安徽优化灌溉模式的区域选择

许 一 许承娟

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 安徽省水利水资源重点实验室 蚌埠 233000 2.合肥市环境监测中心站 合肥 230009）

安徽省地形地貌、水文气象等自然条件较为复杂，各地区经济发展和水利工程建设呈现较大的不平衡。这些条件相互联系，相互影响，形成了各地不同的发展节水灌溉的社会自然条件。因此，必须针对不同的地区选择合理的节水灌溉模式，模式的区域选择就成为发展节水灌溉中的一个重要问题。

节水灌溉模式区域选择是一个多目标综合评价问题，包括经济、自然资源、社会效益等目标，所确定的节水灌溉技术应与当地社会经济发展水平、生产经营、管理体制相适应。正确的节水灌溉模式区域选择能较客观地反映不同地区的实际情况，指导节水灌溉发展方向，促进农业可持续发展，产生良好的经济效益和社会效益。

1 节水灌溉模式的区域选择

1.1 安徽省节水灌溉模式

根据地形地貌特点、水资源条件、灌溉设施状况、经济发展水平和农业种植结构等情况，安徽省节水灌溉可分为大致以下五种模式。

1.1.1 大沟蓄水+渠道防渗+大沟调控技术+管理节水

此种模式适用于淮北地区，本区地势平坦，没有大的蓄水载体，利用天然存在的大沟拦蓄地表径流，可大大提高降雨利用率。

1.1.2 低压管道输水+微喷灌+大沟控制蓄水+管理节水

主要适用于缺水，经济比较发达的淮北平原北部地区。该区50%的土壤是砂姜黑土，质地粘重，结构不良，保水和排水能力较差，土地平整难度大，采用大水漫灌，往往会遇雨带来涝渍。因此，适于选用低压管道灌溉、微喷灌等节水措施。

1.1.3 渠道防渗与沟畦结合灌溉+水稻节水灌溉技术+管理节水

主要适用于地表水丰富、地下水利用不充分、节水潜力较大、轻度缺水、渠灌面积比较大、经济中等的江淮丘陵地区。对于淮北平原的南部地区和皖南山区，水稻播种面积很大，双季稻比重较大，亦适宜推广该灌溉模式。

1.1.4 渠道防渗+自压喷灌+综合农艺节水+管理节水

适用于水资源量丰富，但时空分布不均，调蓄能力差的皖西和皖南山区。该区农业灌溉蓄水工程以大中型水库为主干，小型库塘作为基础，拦蓄地表径流，引取的山溪河水自流灌溉可利用自然水头发展自压喷灌。

1.1.5 设施大棚蔬菜微灌+输配水自动量测智能控制技术+高产栽培技术

主要适用于缺水，经济比较发达的城市郊区灌溉农业区。

以上五种模式包含了复杂的模式内容，本文从对节水灌溉工程模式评价入手，建立相应的指标体系，运用模糊决策理论和层次分析法，建立节水灌溉模式区域选择数学模型，提出各个区域适合的节水灌溉工程模式、农艺节水和管理节水措施，以组成适合当地发展的节水灌溉模式。

1.2 节水灌溉模式区域选择模型

1.2.1 指标体系的建立

建立指标体系是评价工作的基础。指标体系科学与否，直接关系到评价结果的正确性。指标体系的建立应遵循系统性原则、可比性原则和简洁性原则。建立评价指标体系的具体方法是，选择具有代表性工程，从中分析工程实施和正常运行的各种因素，广泛征求专家的意见，并借鉴已有研究成果，设计出节水灌溉模式区域选择指标体系。评价指标体系从经济、生态环境、社会三方面考虑，将整个系统分为两层（见表1）。

表1 节水灌溉区域选择分层指标表

1.2.2 节水灌溉模式区域选择模型

本文在安徽省节水灌溉分区基础上进行节水灌溉模式区域优选，以寻求适应各分区的节水灌溉模式。根据具体区域的经济、自然和水资源等条件，提出n个待选方案和m 个评价因素，用特征向量矩阵表示：

方案j 的第i 个特征向量xij的隶属度记为rij

由式（1）和式（3），可得隶属度矩阵

对于定性指标相对隶属度的计算，可以邀请若干专家和管理人员对方案集进行讨论，经过比较分析，设定标度矩阵。从矩阵各行和数的大小，构造有序二元比较矩阵，得到各定性指标的相对隶属度。

应用二级模糊优选模型，得到方案j 关于第L层指标k 的相对优属度。计算公式为：

按以下步骤进行方案优选：

（1）自第一层开始，首先确定指标的合理权重，然后由式（5）计算方案对于第二层所有指标k 的相对优属度，组成优属度向量；

（2）以作为第二层方案集的特征值，重复以上计算过程，计算出各方案的综合评价结果，按照最大隶属度原则，对各方案进行排序和优选。

由于节水灌溉系统涉及到的因素多，故本文根据各因素的重要性联合运用层次分析法与专家调查法确定权重。该方法可以使决策者根据专家的经验与灌区具体情况合理确定权重。

由上述方程求出目标对重要性的相对隶属度ωi：

在进行优选过程中，首先按式（6）计算出指标i 的初始权向量，然后根据灌区实际情况及决策者的经验等对初始权重进行判断。若该初始解基本符合决策者的判断，则将该初始解作为指标权向量，代入式（5）进行方案的相对优属度计算。否则，需要根据指标间的相对重要性和决策者的经验对初始解进行调整。调整步骤为：

（1）将指标权向量的初始解w'（i）做归一化处理得w'（i）；

（2）决策者判断是否接受w'（i），若不接受，则根据语气算子与相对隶属度之间的关系表在w'（i）基础上，对初始权向量进行调整，并做归一化处理。

2 算例

现以固镇县任桥镇节水灌溉模式区域选择为例说明节水灌溉模式选择模型，计算面积以公顷为单位。从喷灌、管道输水灌和微灌等7 种模式中进行模式优选。由于资料限制，评价体系从经济、资源、社会三个方面考虑，分为两层，各层的定量指标数据（见表2）。

表2 定量评价指标特征值表

（1）根据特征向量矩阵，由公式（3）正规化之后再对评判矩阵进行归一化，分别得7 种节水模式对经济、资源和社会效益3 个子指标的相对隶属度矩阵：

（2）计算权重。以经济子指标为例说明权重确定方法。由式（6）得到指标权重矩阵：

当p=2 时，由式（6）得指标的非归一化权向量w（i）=（0.0551 0.0341 0.0278 0.0328）。

归一化后得到指标的初始权向量w'（i）=（0.31 0.19 0.15 0.18）。

由决策者进行判断，是否符合决策者的看法，若不满足，根据实际情况进行调整，得到一组符合决策者观点的权重，归一化权重为：

w'1（i）=（0.34 0.07 0.25 0.06）

对于资源和社会子指标，同样可求得各指标权重为：

w'2（i）=（0.13 0.25 0.14 0.06）

w'3（i）=（0.60 0.22）

（3）由式 （5）对大类指标层进行相对优属度计算，得7 种节水模式关于综合评价的相对隶属度矩阵：

重复第一层的计算步骤，得到子类指标的相对隶属度向量：

v1=（0.50 0.30 0.20）

当式（5）中距离参数p=1 时，得到：

U2=（0.1446 0.1366 0.1203 0.1975 0.1359 0.1209 0.1418）。

根据最大隶属度原则进行优选，得到本区节水灌溉技术模式优越性的排序依次为：移动式喷灌、滴灌、半固定式、固定式喷灌、管道式输水灌、微喷灌和卷盘式喷灌。

固镇县任桥镇处于淮北平原中部，属于地表水较为丰富、节水潜力较大、中度缺水的渠灌农业区。根据以上计算结果，本区节水灌溉工程模式宜采用移动式喷灌，配合节水型地面灌水技术、农艺节水技术，以及相应的管理节水措施，组成了适宜本区的节水灌溉模式组合。

3 结论

本文提出了安徽省节水灌溉模式区域选择模型，采用主、客观相结合的方法确定各层各因素的指标权重，克服了过去在权重确定上的主观任意性及难以准确确定的缺点，增强了模型的实用性。但是区域选择模型中有许多主观成分并不能彻底消除，这就需要对此模型进行进一步研究■