平原地区节水型生态灌区评价模型研究与应用

房 凯 陈 兴 诸晓华

（1.宿迁市水务局，江苏 宿迁 223800；2.扬州大学，江苏 扬州 225009；3.江苏省水利厅，江苏 南京 210029）

0 引言

节水型生态灌区是将水生态文明观融入灌区建设与管理中的各个环节，构建一个工程体系与自然环境协调一致、管理方式与时俱进、水资源高效永续利用、生态系统健康、经济良性循环、具有自身人文景观特色的系统。目前，国家正在大力推进水生态文明建设，而节水型生态灌区建设作为其重要组成部分，在我国才刚刚起步，实践经验较少，还存在许多问题，所以，迫切需要对当前灌区进行评价，为节水型生态灌区建设提供较为科学的依据［1-3］。

宿迁市位于江苏省北部，属于典型的平原地区，现有7 座大型灌区、16 座中型灌区，占全市耕地总面积76%。基于此，加大对当前节水型生态灌区评价研究与应用，进而逐步推广，对于加快宿迁市水生态文明建设，加快实现农村水利现代化具有非常重要的意义。

1 节水型生态灌区评价研究

1.1 评价目的、原则与方法

1.1.1 评价目的

为更好地区分灌区是否为节水型生态灌区，需对其进行科学、合理的评价。节水型生态灌区的评定不仅可为灌区管理单位和水利主管部门对灌区类型的认识提供依据，而且可以帮助其摸清灌区现状，在评价基础上提出对策和具体改善措施，加快推进节水型生态灌区建设。

1.1.2 评价原则

在评价过程中，既要抓住影响灌区体系综合性状的主要因素和直接因素进行分析，又要考虑到影响灌区体系综合性状的一些次要因素和间接因素。评价指标应遵循三条原则：一是简洁并能反映灌区生态可持续程度的宏观综合特性数据，不采用局部微观机理数据；二是能覆盖灌区生态健康程度、非节水型生态灌区原因的主要特征内容；三是可操作性强，所选指标要求无须通过复杂的测试手段或太大的计算工作量，通过调查统计即可获得［4，5］。

1.1.3 评价方法

由于节水型生态灌区系统的复杂性，导致了评价过程将是一个多因素、多层次、多指标的系统工程。这些因素的不确定性、多面性和复杂性，使得评价中的各项指标也带有模糊性。笔者针对这个特点，采用模糊层次分析法建立了节水型生态灌区评价模型。模糊层次综合评价法是将层次分析法和模糊数学方法结合起来应用的方法，即：先利用层次分析模型确定各指标的权重，再利用模糊评判模型将最底层指标值量化并与相应的权重合成分析计算。

1.2 评价指标体系建立

分析节水型生态灌区构成元素，总结灌区生态问题，咨询专家意见，查阅统计资料，得到了评价指标体系，如表1。

根据表1 制定三级指标评级标准。以三级指标“旱涝保收田面积比例”（1.2.4）为例，旱涝保收田面积比达到80%以上的为好，达到75%～80%的为较好，达到70%～75%的为一般，达到65%～70%的为较差，65%以下的为差，其他三级指标评级标准以此类推。

1.3 评价指标的量化

依据评价等级标准，将因素的评价集合V={V1，V2，V3，V4，V5}分为5 个等级，其集合为{好，较好，一般，较差，差}。假设第i 个的单指标因素评价为：Ri={ri1，ri2，ri3，ri4，ri5}，rik为第i 个指标因素的评价对于第k 个等级Vk的隶属度，Ri可从Fuzzy 子集表中查到。依次类推，每个等级的隶属度都可以由Fuzzy 子集查得。可得到某一标准下定性指标因素的评价矩阵［4-6］：

根据节水型生态灌区指标评价的特点，给出Fuzzy 子集表（表2）。

1.4 评价步骤

根据灌区技术工作者提供的信息，应用模糊层次综合评价方法，计算步骤如下［4-6］：

表1 评价指标体系

表2 Fuzzy 子集表

第一步：确定指标体系和评语等级。指标体系选用表1 所列的指标体系，每个三级指标评语等级为以下五级：“好、较好、中、较差、差”。

第二步：分析每个评价指标对总目标的影响程度，即建立因素权重集。具体权重的结果见表1。

第三步：指标的量化。三级指标按照笔者所述方法进行量化。

第四步：综合评价。根据已经确定的权重和量化的指标，按照模糊层次综合评价模型进行综合评价。运算模型采用普通矩阵相乘运算方法，这是一种“加权平均型”的综合评价模型，运算比较精确，适用于考虑整体因素的综合评价。

2 评价实例

2.1 评价过程

笔者以宿迁市沭阳县柴塘灌区某一年度现状为例进行评价。柴塘灌区位于淮沭河以东，盐河以西，柴南河以南，柴塘干渠以北，纵贯沭阳县并包含泗阳、灌南县部分地区，是沭阳县重要产粮地，以种植业为主，受益范围12 个乡镇，总人口42 万人。柴塘灌区总土地面积3.87 万hm2，现有耕地面积2.87 万hm2，水源以淮沭河为主，地势西南高，东北低，地面高程在9.3～3.6 m，土质大部分为砂壤土。

根据对沭阳县柴塘灌区进行全面调研，查阅当地资料，咨询专家意见，经过归纳总结，得到评语等级。笔者以第二层指标1.1-1.3 和对应的第三层指标计算为例，简要阐述评价过程，见表3。

二级指标“防洪除涝系统”指标的评价矩阵为：

以此类推，可以得到其他二级指标的评价矩阵。

则一级指标“灌区工程保障与节水评价”指标的评价矩阵为：

按照以上方法，可以计算出灌区综合评价矩阵为：

表3 灌区工程保障与节水系统评价

为便于计算，进行量化处理：

2.2 评价结果

经计算，本灌区评价得分为59.94。根据已经制定的灌区评价标准，总评分大于等于80 分的灌区可评价为一类灌区，总评分60～80 分（不含80分）的灌区可评价为二类灌区（即节水型生态灌区标准），总评分40～60分（不含60 分）的灌区可评价为三类灌区，总评分低于40 分的灌区可评价为四类灌区。

所以，本灌区属三类灌区，略低于节水型生态灌区标准，在满足当地农业生产要求上存在一些问题，还需进一步改造。灌区管理单位可以根据各项评价指标得分高低和灌区实际情况确定改造的重点，编制灌区改造的方案，从而达到节水型生态灌区标准。

3 结语

笔者从灌区工程保障与节水系统指标、灌区自然生态系统指标、灌排工程模式系统指标、灌区水环境系统指标与灌区管理系统指标5 个方面提出了节水型生态灌区一系列评价指标，建立了节水型生态灌区评价指标体系，并采用模糊层次综合评价法进行评价。结果表明，本方法可行，能够为节水型生态灌区建设提供科学的依据。

［1］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（1）.

［2］杨培岭，李云开，曾向辉，等.生态灌区建设的理论基础及其支撑技术体系研究［J］.中国水利，2014（13）.

［3］顾斌杰.节水型生态灌区构建原理及关键技术研究［D］.南京：河海大学，2006.

［4］王书吉，费良军，雷雁斌，等.灌区节水改造综合评估指标权重确定方法研究［J］.干旱地区农业研究，2009（5）.

［5］张会敏，李占斌，姚文艺，等.灌区续建配套与节水改造效果多层次多目标模糊评价［J］.水利学报，2008（2）.

［6］姜成启.大中型泵站老化模糊层次综合评估体系研究［D］.扬州：扬州大学，2005.