省級灌溉水有效利用系數測算工作評估方法探討

楊 芳，鄭江麗，李興拼

(珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣州 510611)

隨著水資源短缺問題的加劇，作為用水大戶的農業(yè)用水受到關注，農業(yè)節(jié)水、提高農業(yè)灌溉效率成為保護水資源利用的核心問題。2014年全國總用水量6 095億m3。其中農業(yè)用水占63.5%，而2014年農業(yè)灌溉用水損失達47%，特別是南方地區(qū)灌溉效率低于全國平均水平。本文研究通過建立指標體系的方法，評估省級灌溉水有效利用系數測算工作，為流域機構開展省區(qū)最嚴格水資源管理考核工作奠定基礎。

1 指標體系建立

根據《全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》，全國各省從2006年以來，采用首尾測算法開展了10 a的農田灌溉水有效利用系數測算，取得了省級灌溉水有效利用系數的很多成果[1-4]。對流域及國家水行政主管部門而言，一方面需要掌握省級灌溉水有效利用系數，另一方面也需要從灌溉水有效利用系數測算過程、測算結果等方面掌握并評價省級灌溉用水效率的工作情況。

灌溉水有效利用系數[5,6]的定義是指灌入田間可被作物利用的水量與渠首引進的總水量的比值，該系數不僅可以集中反映灌區(qū)的工程質量，也能反映灌溉技術如節(jié)水灌溉技術程度等技術層面、還能反映用水管理等非工程情況。根據其內涵，全國灌溉水有效利用系數采用首尾法進行測算，測算成果的影響因素很多，包括組織管理、樣點灌區(qū)代表性、測量設備、測算方法、凈灌溉定額計算、節(jié)水投入等。在研究灌溉水有效利用系數的基本內涵及各個影響因素基礎上，本文構建了包含目標層、準則層和指標層的多層省級灌溉水有效利用系數測算測算工作評估指標體系(見圖1)，其中，目標層反映了省級灌溉水有效利用系數測算測算工作；準則層反映了灌溉水有效利用系數測算的4個約束因子，即測算組織過程、樣點灌區(qū)代表性、測算方法可靠性、與影響因素相符性；在遵守科學態(tài)度基礎上、從指標的代表性、獨立性以及是否可以獲取定性定量評價結果的原則下確定14個指標。

測算組織過程：完善的組織、良好的機制，有利于灌溉水有效利用系數測算正常有序的進行，從形式上保障了測算過程的真實性。主要評估指標包括組織機構穩(wěn)定性、測算流程規(guī)范性。

樣點灌區(qū)代表性：由于農田灌區(qū)較多，若全部采用實測數據，工作量巨大，因此《全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》指出采用典型灌區(qū)和田塊測量，加權平均求取省級灌溉水有效利用系數的方法。因此樣點灌區(qū)測算準確性及代表性，直接關系省級灌溉水有效利用系數的準確性。主要評估指標：灌區(qū)規(guī)模代表性、典型渠道代表性、種植作物代表性、田塊選取代表性。

測算方法可靠性：根據《灌溉水利用率測定技術導則》(SL/Z 699-2015)灌溉水有效利用系數測算的方法主要是首尾測算法，當需要對渠系水利用系數和田間水利用系數進行測定時，也可以采用系數連乘法計算得到，兩種方法各有優(yōu)缺點，本次主要針對首尾測算方法涉及的關鍵要素選取指標，主要包括渠首引水量測量手段、水量平衡分析的典型灌區(qū)比例、田間水觀測、凈灌溉定額測算。

與影響因素相符性：灌溉水有效利用系數的影響因素主要包括灌區(qū)規(guī)模、灌溉類型、節(jié)水灌溉、灌溉管理體制等4個方面，據此選擇與這4個因素的相符性作為評價指標。

2 權重及評價標準

2.1 指標權重

層次分析法是一種較易實行的確定權重的方法，但層次分析法存在主觀性強、構造矩陣一致性檢驗難等缺點，因此結合模糊理論，采用比較實用的基于非結構性決策模糊集分析單元系統(tǒng)理論的層次分析法確定權重[7,8]。

(1)建立省級灌溉水有效利用系數測算工作評估層次分析圖。省級灌溉水有效利用系數測算工作評估層次分析圖包括目標層、準則層、指標層，如圖1所示。

圖1 省級灌溉水有效利用系數測算工作評估層次分析圖

(2)計算各個指標或準則層權重的基本理論。根據指標(準則)重要性二元對比原理，建立二元對比矩陣，經過排序后根據排序結果，查找10個級別的語氣算子級差(見表1)，從而得到各個指標的權重賦值，最后歸一化得到權重。

二元對比矩陣建立則通過比較同一層次兩個指標Ck與C1的重要性，給出賦值為0或0.5或1的定性排序標度iek1。iek1=0表示C1指標比Ck指標重要，反之iek1=1表示Ck指標比C1指標重要，若兩個指標同樣重要則iek1=0.5。二元對比矩陣中還遵循iek1+ie1k=1的原則。對于擬定矩陣中多個指標的重要性還需滿足一致性，檢驗方法如下：ieh1>ieh1時，iek1=0；iehk

表1 語氣算子級差賦分表

(3)準則層內指標層的權重求解。分別對本文中4個準則層，擬定二元比較排序矩陣，對于排序矩陣首先進行一致性檢驗，通過后按條件iek1+ie1k=1將矩陣補充完整，得到最終的矩陣。準則層測算組織過程、樣點灌區(qū)代表性、測算方法可靠性、與影響因素相符性的最終矩陣分別為：

(3)

(4)

對4個矩陣排序結果，按表1，給出權重賦值，再歸一化后得到各個準則層不同指標的權重結果。

1r=(1rc11,1rc12)=(1,1)；歸一化后：1r1=(0.5，0.5)；2r=(2rc21,2rc22,2rc23,2rc24)=(1,0.667,0.667,0.429)；歸一化后：2r1=(0.36，0.24，0.24，0.16)；3r=(3rc31,3rc32,3rc33,3rc34)=(1，0.538，0.538，1)；歸一化后：3r1=(0.33，0.17，0.17，0.33)；4r=(4rc41,4rc42,4rc43,4rc44)=(1，0.333，0.818，0.538)；歸一化后：4r1=(0.37，0.12，0.31，0.20)。

(4)各準則層權重。準則層B的一致性判斷矩陣為：

(5)

r=(rB1,rB2,rB3,rB4)=(0.667,1,1,0.429)，歸一化后：r1=(0.22，0.32，0.32，0.14)。

(5)權重綜合整理。通過上述步驟得到省級灌溉水有效利用系數評價準則層和指標權重如表2所示。

表2 省級灌溉水有效利用系數測算工作評價指標權重表

2.2 評價標準

通過各個指標的含義，以及對灌溉水有效利用系數測算工作評估的影響程度，按照優(yōu)、良、中等、較差和差5個標準[9]給出各指標合理性分值，見表3。

3 實例應用

3.1 基本資料

本次所收集的基本資料主要有以下幾個來源：2006-2014年某省農田灌溉水有效利用系數測算分析成果報告；珠江水利委員會某省灌溉水有效利用系數調查與評價；實地調研考察以及典型灌區(qū)灌溉水有效利用系數測算；某省農田水利節(jié)水投資及節(jié)水改造情況；其他相關研究報告及學術文章。由以上來源收集整理得到的某省灌溉水有效利用系數評價指標基本資料如表4所示。

3.2 評價結果分析

根據基本資料及權重結果，可計算出各準則層的級別特征值以及某省灌溉水有效利用系數測算工作評估的級別特征值，見表5。

表3 省級灌溉水有效利用系數測算工作評價標準

表4 某省灌溉水有效利用系數測算工作評價指標基本資料

表5 某省灌溉水有效利用系數測算工作評價結果

從上述結果可知：在某省灌溉水有效利用系數測算工作評估的4個準則層中，測算方法最弱，主要是因為測算時采用的設備多為水尺，僅測算水位；另外灌溉試驗站僅2個試驗站有監(jiān)測數據，不足以提供不同分區(qū)的凈灌溉定額。其次在樣點灌區(qū)測算工作中，對所測灌區(qū)水量平衡分析不夠，影響灌溉水有效利用系數的測算工作。

總體而言，該省灌溉水有效利用系數測算工作穩(wěn)步推進，但受地形、測量設備、灌溉試驗站運行情況以及測量人員素質的影響，還有待改進和完善。

4 結 語

(1)鑒于目前省級灌溉水有效利用系數測算工作方法基本成熟，但測算成果受多種因素影響，本文初步探索建立了省級灌溉水有效利用系數評估指標體系，并采用模糊層次綜合分析法計算各指標權重。

(2)將建立的省級灌溉水有效利用系數評估指標體系在某省進行了應用，評價了該省灌溉水有效利用系數測算情況。

(3)通過評估結果，發(fā)現目前灌溉水有效利用系數測算中的不足，如測量手段多為水尺測量但并未給出渠道水位流量關系曲線、部分灌溉試驗站無法正常運行、測量工作委托當地農民進行，專業(yè)素質和監(jiān)督力量不夠等等，因此建議今后灌溉水有效利用系數測算加強人力、物力的投入，并重視灌溉試驗站的建設和管理。

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