商丘地区节水灌溉模式选择性分析

张志业

（商丘市水利建筑勘测设计院）

1 引言

商丘市地处河南省最东部，豫鲁苏皖四省交界处，豫东平原区域，地理位置优越。截至2017 年底，全市辖2 区6 县，共144 个乡镇，总土地面积0.87 万km2，全市人口752.53 万人，2017 年，全市生产总值1 382.13 亿元，其中农业总产值564.17亿元，农村居民人均可支配收入8 885元。

商丘市气候适宜，四季分明，年平均气温14.20℃，年平均相对湿度71%，年平均降水量623.00 mm，平均无霜期211d。主要地貌为黄河冲击平原区，地势平坦。商丘市多年平均水资源总量为22.84 亿m3，亩均水资源量235.00 m3，为河南省亩均水资源量的48%，为全国亩均水资源量的13%。全市人均水资源372.70 m3，为全国人均水资源量的14%。商丘市年均用水量中农业用水占用水总量的63%，全市仍存在60%以上的耕地处于传统大水漫灌的灌溉模式，农业灌溉水资源浪费现象严重，水资源日益减少等问题已日益突出。节约用水，使水资源可持续利用、农业可持续发展已成为迫在眉睫的问题，大力推广高效节水灌溉技术成为水资源管理的首要任务。本次根据商丘地区农业发展需要，重点比较以下几种节水灌溉技术，通过多层次分析选取适宜的节水灌溉模式。

2 节水灌溉技术介绍

2.1 渠道防渗技术

渠道防渗技术是目前商丘市大型灌区主要输水方式，其具有节水潜力大、输水能力高、运用安全等特点，是目前商丘市发展节水灌溉不可缺少的措施之一；同时，在商丘地区灌溉渠道一般由天然河道组成，灌排两用，渠道断面大，防渗投资高且不利于河道的生态发展，新建渠道又存在占地问题，防渗材料的抗冻性差也是渠道防渗技术需要解决的问题，这也是困扰渠道防渗技术发展的主要问题。

2.2 低压管道输水灌溉技术

低压管灌技术（系统）是利用自然地形落差，或低耗能机泵等所提供的压力水头将灌溉水加压，然后再通过管网输配水到农田进行灌溉，它是以低压输水管道来代替传统明渠输水的一种灌溉模式。是目前商丘市发展节水灌溉的重要技术之一，是目前采用最为普遍的一种灌溉技术，其较传统渠道输水技术具有节水节地、省工省时等特点；同时也存在技术标准低、田间工程配套缺少标准化、系列化的定型产品等问题。

2.3 喷灌技术

喷灌是利用较大的自然地形落差或机械加压把灌溉水通过管道系统输送到田间，利用喷洒器（喷头）将水喷射到空中，并使水分散成细小水滴后均匀地洒落在田间进行灌溉的一种灌水方法［1］。喷灌也是今后实现农业现代化最有效的灌溉措施之一。其较传统地面灌溉方式具有适应性强、节水省工、利于实现灌溉自动化等特点；同时喷灌在风的因素下，喷洒均匀度和水利用率受到的影响很大，喷灌系统除需要管道进行输水外，还需要一定的喷洒设备等，一次性投资和后期运行费用较高，目前主要适用于高附加值的大面积农业灌溉或经济作物灌溉。

2.4 微灌技术

微灌是按照作物生长所需的水分和养分，利用专业设备或自然水头加压，通过低压管道系统输水，再通过系统末级毛管上的孔口或灌水器，将有压水流变成细小的水流或水滴，直接输送到作物根部附近，均匀、精确地的施于根系所在部分土壤表面或土层中的灌水方法。其具有工、灌溉均匀等特点；同时，商丘市为粮食大市，种植作物以粮食为主，微灌精准灌溉和施肥的优势得不到充分发挥，且灌水器易堵塞，投资较普通地面灌溉技术高等也制约其在商丘地区的发展。

3 节水灌溉模式选择性分析

每种节水灌溉方式均有其优越性和局限性，并且在商丘市均有不同规模的尝试。具体哪些节水灌溉方式更适用于当下商丘市的基本情况，应当从全市的地形、土壤、水源、经济、社会效益等多方面综合分析，优选出更适宜的节水灌溉方式。本次通过经济指标、技术指标和社会指标进行多层次分析，选择出经济合理、技术优良、社会效果好的节水灌溉模式。

3.1 决策集

根据商丘市基本情况，项目决策方案共4 个，其优选决策集构建为

式中：P—灌溉方式的集合；Pj—决策集中第j个备选方案，其中p1为低压管灌、p2为滴灌、p3为喷灌、p4为微喷灌。

3.2 评价指标

针对目前商丘市节水灌溉方式的选择方式，主要考虑经济指标、技术指标、社会指标等3 个影响因素。对应3 个影响因素，节水灌溉评价系统也可以分为3 个方面的评价指标，其评价系统见图1。

图1 节水灌溉方式评价系统图

评价指标集为：

式中：V—评价指标的集合；vi—指标集中第i个指标，为简化分析过程，其中v1为经济评价指标，本次用净现值表示；v2为技术评价指标，用均匀度表示；v3为社会评价指标，用农民欢迎度表示。

3.3 计算模型

利用模糊综合评判法选择备选方案优属度最大者作为最优节水灌溉方式。

式中：Uj—第j个备选方案的优属度，j=1，2，3，4。

假设系统有i条评价指标，决策集中有j个可行决策方案，若每个评价指标对每一方案用指标特征xij表示，则系统有i×j阶指标特征量矩阵。本次分析备选方案共4个，评价指标有3个，即用3个评价指标对4个备选方案进行评价，得到优属度向量U。

式中：w123—经济、技术和社会评价的权重；xij—第j个备选方案中第i个指标的优属度，其中j=1，2，3，4；i=1，2，3。

3.4 指标优属度确定

3.4.1 经济指标优属度

经济指标包括经济净现值、受益率、回收期、效益费用比等，本次采用经济净现值（ENPV）表示，属于越大越优指标，可定量，参考《水利建设项目经济评价规范》（SL72-2013），结合实际情况分析确定，可以用社会折现率将项目计算期内各年的净效益折算到计算期初的现值之和来表示，按公式5计算。

式中：B—年效益；C—年费用；n—计算期，年；t—计算期各年的序号，基准年为1；is—社会折现率。

其优属度可采用下式确定：

式中：x1j—第j个备选方案中经济评价指标的优属度；v1j—第j个备选方案的净现值；v1max—各备选方案中最大净现值。

3.4.2 技术指标优属度

技术指标包括灌溉均匀度、灌水强度、节水度、增产度等，采用灌溉均匀度来确定，属于越大越优指标，可定量，该项技术指标x2j可以直接采用灌溉均匀度的值。

3.4.3 社会指标优属度

社会指标采用农民欢迎度来表示，只可定性分析。具体方法请6位节水行业的专家、基层服务人员、群众代表等，对所给定的指标按事先规定好的评语进行评判，按各位代表对指标所下的评定，进行平均，取平均值，本次简化为3 个等级，分别为较好、一般、较差，对应优属度x3j分别为0.75，0.50，0.25。

3.4.4 指标权重确定

各评价指标的权重w 表示各个评价指标的优属度对各备选方案的重要性。同样可邀请行业专家对各指标的重要性两两比对，各个评价指标集合中的元素，重要的得1分，次要的得0分，最终确定各指标权重见表1。

表1 指标重要性二元排比结果表

如表1，3 项指标总分值共12 分，其中经济指标4 分、技术指标3分、社会指标5分。进而确定经济、技术、社会指标的权重分别为0.33，0.25，0.42。

3.4.5 节水灌溉方式优选算法

分析选取商丘市睢阳区冯桥镇安楼村46.70 hm2大田粮食作物为例，根据项目区基本资料，该区域夏季主要种植小麦、秋季主要种植玉米，间歇种植花生等经济作物，地形为冲积平原，水源为浅井水，土壤为壤土，为此选择合理的灌溉方式。决策方案共有低压管灌、滴灌、喷灌、微喷灌4 种，按优选算法计算得到各种灌溉方式的单指标优属度。

各灌溉方式的净现值、灌水均匀度及农民欢迎度，详见表2。

表2 各种灌溉方式对应指标值表

根据各指标值计算得到各种灌溉方式的各项指标优属度，结果见表3。

表3 各种灌溉方式单因素指标优属值表

根据各指标权重，依据表3所列数据，利用公式4计算各备选方案的优属度：

式中字母含义同上。

根据计算结果可以看出，各方案的优属度顺序为u1＞u4＞u3＞u2，方案1优属度最大，即低压管灌为最佳选择。

4 结论与建议

根据分析得到，目前低压管道灌溉技术依然是商丘地区最佳的节水灌溉技术，同时也注意到滴灌这种高效节水灌溉模式在商丘市优属度最低，根据调查，滴灌的推广面积在几种节水灌溉模式中也是最低。除前面说到的对于商丘市大部分大田粮食作物来讲，精准灌溉和施肥的优势得不到充分发挥之外，从评价指标来分析，其社会评价在四种灌溉模式中指标是最低的。目前在商丘，节水灌溉工程大多为政府投资，几种灌溉模式在灌溉效益分摊系数下的粮食增产程度也相差不多，归根结底在于农民群众的认可程度。同时，相关技术部门同样对滴灌技术缺乏认识，他们认为滴灌技术施工安装繁琐、管理困难，因此也很少有机会向农民群众去宣传和推广这项灌水技术。

而事实上，从分析中可以看出，滴灌技术经济指标和技术指标在四种灌溉模式中均有很大优势，也就是说这种灌溉模式对于决策者投资分析和使用者节水增产等实际效益上都有着极大的推广价值，因此，随着农业种植结构的不断调整，商丘市高附加值经济作物的种植面积不断扩大，相关部门对高效节水灌溉的宣传和推广力度加强，逐渐使农民群众接受这种高效的节水灌溉方式，这对提高灌溉水利用率、促进农业节水进程有着极其重要的意义。