基于GIS的凉州灌区节水效率分区研究

王吉彪，韩 梅，袁政祥，张正鹏，王 祎

（甘肃省武威市凉州区农业技术推广中心，甘肃 武威 733000）

节水灌区建设在国外已经具有一定的规模，其相应的灌区评价方法与监测设施的发展和研究也已达到较高的水平，如以色列、美国、日本等国早在20世纪60～70年代就开始探索环境等信息监测技术和监测模式以及相应评价方法［1］。目前我国应用较多的评价方法是综合评价方法与模糊综合评价方法［2］。

综观目前灌区的建设状况，比较适用的指标可分为3种：即灌区技术指标、生态环境指标、社会经济指标，各项指标的权重系数通过AHP方法和专家群决策来确定。据农业生态环境监测的内涵及特征，指标体系分条件指标和压力指标两大类［3］，两者在生态环境中的权重分别为q1和q2；条件指标是指灌区大气、水体、土壤、气候、景观和周边条件等综合指标，此项指标可结合灌区实测数据进行层次分析。我们应用耕地地力评价生成的耕地资源管理单元图，提取灌区耕地及所有属性数据，借助GIS技术，利用县域耕地资源管理信息系统和Access等相关软件，综合运用层次分析、模糊数学方法进行凉州区灌区节水效率分区，为当地发展节水农业提供准确、可靠的量化依据，为生态节水灌区的发展提供良好的理论依据和实践标准。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

凉州区位于武威市中部，辖19镇18乡448个行政村，总面积5 081 km2，总人口102.2万人，是甘肃省人口最多的县级区。地势西南高而东北低，平均海拔1 632m，气候属冷温带干旱区，是典型的大陆性气候，日照充足，温差大，无霜期156 d，宜于粮油作物的生长。自然资源比较丰富，境内的祁连山北坡有水源林和天然草场8万hm2。有西营、金塔、杂木、黄羊河等四条内陆河，均发源于祁连山，年径流量8～9亿m3。地下水储量近6亿m3。

1.2 空间数据和属性数据采集

用凉州区耕地地力评价的空间数据结果中的耕地资源管理单元图，在AICGIS9.3软件中提取凉州区灌区耕地资源管理单元图，依据是将研究区内水浇地全部规划为全区灌区，步骤见图1。在AICGIS9.3软件添加耕地资源管理单元图，打开其属性表，点击Selectby Attributes选项，选出地类号为12的所有图版单元，输出新的SHP.格式文件，便成了水浇地管理单元图，也就是我们研究所要用到的对象灌区耕地资源管理单元图。

1.3 数据分析

属性数据库的建立主要应用ArcGIS 9.3及MicrosoftOffice Access2003数据库软件，空间数据库的建立主要应用ArcGIS 9.3软件，评价指标的隶属函数模型建立与层次分析主要应用县域耕地资源信息系统SPSS13.0。

1.4 评价指标选取

综合考虑凉州区灌区的特点，结合该地实际情况，依据针对性、主导性、稳定性、可操作性等选取原则，运用专家经验法，最终选取8个评价指标作为灌区效率适宜性分区的因子，即坡度、有机质、有效磷、耕层厚度、灌溉模数、灌溉保证率、障碍层厚度、熟化层厚度。依据8项指标要素间的关系，构造层次结构图，比较同一层次各因素对上层次的相对重要性，给出数字化的评估，形成判断矩阵进行计算。通过层次单元排序及一致性检验和层次总排序及一致性检验得各因子组合权重，即灌溉保证率为0.338 4，坡度为0.213 9，灌溉模数为0.153 8，有机质为0.105 2，障碍层厚度为0.064 4，有效磷为0.059 4，熟化层厚度为0.035 8，耕层厚度为0.029 2。

图1 灌区管理单元图提取界面

表1 各因子隶属函数关系

表2 不同节水效率分区的各灌区面积统计结果 hm2

图3 不同节水效率分区的灌区面积

1.5 隶属函数模拟

参评因子赋值采用隶属函数模型，根据模糊数学理论，用特尔斐法对一组实测值评估出相应的一组隶属度，通过拟合建立函数关系（表1），求得各因子素隶属度。

2 结果与分析

2.1 综合指数分级及其灌区效率适宜性评价分区

利用加法模型（下式）计算IFI。

IFI=∑Fi×CiBi（i=1，2，3，……，n）

式中：IFI（Integrated Fertility Index）代表效率分区指数；Fi为第i个因素隶属度；CiBi为第i个因素的组合权重。采取累积曲线分级法划分灌区节水效率分区等级，结果高效节水区IFI综合值为0.700 036～0.922 291，潜能节水区IFI综合值为0.627 345～0.699 466。

2.2 效率适宜性区域面积分析

利用分区结果数据和AICGIS数字专题制图功能，生成凉州区灌区耕地节水效率适宜性分区图（见图2）。

图2 凉州区灌区耕地节水效率适宜性分区

依据系统计算分区结果，通过AICGIS软件导出凉州区灌区2种不同节水效率分级分区后所占面积数据（见表2），结合表2和图3，整个灌区中高效节水区面积较大的是西营灌区、永昌灌区、杂木灌区，分别为20 707.0、20 329.0、21 018.9 hm2。潜能节水区域面积较大的是黄羊灌区，为20 348.3 hm2。

3 小结与讨论

1）分析结果表明，凉州区灌区高效节水区IFI综合值为0.700 036～0.922 291，潜能节水区IFI综合值为0.627 345～0.699 466。影响节水效率的指标因子的权重程度从大小依次为灌溉保证率、坡度、灌溉模数、有机质、障碍层厚度、有效磷、熟化层厚度、耕层厚度，其权重依次为0.338 4、0.213 9、0.153 8、0.105 2、0.064 4、0.035 8、0.029 2；定量区分开了不同节水效率下各个灌区的面积，高效节水区面积较大的是西营灌区、永昌灌区、杂木灌区，潜能节水区域面积较大的是黄羊灌区。

2）面临日益紧张的水资源问题，节水灌溉已是解决农业缺水的很有力的技术途径，大力发展节水农业灌溉也是当务之急，也是长期的战略性任务。本研究定量的区分灌区的节水效率面积和生成的凉州区灌区耕地节水效率适宜性分区图，可为生态节水灌区的发展提供良好的理论依据和实践标准。

［1］ 吴忠标.环境监测［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］ 山 仑.中国节水农业［M］.北京：中国农业出版社，2004.

［3］ 王洪庆，陶 战，周 健.农业生态监测指标体系探讨［J］. 农业环境保护，1996（4）：31-33.

［4］ 王 祎，蔡立群，张兴嘉，等.清水县耕层土壤主要养分空间分布与变异研究［J］.甘肃农业大学学报，2012，47（5）：121-128.

［5］ 袁政祥，王 祎.基于GIS的凉州区耕层土壤主要养分时空变化研究［J］.甘肃农业科技，2013（4）：28-30.