西南地区灌区节水工程的综合评估及应用研究

王永怪

(贵州省兴仁市水务局,贵州 兴仁 562300)

1 概 述

在西南地区,灌区节水工程的规划与管理对于保障农业灌溉水资源的有效利用和可持续发展具有重要意义[1]。由于复杂的自然环境和人为因素的影响,西南地区灌区节水工程的综合评估面临许多困难[2]。目前,对于西南地区灌区节水工程的综合评估在指标选择和权重确定方面存在主观性和不一致性的问题,影响了评估结果的可靠性和可比性,定性指标的量化也需要寻求合适的方法来将主观评价转化为可量化的数据[3-4]。

通过对灌区节水工程的整体情况进行分析,可全面了解工程的现状和存在的问题,为后续评估提供基础数据和参考依据[5]。采用多指标评估方法可以考虑到各方面的因素,综合考虑不同指标的权重,从而更全面地评估灌区节水工程的效益和可行性。指标正向化方法可以将各指标进行标准化处理,消除指标单位和数量级的差异,使不同指标之间可以进行比较和综合分析。鉴于此,本文在对西南地区灌区的分析基础上,提出西南地区灌区节水工程的综合评估方法,研究结果可为西南地区灌区建设提供参考。

2 西南地区灌区节水工程的综合评估方法设计

2.1 灌区概况

灌区指有可靠水源和引水输水排水渠道的作物灌溉区域,属于一种半人工生态系统,主要用于对农作物提供水源和灌溉服务[6-7]。为了对西南地区的灌区节水工程设计进行综合评估,研究选择贵州省黔西南州兴仁县贞龙中型灌区为研究对象,灌区控制范围5 200hm2。其中,农田3 572hm2,土地1 628hm2,实现共1 400hm2灌溉面积改善。

灌区工程所处位置属于低纬度高原性中亚热带温和湿润季风气候区,无霜期长,每年平均无霜期281天,多年平均降雨量1 320.5mm,全年平均气温15.2℃。全年平均气温最高月份为7月,月平均气温22.1℃;平均气温最低月份为1月,月平均气温6.1℃。灌区中有渠系建筑物17座,引水沟渠总长度85km。灌区内由2座小型水库工程作为蓄水工程,此外还有山塘18座以及22处引水工程。灌区所处兴仁县总人口50.94万人。其中,农业人口46.14万人;农村人口44.14万人。

灌区在最近一次改造项目完成后,由某水利水电发展公司作为管护机构,由公司直接对水资源调配工作进行统一管理,并设置5个农民用水协会对田间工程及田间用水管理工作负责。灌区大面积分布石灰岩及碳酸盐岩,灌区降水主要补给地下水。灌区的灌溉水利用系数计算公式如下:

式中:ηy为灌区的灌溉水有效利用系数;Wyj为灌区的净灌溉用水量,m3;Wym为灌区的毛灌溉用水量,m3。

为了对贞龙中型灌区节水工程进行评估,研究以乡镇为单位,将灌区划分为巴铃镇、屯脚镇、回龙镇、大山镇及波阳镇共5个区域。

2.2 西南地区灌区节水工程的综合评估体系建立

在进行西南地区的灌区节水工程综合评估时,需要针对地区特点建立相对应的评估体系[8-11]。研究建立的评估体系从多指标进行综合评估,见图1。

图1 灌区节水工程评估指标

由图1可见,研究建立的灌区节水工程评估体系分为5个大类指标,分别是灌区工程指标、灌区水资源开发利用指标、灌区效率指标、灌区管理指标和灌区生态指标。灌区工程指标对灌区灌溉系统进行构建和改造,使灌区运行效率得到提高,一般参考农田面积、渠道护砌度、节水工程比例、排涝达标率、盐渍化防治达标率等因素[12-13]。水资源开发指标能够对灌区的水资源开发效果进行展示,一般参考灌区水量供需比、水源保证率、水源开发利用率、单位产值用水量等因素。灌区效率指标能反映出灌区的能源和资源使用效率,一般参考灌区水利用系数、灌区灌溉设计保证率、单位面积作物生产能力、能源单耗达到率等因素。灌区管理指标能够反映出灌区的运行情况,一般参考用水协会管理比例、灌溉面积管理程度、费用征收情况、成本开销、信息化配备程度等因素。灌区生态指标能够显示出灌区的生态环境情况和可持续发展性,一般参考灌区水源水质、地下水超采面积比重、耕地开发程度、土壤污染程度、生态工程比重等因素。

针对地区特点,为了降低评估时的数据收集难度,研究对5个大类指标进行细分,得到12个小类指标。其中,灌区工程指标分为农田面积种植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道护砌度、骨干建筑物正常运行情况;灌区水资源开发利用指标分为灌区水量供需比、实际农田面积实现率;灌区效率指标分为灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率;灌区管理指标分为用水协会管理比例、单位面积管理人数、单位面积管理运行费;灌区生态指标为使用水源水质。进行各指标的数据处理时,研究使用作差法进行指标正向化,适度指标计算如下:

(2)

进行指标无量纲化时,使用均值化法进行处理。在均值化后,所有指标的平均值为1。使用专家估测法,对评价体系中的定性指标进行量化[14]。构建评估体系的结果以5个分级进行表示,见表1。

表1 灌区节水工程评估体系结果分级

由表1可见,研究将各指标的数值以区间的方式划分入5个评价分级,以指标数值的结果分级进行综合评价。

3 西南地区灌区节水工程综合评估结果

为了对研究设计的西南地区灌区节水工程综合评价方法的有效性进行测试,以贞龙中型灌区覆盖的巴铃镇、屯脚镇、回龙镇、大山镇及波阳镇作为对象进行评估。首先对评价指标基础数据进行收集,见图2。

图2 指标基础指标值

由图2可见,采用研究方法对各灌区进行综合评估,得到巴铃镇农田面积种植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道护砌度、骨干建筑物正常运行情况、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率、用水协会管理比例、单位面积管理人数、单位面积管理运行费的指标值分别为0.59、60、18、70、6.26、40、0.4、35、0、25、97;屯脚镇的指标值分别为0.75、100、80、95、4.62、94、0.59、65、0、20、232;回龙镇的指标值分别为0.65、25、13、80、1.25、85、0.71、65、0、10、82;大山镇的指标值分别为0.65、40、15、75、1.88、30、0.5、35、3、25、116;波阳镇的指标值分别为0.88、80、0、100、5.08、75、0.65、70、3、15、85。

研究方法对各灌区的评价指标基础数据进行了有效收集,表明研究方法所指定的评价方法不会遭受基础数据收集的困难。对各灌区的指标无量纲化值进行生成,见图3。

图3 指标无量纲化值

由图3可见,采用研究方法对各灌区各指标进行计算,得到了指标的无量纲化值。巴铃镇的农田面积种植比例、骨干渠道完整度、骨干渠道护砌度、骨干建筑物正常运行情况、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率、用水协会管理比例、单位面积管理人数、单位面积管理运行费、水源水质的指标无量纲化值分别为1.23、0.86、1.22、1.89、0.00、1.47、2.16、2.00、0.00、0.75、1.39、1.20;屯脚镇的指标无量纲化值分别为0.55、0.00、0.00、0.32、0.74、0.00、0.84、0.29、0.00、1.13、0.00、0.90;回龙镇的指标无量纲化值分别为0.98、1.61、1.31、1.26、2.27、0.25、0.00、0.29、0.00、1.88、1.55、0.90;大山镇的指标无量纲化值分别为0.98、1.29、1.27、1.58、1.98、1.75、1.47、2.00、1.20、0.75、1.20、1.20;波阳镇的指标无量纲化值分别为0.00、0.43、1.57、0.00、0.53、0.52、0.42、0.00、0.00、1.50、1.52、0.90。

对各灌区节水工程生成最终评估结果,见表2。

表2 灌区节水工程评估结果

由表2可见,研究方法有效生成了5个灌区节水工程的评估结果。在巴铃镇中,骨干渠道护砌度、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进,其余8项指标涉及内容需要进行改进。在屯脚镇中,骨干渠道完整度、骨干渠道护砌度、骨干建筑物正常运行情况、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率、用水协会管理比例、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进,其余3项指标涉及内容需要进行改进。在回龙镇中,灌区水量供需比、实际农田面积实现率、灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率、用水协会管理比例、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进,其余6项指标涉及内容需要进行改进。大山镇中,农田面积种植比例、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、用水协会管理比例、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进,其余7项指标涉及内容需要进行改进。波阳镇中,骨干渠道完整度、骨干渠道护砌度、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、灌溉水利用系数、灌区灌溉设计保证率、用水协会管理比例、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进,其余4项指标涉及内容需要进行改进。

将大山镇和波阳镇进行综合,得到贞龙中型灌区中农田面积种植比例、灌区水量供需比、实际农田面积实现率、用水协会管理比例、单位面积管理运行费达到运行标准以上,不需要进行改进。研究方法得到的评估结果与各灌区的实际情况相符合,与专家评审意见吻合,表明研究方法能够准确进行西南地区灌区节水工程的综合评估。

4 结 论

灌区节水工程能够提升灌溉效率和作物生长质量。本文通过对西南地区节水工程情况进行分析,设计了灌区节水工程的综合评估体系。通过对灌区节水工程的相关影响因素进行参考,由大类指标细分为小类指标,建立了多指标评价体系,并对研究方法进行了应用分析。试验结果中,研究完成了对灌区的11个指标基础指标值的收集;完成了5个灌区共60个指标的指标无量纲化值计算;对灌区节水工程指标进行了分为5级的评价,结果与实际情况符合,表明研究方法能够对西南地区节水工程进行有效评估。