌技术主要灌溉方式如表2。

表2 滴灌技术的灌溉方式

2 节水灌溉工程适宜性评价

2.1 评价指标量化处理

对于该节水灌溉工程，可以采用两种评价方法进行评价：定量评价和定性评价。定量评价较为简单，通过调查原有的设计资料及测量现场的实际指标进行判断。而定性评价较为复杂，使用的方法为定性指标量化法，定性指标量化法主要是专家评审每个指标并对每个指标进行评价，同时将评价与权值对应，最后将权值的平均值作为定性指标的量化值。

定性指标评价：V={A （优秀），B （良好），C （较好），D（较差），E（很差）}

权值：U={1，0.8，0.6，0.4，0}

根据专家对灌溉方案的评审，对以下灌溉方案得分如表3。

表3 不同灌溉评分

2.2 评价指标规范化处理

由于原有评价指标中，有的评价指标越大对结果越有利，有的评价指标越小对结果越有利，且有的指标为有量纲数，需要对原有数据进行统一规范化处理。对于灌溉技术的评价指标，需要对量化后的指标进行规范统一化处理。由于符合政府节水要求、符合农业发展趋势、适合农作物生长、适合地势地貌、灌溉均匀程度、灌溉覆盖范围、节水性能均为无量纲且小于等于1的常数，且指标值越大对灌溉越有利，因而需要对年度运行维护费用进行统一规范化处理，处理使用的方法为去除量纲统一规范化处理。

去除量纲统一规范化处理主要可以消除数据中的量纲对指标评价的影响，使得各指标的评价能统一评价，去除量纲统一规范化处理计算方法如下所示：

式中 Eii为规范化处理后的数据；Ei为原有指标量化值；Emax为原有指标量化值最大值；E′ii为统一化处理后的数据；Eiimax、Eiimin分别为规范化处理后的数据的最大值、最小值。

对年度运行维护费用量化指标值进行统一规范化后的数据如表3。

表3 年度运行维护费统一规范化指标值

2.3 判断矩阵构造

本文判断矩阵的构造采用的是沙迪构造的一般事物评判重要性等级表法，如表4。

表4 重要性等级

2.4 权重计算

采用以下方法计算权重向量。

RI数值如表5。

表5 RI数值参考

2.5 权重值排序

通过以上计算的计算结果得到量化后评价指标的权重值，对所有的评审指标排序后的值如表6。

表6 排序后指标值

由以上计算结果可得，对于不同的灌溉技术通过专家评审、定性指标量化、指标统一规范化处理、构造指标判断矩阵、权重值的计算、对指标依据权重值排序等过程。得到了4种灌溉技术的优先使用顺序从最优排序依次为：旋转式喷灌技术、平移式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、滴灌技术。

3 结语

本文通过对比分析旋转式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、平移式喷灌技术、滴灌技术4种灌溉技术的八种定性评价指标，并通过量化、统一规范化、权值比较分析得到以下结论：

（1）在政策及农业发展趋势方面，4种灌溉技术的建议顺序依次为：滴灌技术、绞盘式喷灌技术、旋转式喷灌技术、平移式喷灌技术。

（2）在与农作物及地形地势匹配度方面，4为种灌溉技术的建议顺序依次为：旋转式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、平移式喷灌技术及滴灌技术。

（3）在灌溉覆盖范围及灌溉均匀程度方面，为种灌溉技术的建议顺序依次为：平移式喷灌技术及滴灌技术、旋转式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、滴灌技术。

（4）在年度运维费用及节水性能方面，4种灌溉技术的建议顺序依次为：旋转式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、滴灌技术、平移式喷灌技术及滴灌技术。

（5）综合考虑所有的因素，进行适宜性评价后，4种灌溉技术的建议顺序依次为：旋转式喷灌技术、平移式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、滴灌技术。