大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证

2021-12-29 08:30范习超秦京涛刘思若谷少委吕谋超
农业工程学报 2021年20期
关键词:用水节水灌溉

范习超,秦京涛,徐 磊,刘思若,谷少委,吕谋超

•农业水土工程•

大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证

范习超1,2,秦京涛1,2,徐 磊3,刘思若3,谷少委1,2,吕谋超1,4※

(1. 中国农业科学院农田灌溉研究所,新乡 453002;2. 中国农业科学院研究生院,北京 100081;3. 中国灌溉排水发展中心,北京 100054;4. 农业农村部节水灌溉工程重点实验室,新乡 453002)

灌区是中国农业节水的主战场,对灌区节水水平进行评价可为灌区现代化改造提供借鉴与指导,合理适用的评价指标体系是进行灌区节水水平评价的核心内容。针对当前灌区评价指标选取存在的冗余、不完备的问题,为构建满足简洁性与完备性的反映灌区节水水平的评价指标体系,该研究从工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护及用水效益5个方面初步建立了大型灌区节水水平评价指标体系,利用筛选模型从70个指标中优选出了23个灌区节水评价指标,表达了86.42%的信息,使最终的指标体系兼具简洁性与完备性,并对河南省沿黄渠村灌区、彭楼灌区、广利灌区、大功灌区4处大型灌区进行了节水水平实证研究。结果表明,4处灌区相应的节水评价指数分别为0.666、0.730、0.657、0.616,其中彭楼灌区由于具有较高的骨干渠系配套程度和明显的工程节水优势使其整体节水水平较高,渠村灌区和广利灌区的节水水平次之,大功灌区的节水水平相对较低;受益于大型灌区续建配套与节水改造项目4处灌区在工程节水方面表现相对较好,评价结果与实际情况相符,表明该研究构建的节水水平评价指标体系科学合理;为进一步提升灌区的节水水平,4处灌区需加强用水管理水平、增加用水效益以及注重水资源保护建设。研究成果为科学评估大型灌区节水建设提供了一种有效的方法,并对推进农业节水化进程具有积极的指导作用。

灌溉;水资源;渠系;大型灌区;节水水平;指标体系;优选筛选

0 引 言

灌区是指为满足区域灌溉、城乡生活、工业、生态等用水需求,由稳定水源(河流、水库或地下水)工程和相应引、输、配水渠(管)道系统及排水沟道组成,设置有专门管理机构的社会属性占主导的综合系统。中国现有大中型灌区共7 839处,有效灌溉面积3 467万hm2,约占全国耕地灌溉面积的50.5%,近年来大中型灌区年均灌溉用水量2 150亿m³,占全国农业灌溉用水总量的63%,占2019年全国用水总量的35.7%[1],由此可见大中型灌区是推进中国农业节水化发展的主战场[2]。目前,部分国家在灌区节水建设方面取得了良好的效果,如以色列通过强化水土资源管理、设立各地区水费调节基金、大力发展节水农业、创新水资源高效利用技术以及水资源节约宣传教育等手段成功实现了干旱地区节水灌溉农业的发展[3-6];法国提出了协作管理、区域开发公司管理和单个灌溉工程管理的灌区用水管理模式,缓解了其南部地区水资源紧缺状况[7];美国通过完备的节水灌溉设施、政府扶持节水农业、科技驱动水资源调控、推广节水灌溉和精量按需灌溉等措施加强了灌区建设与管理[8-10];埃及采用水资源统一管理、调整种植结构与类型、成立以农民为主的用水者协会和农业灌溉用水免费制度等管理措施推动了尼罗河流域节水农业的发展[11-13];土耳其运用农户“自主管理灌排区”的管理模式,建立水利联盟或灌溉协会负责灌区的运维与水费征缴,取得了较好的成效[14-16];总之,国外根据各自区域农业灌溉的特点,因地制宜、各具特色地制定了相关灌区运管模式。

中国的灌区多兴建于20世纪五六十年代,一方面,受时代所限其设计标准普遍偏低、配套程度较差;另一方面,多年的运行也造成了灌区支撑能力下降,集中表现为相关水利工程老化损毁严重、用水效率低下的问题。20世纪90年代以提高用水效率为主要目标的大型灌区续建配套与节水改造项目开始实施,通过骨干建筑物除险加固、续建配套、渠道衬砌防渗等建设内容,同时开展以用水户参与管理为代表的运管机制改革,升级和完善了灌区节水与运行水平[17-22],在相当程度上解决了大型灌区骨干渠道、泵站及闸门存在的关键问题,在保证国家粮食安全、推进水资源可持续利用[23-25]方面取得了较为显著的成效。

习近平总书记提出的农业节水化是中国农业发展的新方向。灌区是中国农业节水的主战场,“节水高效”是中国现代化灌区的首要目标,对灌区节水水平进行评价不仅可以科学度量灌区发展水平,而且对推进农业节水化具有重要的带动作用。关于灌区节水评价方面,Sun等[26]构建了灌区水管理水平的35个评价指标,并采用层次分析法对灌区的水管理进行了评价分级;曹永梅等[27]和冯峰等[28]分别运用属性层次模型和用水流量跟踪法构建了灌区节水水平评价指标体系和引黄灌区用水效率评价指标体系;王锦辉等[29]从节水与经济方面构建了大型灌区运行状况综合评价指标体系;乐志华等[30]、籍欢欢等[31]和尚林鑫等[32]分别基于改进熵值法、多目标评价和Topsis方法、压力-状态-响应(Pressure-State-Reponse,PSR)模型构建了灌区农业节水效益评价指标体系,并对相关灌区进行了评价分析;朱洁等[33]结合宁夏灌区建设实际建立了节水型灌区考核指标与评分标准;雷薇等[34]根据贵州省大型灌区续建配套与节水改造实践,构建出大型灌区续改建综合效益指标体系,并进行了实证研究。节水是当前农业和灌区现代化的关键目标,也是当前灌区建设与研究领域的热点问题,灌区节水评价指标很大程度上决定着评价结果,进而影响到具体措施方案的制定实施。然而,这些研究难以有效反映中国当前灌区的节水水平,且在不同程度上存在指标选取的随意性和冗余性。本文在上述研究的基础上,结合灌区建设最新行业发展需求[35],构建基于选择模型的大型灌区节水水平评价指标体系,保证评价指标设置的完备性与简洁性,对河南省沿黄4处大型灌区进行案例评价,以期为推进灌区现代化建设和农业节水化发展提供一种有效的测评工具。

1 灌区节水相关指标的统计与初步选取

1.1 节水水平评价指标统计

根据以上文献研究,并结合灌区现代化建设最新行业需求[35],从工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护、用水效益5个层面对大型灌区节水评价指标进行归纳与总结,初步建立了节水水平评价指标体系,其中工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护、用水效益5个中间层分别包括9、9、17、19和16个指标,共计70个指标详细情况如图1所示。

1.2 基于八原则的节水水平评价指标体系初步筛选

为保证对灌区节水水平进行客观准确的评价,按照文献[36-37] 根据系统工程理论与经济学原理的方法提出的8个原则:可测性(Measurability,M),敏感性(Vulnerability,V),可预测性(Predictability,P),典型性(Typicality,T),可控性(Controllability,C),整体性(Integrity,I),响应性(Responsibility,R),稳定性(Stability,S),作为单个指标入选遵循的原则(或标准)。其中,整体性是针对整个指标体系构建,经全面统计的上述指标体系已满足该要求。

逐一确认图1中每个指标的标准符合度,发现36个指标符合的标准数量不少于5 个(表1),可以直接保留:骨干渠道衬砌率、工程配套完成率、骨干渠道完好率、骨干建筑物完好率、骨干渠道淤积状况、渠系水利用系数、节水灌溉面积率、高效节水灌溉面积率、田间水利用系数、高标准农田面积率、复种指数、单位面积均毛灌溉用水量、水费实收率、用水户协会覆盖率、斗口量水设备配置率、两费”落实率、万亩管理人员数量、大专及以上专管人员比例、信息化覆盖率、工程设施管护率、农业灌溉用水占比、水利设施自动化率、中水利用量占比、生态用水满足率、排水水质达标率、地下水超采率、灌区地表水水质达标率、工业废水处理率、排水沟工程完好率、水生态监控系统覆盖率、生态用水占比、水环境监测站点数量、人均粮食占有量、单位灌溉用水粮食产量、灌区农业产值占GDP比、万元GDP用水量的。其他34项指标符合的标准数量少于5个,故予以剔除。

1.3 节水水平评价指标优化筛选方法

1.3.1 构建关系矩阵

利用初步筛选后的节水水平评价指标构建包含元素r的关系矩阵,其中是某中间层的排列位次,是指该中间层的第个指标。当第个指标与第位中间层有关联时,r的值为1,否则r的值为0[38-39]。

表1 大型灌区节水水平评价指标体系符合标准

注:M、V、P、T、C、R、S分别表示指标的可测性、敏感性、可预测性、典型性、可控性、响应性、稳定性。

Note: M、V、P、T、C、R、S represent the measurability, vulnerability, predictability, typicality, controllability, responsiveness and stability of the indexes.

1.3.2 构建入选标准度矩阵

根据不包括整体性在内的其他7个原则,构建一个行数为,列数为7的入选标准矩阵用于指标的优化筛选,则标准度矩阵为

式中代表指标数,7代表7个入选标准。当某指标满足标准时c=1,否则为0。

如果同时满足可测、敏感、典型、可控及稳定5个入选标准,则指标可直接入选,其余指标做待定处理。根据以上5个入选标准,构建向量,满足某个标准的值为1,剩余2项标准的值暂定为0。

=[1, 1,0,1,1,0,1] (3)

1.3.3 大型灌区节水水平评价指标优化

为保证指标体系的完备性与简洁性,需要使得目标函数(定义为最终入选指标数)达到最小值,则目标函数可设为

式中c为指标层中第个指标的取值。当某指标满足不少于5个标准时,c=1,此时该指标可保留;当某指标满足少于5个标准时,c=0,此时该指标被移除体系。即

如果×T≥5 那么c=1 (5)

构建向量CI=[c1,c2,…,c],为保证指标层间的联系性,则需要满足

CI×T>0 (6)

所有指标的权重之和需要达到一定精度才能保证指标体系的完备性,选择主成分分析法[37]常用的0.85作为指标完备性的一个标准。

CI×T≥0.85 (7)

式中= [1,2,……,] 是所有指标权重构成的矩阵。

1.4 大型灌区节水评价指数的建立

为反映大型灌区节水水平,利用加权平均法构建大型灌区节水水平综合指数,其基本模型如式(8)所示。

U=∑=1w·P(8)

式中是归一化后的权重调节系数,U为大型灌区节水评价指数;w为指标权重,P为指标标准化值。

采用式(9)对正向指标(越大越好),如渠系水利用系数、“两费”落实率等进行标准化处理。

P=now/goal(9)

式中now为指标现状值(2018年),goal为指标对应的现代化灌区目标值(2035年)。

采用式(10)对逆向指标(越小越好),如亩均毛灌溉用水量、农业灌溉用水占比等进行标准化。

P=goal/now(10)

同时,根据节水评价指数的大小,将大型灌区节水水平划分为4个等级用以反映灌区节水水平,见表 2。

表2 节水水平等级划分

2 实证分析

2.1 灌区样本选择及资料搜集

本文选取河南省的4处大型灌区,即渠村灌区、范县彭楼灌区、广利灌区、大功灌区作为研究对象,各灌区基本情况介绍见表3。原始数据主要来自各灌区续建配套与现代化改造实施方案,部分数据根据相关地市2018年或2019年统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报、水资源公报等资料确定。

表3 灌区基本情况介绍

2.2 结果与分析

2.2.1 大型灌区节水评价指标体系优化结果

确定各指标的权重是进一步优化筛选的先决条件,对经初步筛选后保留的36个指标采用层次分析法[40]与德尔菲法[41-42]计算获得各指标的权重,如表4所示。

表4 初选指标权重

据式(1)~式(3),结合初筛后的36个评价指标,构建入选标度矩阵(32×7),关系矩阵(32×7),×T分别为

根据以上计算结果,可以得出CI=[1 1 1 1c51 c71 1c101 1 1 1 1 1 1 1 1c201c22c23 c24 c25 c26 c27 c281 1 1c32c331 1 1],可见有c5等13个指标不能确定是否保留。

为保证各指标与中间层的联系性,式(6)必须成立,此时CI×R>0,即

CI×R=[5+c5, 4+ c7+ c10, 8+ c20+ c22, 3+ c23+ c24+ c25+ c26+ c27+ c28+ c32, 3+ c33]>0。由于c为0或1,则CI×R>0的条件已经满足。

选择主成分分析法[43]要求的0.85作为指标完备性与整体性的标准,即

CI×T>0.85 (12)

此时CI×T=[1 1 1 1 1 1c61 1 1 1 1 1 1c14c15c16c171c191 1c22c231c251c271c291 1c32]×T= 0.864+0.019c5+0.006c17+0.011c10+0.018c20+0.009c22+0.006c23+0.012c24+0.015c25+0.010c26+0.006c27+0.003c28+0.015c32+0.007c33>0.85,不等式成立,因此没有必要额外增加指标来保证指标体系的完备性。故最终23个指标入选大型灌区节水评价指标体系,如图2所示。该评价指标体系的完备性可达86.42%,能够反映大型灌区节水水平,同时达到了指标体系简洁的目标。其中复种指数、亩均毛灌溉用水量、农业灌溉用水占比、灌区农业产值占GDP比4个指标为逆向指标。

2.2.2 大型灌区节水评价指数结果

在选择评价指标的过程中,渠系水利用系数是一个能够反映渠系节水综合节水状况的指标,其所在中间层的骨干渠道衬砌率、渠系建筑物完好率等也从不同角度体现了渠系的节水建设水平,这在一定程度上造成了指标涵义的重叠。同时上述各指标又非常重要,因此本研究专门咨询了灌区建设、管理与研究等业内专家,将渠系水利用系数、以及同样情况的田间水利用系数纳入到评价指标体系。

以河南省的4处大型灌区为实证研究对象,利用优化后的指标体系,引入层次分析法与德尔菲法确定各指标权重,依据大型灌区节水评价指数计算公式,得到各灌区节水水平的评价结果,如表5所示。

表5 大型灌区节水评价

从表5可以得出,4处灌区的节水评价指数由大到小排序为彭楼灌区、渠村灌区、广利灌区、大功灌区。彭楼灌区的节水水平较高,节水评价指数为0.730,达到“良”级水平,明显高于其他3个灌区;渠村灌区、广利灌区与大功灌区的节水评价指数分别为0.666、0.657和0.616,均处于“中”级水平,大功灌区的节水评价指数略低于其他两个灌区。利用大型灌区节水评价指数计算步骤,从工程节水、田间节水等5个二级指标的得分率对比各灌区节水情况(图3)。彭楼灌区在工程节水方面评分最高且优势明显,经调查该灌区从2009年至今已进行了7个年度的续建配套与节水改造,现有的渠系节水改造程度较高;大功灌区工程节水得分最低,原因在于骨干渠道衬砌率、闸门启闭机等配套设施不足,根本原因在于该灌区过往工程建设投入相对不足,导致工程现状与2035年目标值相差过大。田间节水方面,广利灌区偏低,表现为高效节水灌溉面积率较低和亩均毛灌溉用水量过大,且当前2个数据与2035年目标值相差较大,这表明广利灌区在今后的田间节水建设方面任务较重;大功灌区在田间节水方面得分最高,经调查该灌区内若干乡镇在高标准农田与高效节水灌溉方面投入较多,且制定的目标值与现状值在4个灌区中整体差异最小。渠村灌区的用水管理水平在4处灌区中最低,主要表现在水费收缴、用水户协会建设、量水设施配置等方面完善程度较低,一方面是由于之前的灌区改造多集中与工程建设,另一方面由于全国大型灌区管理改革尚处于起步阶段,而该灌区规模较大,涉及灌区管理改革的诸多措施成效尚未显现;其他3个灌区在用水管理方面差异不大。大型灌区的用水效益与所在地区的经济社会发展水平关系紧密,在图3中表现为大功、广利两个灌区评分最高,而渠村灌区与彭楼灌区(均位于濮阳市)用水效益较低且差异不明显,这是由于新乡、焦作两市的经济发展水平高于濮阳市导致。4处大型灌区水资源保护得分情况整体较差,其得分率在雷达图中均不超过0.4,这表明4个灌区当前在排水系统建设、生态用水保障方面存在较大的短板,难以适应灌区现代化的要求,随着当前大型灌区现代化建设的展开,如何提升灌区水资源保护水平,发挥灌区的生态功能将是今后各方共同关注的课题。

通过分析4个灌区的节水评价指数结果并进一步对比5个二级指标得分情况,分析造成各灌区节水水平差异的原因,如彭楼灌区骨干工程建设相对完善、而濮阳市2个灌区节水效益得分处于同一水平且明显低于其他2个灌区、4个灌区的水资源保护建设水平普遍较差,这些结果都与经过充分调研后掌握的各灌区信息较为一致,表明本研究构建的由23个指标组成的大型灌区节水水平评价指标体系可以较准确地反映灌区节水情况。

本研究在文献分析、行业需求预测的基础上,根据评价指标的入选原则,用定量的方法确定了一套简洁完备的大型灌区节水水平评价指标体系。根据制定的指标体系对灌区现代化建设过程进行指导和评价,对保障相关节水措施得到科学实施有着重要的参考作用。

3 对策与建议

针对评价结果,为提升节水水平,今后的灌区现代化建设与改造有必要对节水的范围与内涵进行拓展,凸出管理体制机制与水生态保护的节水作用。建议从以下方面开展相关工作:

1)充分挖掘灌区节水潜力,建立从渠首到田间再到排水的全过程节水体系。长期以来中国的灌区建设投入集中在骨干工程,而末级渠系及田间节水建设多由高标准农田和高效节水灌溉覆盖,由于统属部门的不同,在规划实施时难以充分考虑两者的配套,导致工程投入难以形成节水合力,影响节水效益的发挥。今后在深入推进灌排工程现代化改造的同时,应考虑与下游田间工程建设协调配套,形成覆盖灌溉水源、灌排骨干工程与田间工程的全过程节水合力。

2)发挥灌区水管理的调节作用,以农业水价改革为契机建立健全灌区节水体制机制。水价是促进节水的重要经济杠杆,深入推进灌区农业水价综合改革不仅可以引导灌区用水由粗放式向集约式转变,而且可为灌区良性运行、提升用水户节水意识提供有效的经济保障。建议4个灌区从水费收缴、基层用水合作组织建设、完善供水计量设施着手,在深入推进农业水价综合改革的同时,全面提升灌区用水管理水平,进而提升灌区整体节水水平。

3)实施排水沟道疏浚整治与改造,完善水资源水环境监测网络。排水沟道具有防洪、除涝、排渍、盐碱化防治的作用,同时兼顾一定的灌区生态景观功能。推进灌区排水沟道疏浚整治与改造,保障排水沟道正常运行不发生冲刷、淤积和边坡坍塌,配套以排水水量水质监控系统,对充分满足灌区生态基流、保护灌区下游水资源具有重要的意义。

4)进一步提升用水效益,在保证国家粮食安全的同时,因地制宜推广喷灌、滴灌等高效节水灌溉措施,适当增加经济作物种植面积,提高农产品附加值。

4 结 论

本研究克服了指标筛选过程中的随意、冗余问题,构建了一套简洁完备的反映大型灌区节水水平的评价指标体系,并在河南省的4处大型灌区进行了实证分析,主要结论有:

1)从工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护以及用水效益5个方面反映灌区节水水平,通过初步选择与优化筛选,将指标数量从最初的70个精简到23个,表达了86.42%的整体信息。

2)建立了大型灌区节水评价指数模型,以河南省的4处大型灌区为例进行节水水平评价。范县彭楼灌区节水水平较高,渠村灌区、广利灌区节水水平略低,大功灌区的节水水平明显低于其他3处灌区。

3)受益于大型灌区续建配套与节水改造,4处灌区在工程节水方面表现较好。为进一步提升节水水平,4处灌区今后宜采取措施协调骨干与田间工程建设、强化用水管理、增加用水效益、推进水资源保护建设。

[1] 中华人民共和国水利部. 2019 年中国水资源公报[EB/OL]. [2020-10-10].http://www. mwr. gov. cn/sj/tjgb/szygb/202008/t20200803_ 1430726. html

[2] 倪文进. 大中型灌区现代化建设需处理好几个问题[J]. 中国水利,2020(9):6-7.

Ni Wenjin. Several problems to be solved in the modernization of large and medium-sized irrigation distircts[J]. China Water Rssources, 2020(9): 6-7. (in Chinese with English abstract)

[3] 易小燕,吴勇,尹昌斌,等. 以色列水土资源高效利用经验对我国农业绿色发展的启示[J]. 中国农业资源与区划,2018,39(10):37-42.

Yi Xiaoyan, Wu Yong, Yin Changbin, et al. The enlightenment of israel’s efficient utilization of land and water resources to the green development of agriculture in China[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2018, 39(10):37-42. (in Chinese with English abstract)

[4] 宗会来. 以色列发展现代农业的经验[J]. 世界农业,2016(11):136-143.

[5] 王岚,马改菊. 以色列现代农业发展的影响因素、特征及启示[J]. 世界农业,2017(1):173-178.

[6] 张永升,谷彬,马九杰. 以色列现代农业之路[J]. 世界农业,2014(6):64-67.

[7] 王秀鹃. 农业节水的路径组合与绩效研究[D]. 泰安:山东农业大学,2019.

Wang Xiujuan. Study on the Route Combination and Performance of Agricultural Water-saving in China[D]. Tai’an: Shandong Agricultural University, 2019. (in Chinese with English abstract)

[8] 张也. 我国农业节水管理的制度转型:以美国和德国为鉴[J]. 农村经济与科技,2018,29(7):34-37.

[9] 冯颖. 农业节水技术补偿机制研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学,2013.

Feng Ying. Study on agricultural water-saving technology compensation mechanism[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[10] 胡乐鸣,刘绍太,曹新惠,等. 美国机械化节水技术见闻与启示[J]. 农业技术与装备,2014(1):39-42.

[11] Shahat Sabet Mohamed Ahmed Ali. 埃及农业发展的评价与前景研究[D]. 北京:中国农业科学院,2017.

Shahat Sabet Mohamed Ahmed Ali. Evaluation and Growth Prospect of Agricultural Development in Egypt[D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2017. (in Chinese with English abstract)

[12] Aki Kubota. Study in effects of water-saving agriculture and intercropping system for increasing food production and the technology development in the Nile Delta, Egypt[J]. Research for Tropical Agriculture, 2018,11(1):32-34.

[13] Fleifle A E, Saavedra Valeriano O C, Nagy H M, et al. Simulation-optimization model for intermediate reuse of agriculture drainage water in Egypt[J]. Journal of Environmental Engineering, 2013, 139(3):391-401.

[14] 韩清瑞,高祥照. 以色列、土耳其节水农业发展状况与启示[J]. 中国农业信息,2014(4):11-13.

[15] 许燕,施国庆. 土耳其的灌溉发展及其管理[J]. 节水灌溉,2009(11):56-59.

[16] 李随祥. 由土耳其灌溉农业管理模式引发的思考[J]. 科技情报开发与经济,2004(9):88-89.

Li Suixiang. Thoughts on the management mode of irrigation agriculture in Turkey[J]. Sci-Tech Information Development & Economy, 2004(9):88-89. (in Chinese with English abstract)

[17] 高占义. 我国灌区建设及管理技术发展成就与展望[J]. 水利学报,2019,50(1):88-96.

Gao Zhanyi. Technical achievement and prospection in irrigation scheme developmentand management in China. [J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2019, 50(1): 88-96. (in Chinese with English abstract)

[18] 韩振中,闫冠宇,刘云波,等. 大型灌区续建配套与节水改造评价指标体系的研究[J]. 中国农村水利水电,2002(7):17-21.

Han Zhenzhong, Yan Guanyu, Liu Yunbo, et al. Research on the evaluation index system for rehabilitation and water saving reform of large-sized irrigation district[J]. China Rural Water and Hydropower, 2002(7):17-21. (in Chinese with English abstract)

[19] 倪文进. 以灌区节水改造促进灌区管理体制改革[J]. 中国水利,2009(11):15-16.

[20] 阳眉剑,吴深,于赢东,等. 农业节水灌溉评价研究历程及展望[J]. 中国水利水电科学研究院学报,2016,14(3):210-218.

Yang Meijian, Wu Shen, Yu Yingdong, et al. Progress and prospect of agricultural water-saving irrigation assessment[J]. Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research, 2016, 14(3):210-218. (in Chinese with English abstract)

[21] 仵峰,王亮,宰松梅,等. 大型灌区农业水价综合改革的探索[J]. 河南水利与南水北调,2019,48(2):27-28.

[22] 邢相军,王金霞,张丽娟. 黄河流域灌区的灌溉管理改革进展及影响因素研究[J]. 安徽农业科学,2010,38(25):14098-14102.

Xing Xiangjun, Wang Jinxia, Zhang Lijuan. The progress and determinants of irrigation management reform in the irrigation districts of the Yellow River Basin[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010, 38(25):14098-14102. (in Chinese with English abstract)

[23] 齐学斌,黄仲冬,乔冬梅,等. 灌区水资源合理配置研究进展[J]. 水科学进展,2015,26(2):287-295.

Qi Xuebin, Huang Zhongdong, Qiao Dongmei, et al. Research advances on thereasonable water resources allocation in irrigation district[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(2):287-295. (in Chinese with English abstract)

[24] 彭世彰,纪仁婧,杨士红,等. 节水型生态灌区建设与展望[J]. 水利水电科技进展,2014,34(1):1-7.

Peng Shizhang, Ji Renjing, Yang Shihong, et al. Construction and prospect of water-saving ecological irrigation district[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2014, 34(1):1-7. (in Chinese with English abstract)

[25] 曹金萍. 节水目标下的农业水价改革研究[D]. 泰安:山东农业大学,2014.

Cao Jinping. Reform of Irrigation Water Price in Water-saving Perspective: Take the Main Irrigation Area of Shandong Province as an Example[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[26] Sun H, Wang S, Hao X. An Improved Analytic Hierarchy Process Method for the evaluation of agricultural water management in irrigation districts of north China[J]. Agricultural Water Management, 2016,179(1):324-337.

[27] 曹永梅,李君,李廉俊. 基于属性层次模型的灌区节水水平研究[J]. 人民黄河,2017,39(9):145-148.

Cao Yongmei, Li Jun, Li Lianjun. Study on water-saving level of irrigation area based on Analytic Hierarchical Model[J]. Yellow River, 2017, 39(9):145-148. (in Chinese with English abstract)

[28] 冯峰,倪广恒,孟玉清. 基于流向跟踪和多重赋权的引黄灌区用水效率评价[J]. 农业工程学报,2017,33(10):145-153.

Feng Feng, Ni Guangheng, Meng Yuqing. Evaluation of water use efficiency in Yellow River Irrigation Area based on flow-tracing and layered-weight method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10):145-153. (in Chinese with English abstract)

[29] 王锦辉,费良军,谢芳,等. 灰色关联理论-TOPSIS法的大型灌区运行状况综合评价[J]. 排灌机械工程学报,2015,33(11):985-990.

Wang Jinhui, Fei Liangjun, Xie Fang, et al. Comprehensive evaluation of operational status of large-scale irrigation district based on grey relation theory and TOPSIS method[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2015, 33(11):985-990. (in Chinese with English abstract)

[30] 乐志华,邵东国,李浩鑫,等. 漳河灌区节水改造综合效益评价[J]. 中国农村水利水电,2016(7):11-14.

Le Zhihua, Shao Dongguo, Li Haoxin, et al. The comprehensive benefit evaluation of water-saving reform of Zhanghe Irrigation District[J]. China Rural Water and Hydropower, 2016(7):11-14. (in Chinese with English abstract)

[31] 籍欢欢,胡振华,雷波,等. 基于多目标评价及Topsis方法的节水农业综合效益评价:以黑龙江和平灌区为例[J]. 节水灌溉,2019(4):41-45.

Ji Huanhuan, Hu Zhenhua, Lei Bo, et al. Comprehensive benefit evaluation of water saving agriculture based on Multi-objective Evaluation and Topsis method: Taking Heilongjiang Peace Irrigation District as an example[J]. Water Saving Irrigation, 2019(4):41-45. (in Chinese with English abstract)

[32] 尚林鑫,李育飞,邵光成,等. 基于PSR模型的灌区节水改造综合效益物元分析评价[J]. 灌溉排水学报,2018,37(11):121-128.

Shang Linxin, Li Yufei, Shao Guangcheng, et al. Evaluating multiple benefits of revamping water-saving irrigation district based on the PSR Model[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(11):121-128. (in Chinese with English abstract)

[33] 朱洁,刘学军,陆立国. 宁夏节水型灌区考核评价标准研究[J]. 中国农村水利水电,2019(1):13-15,21.

Zhu Jie, Liu Xuejun, Lu Liguo. Research on evaluation standard of water-saving irrigation district in Ningxia[J]. China Rural Water and Hydropower, 2019(1): 13-15, 21. (in Chinese with English abstract)

[34] 雷薇,张超,王永涛,等. 贵州大型灌区续建配套与节水改造综合效益指标体系构建研究[J]. 节水灌溉,2016(2):88-91,100.

Lei Wei, Zhang Chao, Wang Yongtao, et al. Establishment of comprehensive benefit evaluation system of engineering corollary and water-saving reconstruction of large irrigation districts in Guizhou[J]. Water Saving Irrigation, 2016(2):88-91,100. (in Chinese with English abstract)

[35] 中国灌溉排水发展中心,水利部水利水电规划设计总院. 大型灌区续建配套与现代化改造实施方案编制技术指南[EB/OL]. 2020-03-24 (2020-10-10). http://nssd.mwr. gov.cn/tzgg/202003/t20200324_1393429.html

[36] Lin T, Lin J Y, Cui S H, et al. Using a network framework to quantitatively select ecological indicators[J]. Ecological Indicators, 2009, 9(6):1114-1120.

[37] 李琳,张领先,李道亮,等. 温室智能控制系统适用性评价指标体系选择模型[J]. 农业工程学报,2012,28(3):148-153.

Li Lin, Zhang Lingxian, Li Daoliang, et al. Indicators selecting model for applicability evaluation of greenhouse intelligent control system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(3):148-153. (in Chinese with English abstract)

[38] 袁晓庆,孔箐锌,李奇峰,等. 水产养殖物联网的应用评价方法[J]. 农业工程学报,2015,31(4):258-265.

Yuan Xiaoqing, Kong Qingxin, Li Qifeng, et al. Evaluation method for application of internet of things for aquaculture[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(4):258-265. (in Chinese with English abstract)

[39] 涂武斌. 我国农村区域生态系统健康评价研究[D]. 北京:中国农业大学,2011.

Tu Wubin. Study on the Ecosystem Health Assessment of China's Regional Rural Areas[D]. Beijing:China Agriculture University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[40] Leccese F, Salvadori G, Rocca M, et al. A method to assess lighting quality in educational rooms using analytic hierarchy process[J]. Building and Environment, 2019, 168:106501.

[41] Deveci M, Zcan E, John R, et al. A study on offshore wind farm siting criteria using a novel interval-valued fuzzy-rough based Delphi method[J]. Journal of Environmental Management, 2020, 270:110916.

[42] 沈剑波,王应宽,朱明,等. 乡村振兴水平评价指标体系构建及实证[J]. 农业工程学报,2020,36(3):236-243.

Shen Jianbo, Wang Yingkuan, Zhu Ming, et al. Evaluation index system and empirical analysis of rural revitalization level[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3):236-243. (in Chinese with English abstract)

[43] Li T, Zhang H, Yuan C, et al. A PCA-based method for construction of composite sustainability indicators[J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2012, 17(5): 593-603.

Construction and empirical analysis of the evaluation index system for the water-saving level of large-sized irrigation districts

Fan Xichao1,2, Qin Jingtao1,2, Xu Lei3, Liu Siruo3,Gu Shaowei1,2, Lyu Mouchao1,4※

(1,,453002,; 2.,100081,; 3.,100054,; 4.,,453002,)

About 215 billion cubic metres of water has been consumed by large and medium-sized irrigation districts in recent years, particularly over 35% quantity of the total water consumption in China. The irrigation district has been the main field of agricultural water-saving construction. Therefore, it is necessary to accurately assess the water-saving level in modern irrigation districts. In this study, an index system was established to evaluate the water-saving level in large-scale irrigation districts. Five aspects were considered, including engineering water-saving, farmland water-saving, water use management, water resources protection, and water use benefit. Eight standards were selected, such as measurability, vulnerability, predictability, typicality, controllability, integrity, responsiveness, and stability. A screening model was constructed to identify the indexes to be shortlisted or not. Subsequently, 23 indexes from the 70 primary indexes, 86.42% of the information was expressed by 32.86% of the elementary indexes, indicating the concise and adequate index system. The final indexes were formed, including the backbone canal lining ratio, the completion rate of engineering projects, backbone canal intact rate, backbone hydraulic structures intact percentage, water utilization coefficient of canal system, high-efficient water-saving irrigation coverage percentage, field water utilization coefficient, multi-cropping index, gross irrigation water consumption per mu, real collection rate of water charges, water user association coverage rate, allocation rate of water measuring equipment on lateral gate, 2 fees implementation rate, number of management personnel per 10 000 mu, proportion of management personnel with junior college degree or above, informationization coverage rate, proportion of irrigation water in total water consumption, drainage ditch intact rate, water ecological monitoring system coverage rate, proportion of ecological water in the total water consumption, grain yield produced by 1m³ irrigation water, proportion of primary industry production in irrigation district, and water consumption per-10 000-yuan-GDP. Four large-scale irrigation districts (Qucun, Penglou, Guangli, and Dagong) are all located along the Yellow River in Henan Province. The indexe system was then investigated empirically to determine the water-saving level. The water-saving level indexes for the four objective Irrigation Districts were 0.666 (Qucun), 0.730(Penglou), 0.657 (Guangli), and 0.616 (Dagong), respectively. On the whole, the score of the water-saving level index was ranked in the descending order of Penglou, Qucun, Guangli, and Dagong. The scores of the 5 secondary indexes showed that Penglou achieved the best effect of engineering water-saving, whereas, Dagong was a negative example. This was due to the well-matched infrastructure engineering, where the backbone canal system was of systematic construction and renovation in the past 10 years. Guangli performed relatively lower than the rest because the high-efficient coverage percentage of water-saving irrigation was rather weak and the gross consumption of irrigation water per mu was pretty high, particularly for the long-term goals of farmland water-saving. There was no significant difference in the score of water use management level among the four irrigation districts, but their agriculture water rate, water user association promotion, and water measuring facilities setting, all needed to be rather improved. Water resources protection was the common weakness of the four irrigation districts, indicating the concept of project construction without considering ecological protection over the past years. Consequently, five recommendations can be addressed to further improve the water-saving level in the irrigation districts. 1) To coordinate the backbone and field construction, 2) To establish the new water-saving system under the agricultural water price reform, 3) To strengthen the dredging and transformation of drainage ditches, 4) To improve the water resources and environment monitoring network, 5) To promote the efficient saving on water irrigation, particularly for the planting area of cash crops. The findings can provide an effective way to scientifically evaluate the water-saving construction in large-scale irrigation districts, thereby promoting the process of agricultural water-saving in China.

irrigation; water resources; canals; large-sized irrigation district; water-saving level; index system; index optimization

范习超,秦京涛,徐磊,等. 大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证[J]. 农业工程学报,2021,37(20):99-107.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011 http://www.tcsae.org

Fan Xichao, Qin Jingtao, Xu Lei, et al. Construction and empirical analysis of the evaluation index system for the water-saving level of large-sized irrigation districts[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(20): 99-107. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011 http://www.tcsae.org

2021-01-18

2021-03-12

河南省科技攻关项目(2019-288);中国农业科学院科技创新工程(现代节水型灌区建设与改造创新团队);中央级科研院所基本科研业务费专项(中国农业科学院农田灌溉研究所)资助项目(FIRI2017-25、FIRI20210202、FIRI20210301)

范习超,博士生,助理研究员,研究方向为生态灌区建设理论与技术。Email:xcfan1990@163.com

吕谋超,研究员,博士生导师,研究方向为节水灌溉技术与装备。Email:lvmouchao@aliyun.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011

S274.2

A

1002-6819(2021)-20-0099-09

猜你喜欢
用水节水灌溉
节水公益广告
节水公益广告
校园宿舍洗浴用水余热回收节能分析
苍松温室 苍松灌溉
苍松温室 苍松灌溉
苍松温室 苍松灌溉
节水公益广告
节水公益广告
苍松温室 苍松灌溉
迎接高风险的用水时代——读《大水荒:水资源大战与动荡未来》