哈尔滨市双城区高效节水模式优选与综合评价分析

刘 迪，潘 浩

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江省龙研水利规划设计有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 工程概况

双城区坐落于黑龙江省哈尔滨市西南部，是黑龙江省的南大门。双城区三面靠水，河道环绕区界。南为拉林河，北靠松花江。松花江流经四个乡镇，流程全长65 km，拉林河围绕南、西边境，流经七个乡镇，沿该市流程全长135 km。地表水资源一部分为境内地面径流量为15 560×104m3，另一部分为过境的江河水总量为4 045 700×104m3。地下水资源比较丰富，双城区多年平均地表水资源量为15 560×104m3，浅层地下水资源量为20 226×104m3，重复计算量为1852×104m3，多年平均水资源总量为33 934×104m3。

2 建立评价指标体系

从政策、技术、经济、社会环境四个角度出发，共选取了15个指标：(1)符合节水农业要求，优选的根本目的就是为了节水。(2)符合区域农业发展，为区域农业发展提供助力。(3)政府推广力度，政府补贴，经调研，政府支持力度对区域节水灌溉工程技术的选择在整体上具有一定的推动作用。(4)作物适应性，双城区的主要种植作物为玉米。因此该指标主要指包括各种灌溉技术对玉米的耕作方式、种植密度、作物高度等的适应性。(5)地形的适应性，适应性越强越容易开展作业。(6)对土地规模的适应性，为使效益最大化，不同灌溉设备灌溉的面积不同。(7)供水水量要求，不同灌溉设备对水源流量要求不同。(8)灌水均匀度，这是评价节水灌溉工程设备优劣的一项重要指标。(9)操作难易度，操作灵活、简便、劳动强度小和拆装、维修保养方便的设备比较受欢迎。如果技术操作难度大，不易于农户掌握，技术就得不到推广使用。 (10)配套动力要求，不同灌溉设备所需电力等能源不同。(11)年运行费用，黑龙江省节水灌溉工程投资主要为国家投资，农民自筹所占比例很小，在工程经济投入有保障时，年运行费用成为影响灌溉设备适宜性评价的一个重要指标。(12)粮食亩增产力，建设节水灌溉工程的主要目的就是在节水的同时能增加粮食产量，增产效果的好坏对于节水灌溉工程意义重大。(13)节水程度，高效节水灌溉工程在保证作物产量的同时可节约大量水资源，对可持续发展意义重大。(14)省工程度，劳力成本和生产效率关系到用户的回报问题。(15)耗能程度，不同灌溉设备耗能不同，而耗能过多则会影响运行成本及环境问题。

通过AHP法建立的综合评价指标体系包括目标层、准则层和指标层，具体见表1。

3 层次分析法进行适宜性评价

(1)指标的量化处理。本指标体系所选指标既有定性指标又有定量指标。对定量指标来说，可以根据资料或者实地测量得出，而定性指标是一个模糊的概念，需要使用模糊评判法将其量化。模糊评判法就是请专家对定性指标按评语进行自认为合适的选择，每个评语都对应一个标准隶属度[1]。

指标评语集：V={V1(很好)，V2(较好)，V3(一般)，V4(较差)，V5(很差)}

标准隶属度：U=(1，0.8，0.6，0.4，0)

指标隶属度计算：根据多个专家对每个定性指标所给出的评语，将评语一一对应到标准隶属度，再将每一项指标的标准隶属度取平均值作为该定性指标的隶属度。

根据6位专家对定性指标进行评价得到量化值，对其所有指标进行量化。各方案指标值见表2。

表2 各方案指标值

(2)指标的规范化与同趋势化。高效节水灌溉技术选择指标有的是正指标，数值越大越有益；有的是负指标，数值越小越有利；还有的指标有量纲，必须消去。所以，在运用层次分析法进行优选之前，须要将上述指标进行处理[2-3]。主要使用以下两种方法：

①指标的规范化。该方法可以消除具有量纲的指标，使各指标可在同一层相比较。计算如式(1)所示：

(1)

式中：Eii是经过规范化的指标值；Emax是同类指标的最大值；Ei是原指标值。

②指标的同趋势化。从本项目出发，该方法就是要将负向指标转化为正向指标。计算如式(2)所示：

Eii=Emax+Emin-Ei

(2)

式中：Emin是同类指标的最小值。

使用式(1)、式(2)对各指标进行处理，处理后的指标见表3。

表3 各方案指标规范化和同趋势化处理表

(3)构造判断矩阵。选取5到10位高效节水灌溉方面的专家，每位专家各自构造每一层的判断矩阵。根据一般人的认知习惯和判断能力给出了属性间相对重要性等级表，见表4，称为“1～9比例标度表”，利用该表取aij的值。

表4 比例标度表

(4)计算权重与一致性检验。根据判断矩阵计算元素的权重，进行一致性检验。

计算方法有几何平均法与规范列平均法两种，本文采用几何平均法计算权向量，计算公式如式(3)所示：

(3)

式中：aij为元素i与元素j的重要性之比；wi为元素i权重；n为元素个数。

做一致性检验需要一致性指标CI、随机一致性指标RI、一致性比率CR和矩阵最大特征根λmax。其中RI可通过查表5获得。

表5 平均随机一致性指标RI值表

一致性指标CI、一致性比率CR和矩阵最大特征根λmax，计算如式(4)～式(6)所示：

(4)

(5)

(6)

当CR<0.10时，认为判断矩阵具有满意一致性，若大于或等于0.10就须要调整判断矩阵并重新计算。

根据专家打分法构造权重判断矩阵，按照式(3)计算其总排序和单排序指标权重。各层指标权重和判断矩阵一致性检验见表6～表10。

表6 目标层权重评分表

表7 政策指标权重评分表

表8 技术指标权重评分表

表9 经济指标权重评分表

表10 社会环境指标权重评分表

(5)层次总排序。计算各层目标元素对于系统目标的总排序权重，并进行排序。排序最高者即权重最大者即为应选方案，计算结果见表11。

表11 目标层及准则层综合评价值表

根据计算结果可知，各种高效节水灌溉技术从优到劣的排序为：中心支轴式喷灌技术、绞盘式喷灌技术、管道移动式喷灌技术、滴灌技术。

4 结 语

本文应用层次分析法对双城区高效节水灌溉工程技术模式进行适宜性评价，选取政策、技术、经济和社会环境四大类为影响因素，建立了一个由9个定性指标和6个定量指标组成的高效节水灌溉工程技术模式适宜性评价指标体系，并对各评价指标进行详细说明。双城区高效节水灌溉工程优先发展顺序依次为中心支轴式喷灌、绞盘式喷灌、管道移动式喷灌、滴灌工程，可为双城区高效节水灌溉工程的有效发展提供技术支撑。