人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价研究

张修宇，康惠泽，李颖博

（华北水利水电大学 水资源学院，河南 郑州 450046）

水资源是人类赖以生存和发展的基础资源，也是维系自然生态系统和支撑社会经济系统发展不可替代的基础性自然资源和战略资源。随着城市化和经济的快速发展及人口数量的不断上升，我国许多地区工农业生产、生活以及生态用水的需求量超出水资源承载能力，工业、生活等用水比例逐年增加，农业用水比例相对降低。加之灌区灌溉面积逐年增大，导致水资源紧缺，可供水量减少。而我国许多灌区仍采用传统的漫灌方式，水资源浪费严重。因此，提高灌区水资源节约集约利用程度成为研究热点。

2019 年9 月18 日，习近平总书记主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会［1］，提出将水资源作为最大的刚性约束，推进水资源节约集约利用，指明了未来黄河流域水资源保护利用的方向。刘同凯等［2］在分析黄河水资源管理形势与主要症结的基础上，提出了黄河水资源节约集约利用与管理路径：通过严格取用水的动态监管，强化需求侧“约束倒逼”和供给侧“优化提升”双向发力，推动用水方式转变，使经济社会发展与水资源承载力相适应。杜青辉等［3］从宏观发展战略角度出发，结合黄河两岸供水区地形地貌和水资源节约集约利用特点，提出推进农业节水增效、促进工业节水减排、强化生活节水降损等建议。从前人的研究来看，节水和增效是评价水资源节约集约利用的两个主要方面，而水资源利用效率则是其中最为重要的评价指标。有关水资源利用效率的研究目前已有很多，如张琨等［4］采用投影寻踪模型对13 个省（市）进行水资源利用效率评价，依据样本自身的数据特性寻求最佳投影方向，使评价结果更具客观性；Hu等［5］从多个视角对我国水资源利用效率进行研究，结果表明我国中部地区的水资源利用效率较低；陈勇杰等［6］利用DEA 模型对贵州省9 个州（市）水资源利用效率进行分析，结果表明贵阳市、遵义市和毕节市的水资源利用效率较高；张志强等［7］采用单指标量化－多指标综合法和数列匹配方法，计算了河南省引黄受水区2010—2019 年水资源节约集约度；张修宇等［8］采用单一评价与组合评价相结合的循环修正评价法，对河南省引黄受水区14 个地级市进行水资源利用效率综合评价和分指标单项评价。

综合上述研究方法可知，有关水资源利用效率的评价侧重于指标的确定与指标权重的计算，而对于水资源利用效率障碍因子的分析较少。本文结合水资源节约集约利用相关理论，建立人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价指标体系，采用AHP 与熵值法相结合［9－10］的方式确定各指标的权重，利用TOPSIS 法对人民胜利渠灌区水资源节约集约利用进行评价，并利用障碍度模型对评价指标体系中的障碍因子进行识别与分析，以期为人民胜利渠灌区水资源节约集约利用提供参考。

1 研究方法

1.1 TOPSIS 法

TOPSIS 法［11］是一种综合评价方法，它根据有限个评价对象与理想解的接近程度进行排序，通过计算各指标到正、负理想解之间的距离和贴近度来评价指标的优劣。计算步骤如下。

1）构建加权规范化矩阵。公式为

式中：Cij为标准化后的指标数据，Qij为第i个评价对象第j个指标的权重，hij为加权规范化矩阵H中的元素。

2）确定正、负理想解。计算公式为

式中：H＋为正理想解矩阵，由每个指标的最大值组成，表示最优方案；H－为负理想解矩阵，由每个指标的最小值组成，表示最劣方案。

3）计算欧氏距离。分别计算不同年份评价指标到正、负理想解之间的距离：

式中：D＋为评价指标到正理想解的距离，D－为评价指标到负理想解的距离。

4）计算贴近度。贴近度为历年的评价指标与正理想解的贴近程度，计算公式为

贴近度是介于0～1 之间的值，Ty＝1 时贴近度最大、水资源节约集约利用程度最高，Ty＝0 时贴近度最小、水资源节约集约利用程度最低。

1.2 组合权重计算

层次分析法（AHP）通过定性与定量相结合来确定指标权重，适用于难以定量描述的决策问题。采用1～9 标度法确定指标标度，构造判断矩阵［12］。为保证评价结果客观准确、不受主观因素的影响，采用熵值法与层次分析法相结合的方式确定指标权重［13］。

组合权重ωj计算公式为

1.3 障碍度模型

引入因子贡献度Qj、偏离度Pij、障碍度Zij3 个指标对障碍因子［14］进行分析与判别，其中：因子贡献度为单因素对总目标的贡献大小，用权重表示；指标偏离度为各个指标与目标水平（评价对象所期望达到的最优水平，一般取各个指标的最优值）之间的差距水平。计算公式为

式中：Qj为因子贡献度，Cij为第i个评价对象的第j个指标值，Pij为第i个评价对象第j个指标的偏离度，Zij为第i个评价对象第j个指标的障碍度。

2 实例应用

2.1 研究区概况与数据来源

人民胜利渠灌区位于豫北平原，涉及新乡、焦作、安阳3 个市12 个县（区）57 个乡（镇），是我国北方典型的平原井渠结合灌区，规划灌溉面积9.923 万hm2。灌区工程主要由引水工程、渠系工程等构成，引水工程由2 条引水渠和渠首闸组成，渠系工程由总干、干、支、斗、农5 级渠系工程以及排水、机井、沉沙系统等组成，建筑物共有2 173 座。总干渠自南向北，从黄河引水供给人民胜利渠灌区，长52.7 km，是缩小版的“南水北调”，也是新中国最早的“南水北调”。除引水外，降水也是灌区水资源的一个重要来源，但灌区多年平均降水量不足600 mm，不能满足农田需水量的要求，必须引用黄河水和利用地下水。近年来，黄河水资源实行以供定需，灌区引黄水量受到极大限制，且灌区存在排水沟淤积、河道水质污染严重等问题，在水资源短缺和水环境恶化的双重压力下，需要从多方面提高水资源节约集约利用水平。

本文以新乡市新乡县、获嘉县、原阳县、延津县、封丘县、卫辉市6 个县（市）为研究对象，所用数据来源于《河南统计年鉴》《新乡统计年鉴》《新乡市水资源公报》和《河南省农村供水支持乡村振兴调研报告》［14］。

2.2 人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价

2.2.1 指标体系

为了使评价指标体系能够较为全面地反映水资源节约集约利用程度，并对其进行准确评价，本文结合水资源节约集约利用的概念，按农业用水、生活用水、生态用水和工业用水4 个子系统（准则）构建评价指标体系。参考相关文献并征求相关专家意见，构建人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价指标体系，见表1。

表1 人民胜利渠灌区水资源节约集约利用评价指标体系

2.2.2 水资源节约集约利用评价指标权重计算结果

层次分析法与熵值法相结合，确定灌区水资源节约集约利用评价指标权重。计算一致性比率CR＝0.026＜0.100，通过一致性检验［11］。组合权重计算结果见表2。

表2 研究区水资源节约集约利用评价指标组合权重 %

2.2.3 水资源节约集约利用贴近度评价结果

利用式（7），计算得到2011—2020 年研究区的水资源节约集约利用贴近度，见表3。

表3 人民胜利渠灌区6 个县（市）水资源节约集约利用贴近度

参考前人研究［16］，将贴近度划分为差［0.0～0.2）、较差［0.2～0.4）、中等［0.4～0.6）、较好［0.6～0.8）、好［0.8～1.0］5 个等级，以此来评价灌区水资源节约集约利用程度。由表3 可知2011—2020 年人民胜利渠灌区6 个县（市）的水资源节约集约利用贴近度除封丘县（为0.399，极其接近“中等”等级的下限0.4）为“较差”等级外，其他5 个县（市）均为“中等”等级。

由人民胜利渠灌区6 个县（市）水资源节约集约利用贴近度发展趋势（见图1）可以看出，2011—2020年人民胜利渠灌区6 个县（市）的水资源节约集约利用贴近度呈波动上升趋势，但尚未达到“较好”等级。原阳县、延津县、卫辉市和新乡县历年水资源节约集约利用贴近度大多处于0.4 以上且波动相对较小，表明这4 个县（市）水资源节约集约利用贴近度为“中等”等级。封丘县水资源节约集约利用贴近度2011—2017 年逐年减小，2019 年达到研究期内所有县（市）的最小值，原因是2019 年的生态用水量占比（C13）和河道治理达标率（C17）均为研究期内的最小值。获嘉县水资源节约集约利用贴近度2015—2017 年逐年下降并于2017 年达到研究期内的最小值，原因是2017年其新增节水灌溉面积占比（C4）和节水灌溉设备普及率（C7）均为研究期内的最小值；2018—2020 年该县水资源节约集约利用贴近度逐年上升并于2020 年达到研究期所有县（市）的最大值，原因是其节水灌溉面积占比（C1）、新增节水灌溉面积占比（C4）和节水灌溉设备普及率（C7）提升幅度较大。

图1 研究区6 个县（市）水资源节约集约利用贴近度发展趋势

2.3 水资源节约集约利用障碍因子识别

识别水资源节约集约利用障碍因子，有助于为提升地区水资源节约集约利用程度提供决策参考。为了保证分析结果的时效性，利用式（9）与式（10）对2020年人民胜利渠灌区6 个县（市）的水资源节约集约利用障碍因子进行识别，结果见表4。

表4 2020 年人民胜利渠灌区6 个县（市）水资源节约集约利用主要障碍因子与障碍度 %

从表4 可知，农业用水耗水率（C8）是新乡县、获嘉县、原阳县3 个县［占研究县（市）数量的1／2］水资源节约集约利用的第一障碍因子，节水灌溉设备普及率（C7）是封丘县、卫辉市2 个县（市）［占研究县（市）数量的1／3］水资源节约集约利用的第一障碍因子，说明农业用水耗水率（C8）与节水灌溉设备普及率（C7）是2020 年研究区水资源节约集约利用的主要障碍因子。人均粮食产量（C2）排在除原阳县外的其他5 个县（市）障碍度的前3 名内，说明人均粮食产量也是灌区水资源节约集约利用的主要障碍因子。基于此，当地应大力普及节水灌溉设备，努力提高农业用水效率，并积极调整种植结构，逐步提升水资源节约集约利用程度。

人民胜利渠灌区6 个县（市）2020 年的水资源节约集约利用前3 名障碍因子大多为农业用水子系统的指标，说明农业用水是影响水资源节约集约利用的主要方面。当地政府和人民胜利渠灌区管理部门应大力推广农业节水技术和设备，加强农业结构调整和灌溉用水管控等，努力提升灌区水资源节约集约利用程度。

3 结论及建议

本研究以人民胜利渠灌区6 个主要县（市）为研究对象，按农业用水、生活用水、生态用水和工业用水4 个子系统建立水资源节约集约利用评价指标体系，并对其2011—2020 年的水资源节约集约利用程度等级进行评价，结果表明：人民胜利渠灌区6 个县（市）的水资源节约集约利用贴近度整体为“中等”等级，呈波动上升趋势；原阳县、延津县、卫辉市和新乡县历年水资源节约集约利用贴近度大多处于0.4 以上且波动相对较小；封丘县水资源节约集约利用贴近度2011—2017 年逐年减小，2019 年达到研究期内所有县（市）的最小值；获嘉县水资源节约集约利用贴近度2015—2017年逐年下降并于2017 年达到研究期内的最小值，2018—2020 年该县水资源节约集约利用贴近度逐年上升并于2020 年达到研究期所有县（市）的最大值。

农业用水耗水率、节水灌溉设备普及率、人均粮食产量是2020 年人民胜利渠灌区6 个县（市）水资源节约集约利用的主要障碍因子。水资源节约集约利用前3 名障碍因子大多为农业用水子系统的指标，说明农业用水是影响水资源节约集约利用的主要方面。

针对人民胜利渠灌区水资源节约集约利用现状，提出以下建议。

1）针对农业用水耗水率高的问题，建议加强农业节水技术的推广应用，提高灌溉水利用效率，减少漏损和蒸发损失；加强农业用水计量和收费管理，实施差别化的水价政策，鼓励农民节约用水；持续推进高标准农田建设和节水型灌区建设，鼓励缺水地区推广喷灌、微灌、低压管灌等高效节水灌溉及水肥一体化技术；发展旱作农业，推广旱作节水技术。

2）针对节水灌溉设备普及率低的问题，建议加大财政投入和政策支持力度，提供节水灌溉设备的补贴、贷款、保险等优惠措施，降低农民使用节水灌溉设备的成本和风险；加强节水灌溉设备的技术培训和服务，提高农民使用节水灌溉设备的意愿和技能；建立乡镇和村级用水协会组织及社会化节水服务组织，打造农业节水利益共同体，形成建管用一体化管理机制。

3）针对人均粮食产量低的问题，建议优化调整粮食作物种植结构，适度压减高耗水作物种植面积，扩大低耗水高产出作物种植规模；推广精准施肥、病虫害防治、抗旱抗涝等现代农业技术，提高粮食作物的单产和品质；深入贯彻落实藏粮于地、藏粮于技战略，大力推进高标准农田建设，同步发展高效节水灌溉，统筹兼顾水资源条件和粮食安全。