绥中县王石灌区综合效益评价

程 雪

(绥中县水利事务服务中心，辽宁 葫芦岛 125200)

水资源的高效利用为灌区综合效益评价的关键内容，通过选择合适的指标构建多目标、多因素评价体系，利用科学的方法评价灌区运行状况和综合效益，对于保证灌区水资源的高效利用和优化配置具有重要意义[1]。因此，选择科学的研究方法及构建系统、全面的评价体系，为灌区综合效益评价过程中具有重要环节[2]。在灌区运行状态和综合效益影响评价方面国内外学者做了大量研究，如冯峰等[3]基于多目标多层次优选理论和半结构性水资源效益评价体系，综合评价了陕西省某灌区的用水效益；李佩成等[4]建立了适用于半干旱与干旱地区的灌区效益评价体系，对灌区效益利用AHP法进行综合评价；邵付伟等[5]人则是对潘庄灌溉区的水利设施工程当前的输水情况、环境状态等因素进行了研究；费良军等[6]综合评价了陕西省具有代表性的灌区运行状态，从而确定了灌区不同年份的运行状态。

目前，模糊评价理论和AHP法为灌区综合效益评价最为常用的方法，这些方法通常是根据专家判断确定各参数权重，而未考虑各因素间的客观联系，因此评价结果具有较强的主观性。另外，确定的指标针对性较低且评价标准具有模糊性特征，对于灌区综合效益还未系统、完善的评价体系和研究方法[8- 13]。鉴于此，针对上述问题本文提出了灰色关联度和AHP法相结合的综合评价法，综合考虑客观性与主观性评价指标建立评价体系，然后以王石灌区为例，综合评价了灌区运行状况和综合效益水平。

1 研究方法

1.1 AHP层次分析法

层次分析法可将待评价对象的影响因素按照达到目标的程度和问题的性质分解为若干个层次，通过对比分析两两元素间的相对重要性构造具有一定关联性的递阶层次结构。换而言之，该方法是按照一定原则和流程将复杂问题进行分解，然后根据各元素之间的隶属度关系建立结构层次模型，采用1～9标度法对比分析两两因素的重要性，按照判断准则建立准则层各因素的判断矩阵A，其标度准则见表1，aij代表i与j评价因子的对比分析值。

表1 两两元素的重要性标度准则

通过对两两元素之间的相对重要性分析构造判断矩阵并确定各参数权重，为检验各参数的合理性与科学性还需要对判断矩阵进行一致性检验，其表达式如下：

(1)

(2)

式中，RI、CR、CI—分别代表随机一致性标准值、比率与指标值；λmax、n—分别代表判断矩阵的特征值与阶数。

选择CR<0.10作为平均一致性检验的判断标准，符合该标准则各参数权重可用于灌区效益评价分析；若不满足该标准则重新调整判断矩阵，直至满足一致性检验要求停止运算。针对满足一致性检验的最大特征根所对应的特征向量，经标准化处理即可确定为各参数权重。

1.2 灰色关联度法

灰色关联度法可根据关联度的大小、次序反映对比序列与参考序列之间的“优劣关系”，因具有操作简便、理论清晰、机损简单及对样本量要求低等优点，广泛应用于多因素强弱、次序与大小的计算分析。因素间的关联度越大则样本数据的变化趋势越相同，反之则变化趋势相反。采用关联度法评价灌区效益的具体步骤如下：

步骤一：归一化处理。设影响灌区效益总目标的参考序列为x0(k);k=1，2，3，…，M，其中灌区的分区数为M；比较指标为xi(k);k=1，2，3，…，n，其中n为效益评价指标数。由于不同指标的量纲不同而无法直接用于效益的计算，所以需要先采用下式进行归一化处理，即：

(3)

步骤二：计算关联系数。根据下式计算确定参考指标x0(k)和比较指标xi(k)之间灰关联系数ξ(xi)，即：

(4)

式中，ρ—能够减少极值影响的分辨系数，ρ值通常在为0～1范围，根据文献资料取0.5；Δmin、Δmax—分别为两级别间的最小差与最大差；Δ0i(k)—参考序列与综合效益评价最优指标值之差。

步骤三：根据关联度计算结果和大小排序确定各比较序列相对于参考序列的“优劣”程度，计算不同标准下灌区综合效益状况。

2 实例分析

王石灌区位于辽宁省葫芦岛市绥中县境内，东临兴城市，西至石河，北依燕山，南临渤海，处于E119°34′-120°37′，N39°51′-40°32′范围。属于北温带大陆性气候，冬无严寒、夏无酷暑，多年平均温度9.1℃。多年平均降雨量619.5mm且在年内分配极不均衡，降水量最少与最多月份出现在12月和7月，其中82%的年降水量集中在每年的6—9月汛期。灌区年均蒸散发1227.0mm，而4—5月份蒸发量占全年的41.5～42.4%，经常出现春旱现象。灌区内无霜期181d，年均湿度62%，日照时数2693h，最大冻深度为1.1m。灌区土壤分为棕壤土、草甸土、沼泽土、水稻土、砂壤土五个土壤类型，灌区北部及西部丘陵区系由前震旦系混合花岗岩组成的地区，表层岩石风化程度很大，透水性好，粘性差，部分地段有坚硬岩石裸露，丘陵区渠道多为挖方渠道，边坡稳定性差，渗漏损失大，浪费水严重且容易淤积。

灌区东西长36km，南北宽29km，区内总耕地40.2万亩，规划节水面积31.2万亩，其中水田、麦田、菜田、玉米以及其他作物面积分别为4.0、2.0、2.5、11.0与1.5万亩。天然降水为形成灌区内河流径流的主要因素，小河流多季节性河流，灌区内有流域面积100km2以上河流5条，由东至西依次为：六股河、王宝河、猫眼河、狗河、石河。多年平均过境水量为3.216亿m3，径流量1.384亿m3，总径流量为4.6亿m3。地表水资源可供水量为12989.1万m3，地下水可利用量4586.4万m3，水资源可利用总量为17575.5万m3。渠系工程现有总干渠2条长53.9km，建筑物254座，已衬砌长度7.9km；干渠17条长113.94km，建筑物422座，已衬砌长度16.88km；支渠57条长114.5km，建筑物1142座，灌溉水利用系数0.58。水源工程以龙屯、大风口两座大(Ⅱ)型水库和大官拦河引水、六股河拦河引水为骨干水源工程，灌区内7处小型拦河引水工程为辅助水源工程。充分利用过境水量、区内径流量、灌区回归水量，初步形成了能够跨流域调，梯级开发综合利用的供水网络。

王石灌区普遍存在灌溉方式粗放、灌水技术落后、渠系分布不合理、输水损失大及工程设施老化失修等问题，严重影响着农业灌溉的正常运行和农业经济的健康发展。为有效降低灌区有限的水资源必须推广高新节水灌溉、灌溉输水、渠系防渗等连续配套节水改造。为了更好的了解灌区节水改造各项技术的综合效益和运行状况，采用文中所述方法综合评价了灌区不同年份的综合效益，以期为提高灌区用水效率和水资源优化配置提供一定参考依据。

2.1 评价指标体系

根据灌区节水改造相关资料及其实际运行状况，在遵循系统性、可行性、科学性、合理性及客观性原则的基础上，从生态、社会与经济效益3个层面选择灌溉水利用系数、现代化设备占有率、森林覆盖率等因素等18项典型指标，然后结合层次结构框架构建灌区效益评价体系见表2。

表2 灌区综合效益评价体系

2.2 灌区综合效益评价

在实地调研过程中统计整理王石灌区2005年、2010年、2015年、2017年各参数相关数据，然后对层次结构评价体系中因素层、准则层各参数权重利用AHP法进行计算，按照标度准则建立各层次评价因素的判断矩阵见表3—4。

表3 准则层相对隶属度矩阵

表4 经济效益准则下各参数的相对隶属度矩阵

表3—4中，准则层各参数的最大特征根λmax=3.30，按照文中所述计算式确定CR值为0.03，可见根据专家意见和判断准则建立的判断矩阵具有一定的科学性与合理性。结合因素层各指标的具体内涵和特征，对该层次各参数的权重进行计算，如经济效益准则层下各参数的判断矩阵见表3，经一致性检验计算确定满足合理性要求的经济效益各指标权重，依次类推确定其他各参数的权重。采用文中所述一致性检验方法，计算得到社会、经济、生态效益权重依次为0.633、0.262与0.105。通过对因素层、准则层各参数权重的加权运算，计算确定各参数最终的权重见表5。

表5 因素层权重与综合关联度计算结果

结合关联系数计算公式确定王石灌区不同年份各参数的关联度，然后将各指标关联度和权重值进行加权计算求得各指标在每一年的综合关联度见表6。

表6 王石灌区综合效益评价结果

根据表5可知，按照从大到小的次序将王石灌区不同年份的综合效益排序为：2017年、2015年、2010年与2005年，所对应的综合评价值依次为0.9725、0.5680、0.2312、0.1758。研究表明，王石灌区综合效益在研究期间总体表现出不断增大的趋势，该评价结果与灌区实际状况基本保持一致，灌区生态、经济与社会效益符合水资源优化配置要求，所建立的评价体系和研究方法具有较高的准确性与可靠性，可为其他类似灌区的效益评价和水资源管理提供一定参考。

3 结论

本文将灰色关联法、AHP法相结合计算确定各参数的综合权重，综合考虑定量与定性指标，从生态、经济与社会3个层次构建了系统、全面的评价体系，以王石灌区为例综合评价其效益状况。根据灰色关联度法和层次分析法计算确定的各指标的关联系数，具有较强的科学性与客观性，有效解决了传统的AHP法存在的主观性影响。2017年王石灌区的综合效益评价值最高，评价结果与灌区实际状况基本保持一致，灌区生态、经济与社会效益符合水资源优化配置要求，所建立的评价体系和研究方法具有较高的准确性与可靠性，可为其他类似灌区的效益评价和水资源管理提供一定参考。由于目前还未形成普遍适用的评价体系，在具体的实践工程中评价体系的建立还应结合具体情况做适当的调整。