基于模糊層次分析法的節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價

任盼，費良軍*，馮纏利，同海麗，姜瑞瑞，介飛龍，高旭艷，陳思遠

?區(qū)域農(nóng)業(yè)水管理?

基于模糊層次分析法的節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價

任盼1，費良軍1*，馮纏利2，同海麗2，姜瑞瑞1，介飛龍1，高旭艷2，陳思遠1

（1.西安理工大學 西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室，西安 710048；2.陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，西安 710001）

【目的】全面系統(tǒng)評價大型灌區(qū)的生態(tài)健康狀況，為我國糧食安全及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供重要保障?！痉椒ā繌墓喔裙?jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、社會經(jīng)濟效應(yīng)、服務(wù)管理體系及人文生態(tài)環(huán)境6個方面初步構(gòu)建了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價指標體系，利用篩選模型從36個指標中優(yōu)選出了19個評價指標，表達了85.57%的信息，基于層次分析法和模糊綜合評價法，提出了節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價模型，并對陜西省交口抽渭灌區(qū)進行了綜合評價實證研究。【結(jié)果】交口抽渭灌區(qū)處于中等健康水平，綜合評價等級優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格等級的隸屬度綜合得分分別為：0.224、0.169、0.409、0.159、0.039；準則層的評價中，灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源和社會經(jīng)濟效應(yīng)處于中等水平，服務(wù)管理體系和人文生態(tài)環(huán)境處于優(yōu)秀水平，并分析了交口抽渭節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的健康性受到破壞的原因?！窘Y(jié)論】交口抽渭灌區(qū)的服務(wù)管理較好，但節(jié)水工程和灌區(qū)生態(tài)環(huán)境仍與現(xiàn)代化灌區(qū)存在一定差距。

節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)；模糊綜合評價；層次分析法；交口抽渭灌區(qū)

0 引言

灌區(qū)是一個綜合的“自然-人工-社會”復合生態(tài)系統(tǒng)[1]，為我國糧食安全和農(nóng)業(yè)節(jié)水提供了重要保障。過去的灌區(qū)建設(shè)和管理的重點是灌區(qū)節(jié)水改造[2]，過度重視水利工程的經(jīng)濟效益，而忽略了灌區(qū)工程的健康運行及對生態(tài)環(huán)境的影響[3]，導致土壤次生鹽堿化、水資源浪費嚴重、灌區(qū)水環(huán)境污染、地下水埋深下降等問題突出，而解決這些問題的前提是需要將灌區(qū)視為一個完整可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，建立節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)理念[4]。目前對于節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的嚴格定義尚不統(tǒng)一[5]，綜合來說，實現(xiàn)“自然-社會-經(jīng)濟-生態(tài)”可持續(xù)和諧發(fā)展、達到水資源開發(fā)利用高效、渠系工程布局合理、水-植物-土壤生態(tài)系統(tǒng)健康、灌區(qū)建設(shè)與流域生態(tài)環(huán)境發(fā)展相協(xié)調(diào)是節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的核心內(nèi)容[6-7]?！狙芯恳饬x】依據(jù)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)內(nèi)涵要求，針對灌區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境惡化、生產(chǎn)力水平低等問題，進行灌區(qū)健康評價有助于發(fā)現(xiàn)灌區(qū)存在的主要問題并有針對性地構(gòu)建節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)，從而實現(xiàn)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

【研究進展】關(guān)于灌區(qū)綜合評價的研究，方延旭等[8]建立了灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系，包括結(jié)構(gòu)屬性、生態(tài)環(huán)境、整體功能性及社會經(jīng)濟要素的指標，并采用層次分析法和模糊數(shù)學理論相結(jié)合的二級模糊綜合評價法評估北野廠再生水灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況；Wang等[9]基于shapely值將模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)法、拉開檔次法、主成分分析法、熵權(quán)法進行動態(tài)組合建立灌區(qū)綜合評價模型，構(gòu)建的指標體系包括灌區(qū)工程保障、管理水平、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展5個方面；Zhang等[10]以生態(tài)環(huán)境、現(xiàn)代化水平、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與效益3個方面建立了灌區(qū)健康評價指標體系。在綜合評價方法方面，模糊評價法[11]、主成分分析法[12]、灰色關(guān)聯(lián)法[13]等廣泛應(yīng)用于灌區(qū)綜合評價研究。其中，主成分分析法在第一個主成分分量的貢獻率<85%時，結(jié)果具有多重性且無評價標準；灰色關(guān)聯(lián)法只適用于指標較少的簡單模型，在評價過程中與方案極值高度一致，影響評估的穩(wěn)定性。而模糊綜合評價以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)，根據(jù)最大隸屬度原則將定性、定量評價指標利用隸屬度函數(shù)求出各方案的隸屬等級進行綜合評判?！厩腥朦c】然而，先前的灌區(qū)評價體系主要基于灌區(qū)的工程、運行管理以及經(jīng)濟效益等內(nèi)容建立，考慮灌區(qū)生態(tài)環(huán)境因素較少，不能體現(xiàn)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的內(nèi)涵，而且在評價指標較多時，一方面權(quán)重難以分配，另一方面即使確定了權(quán)重分配，由于要滿足歸一性，每一指標分配的權(quán)重必然很小?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于此，本文依據(jù)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的概念及內(nèi)涵要求，構(gòu)建節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康評價指標體系，應(yīng)用模糊評價-層次分析相結(jié)合的模型評價節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康水平，并以陜西省交口抽渭灌區(qū)為例對模型進行驗證，以期為大中型灌區(qū)的生態(tài)健康性診斷提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 評價指標體系的確立

1.1.1 評價指標海選

節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)具有“生態(tài)系統(tǒng)健康、資源高效利用、灌區(qū)科學管理、工程設(shè)施配套、經(jīng)濟效益良好”的特征。本文依據(jù)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的概念及內(nèi)涵要求[14]，在借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上[11, 15-16]，結(jié)合我國灌區(qū)的實際建設(shè)狀況，采用階梯層次結(jié)構(gòu)設(shè)計指標體系，并遵循科學性、可行性、全面性相結(jié)合的原則，選取相互獨立、易獲取、可量化指標組成節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康評價指標體系。本文初步構(gòu)建的評價體系分為3層：以灌區(qū)合理建設(shè)并健康可持續(xù)運行作為目標層，以灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、社會經(jīng)濟效應(yīng)、服務(wù)管理體系及人文生態(tài)環(huán)境6個方面作為指標體系的準則層，對準則層分解獲得36個評價指標作為指標層，初選的指標體系如表1所示。

表1 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康評價初選指標及標準符合度

注 M、V、P、T、C、R、S分別表示指標的可測性、敏感性、可預測性、典型性、可控性、響應(yīng)性、穩(wěn)定性；指標19畝均用水量下降率=（灌區(qū)5 a平均畝均用水量-灌溉定額）/灌溉定額。

1.1.2 評價指標初篩

為保證對節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)進行客觀準確的評價，借鑒Dale等[17]的研究，單個指標入選原則為8個標準：可測性（Measurability，M），敏感性（Vulnerability，V），可預測性（Predictability，P），典型性（Typicality，T），可控性（Controllability，C），整體性（Integrity，I），響應(yīng)性（Responsibility，R），穩(wěn)定性（Stability，S）。其中，整體性是針對整個指標體系構(gòu)建，經(jīng)全面統(tǒng)計的上述指標體系已滿足該要求。逐一確認每個指標的標準符合度，如表1所示，發(fā)現(xiàn)25個指標符合的標準數(shù)量不少于5個，可以直接保留：其他11項指標符合的標準數(shù)量少于5個，故予以剔除。

1.1.3 評價指標優(yōu)化篩選

本文采用評價指標選擇模型[18]對指標進行優(yōu)選，構(gòu)建的步驟分為：構(gòu)建關(guān)系矩陣(j×g)、構(gòu)建入選標準度矩陣(g×7)、評價指標優(yōu)化。

經(jīng)過初步篩選的評價指標體系構(gòu)建關(guān)系矩陣(j×g)，其中是指標體系中第-1層的第個指標，是指標體系中第層的第個指標。當?shù)趯拥闹笜伺c第1層的指標有關(guān)聯(lián)時，r的值為1，否則r的值為0。

根據(jù)不包括整體性的7個原則，建立行7列的入選標準矩陣(g×7)來選取指標，當某指標滿足標準時c=1，否則為0。

若某指標滿足可測、敏感、典型、可控及穩(wěn)定5個入選標準，則直接入選，其余指標待定。根據(jù)以上原則，構(gòu)建向量，滿足標準的值為1，否則為0。

為保證指標體系的完備性與簡潔性，目標函數(shù)可設(shè)為：

式中：c為第個指標的取值，c=1表示第個指標入選，否則被刪除。當指標滿足5個及5個以上標準時保留，即：

構(gòu)建向量=[c1,c2,…,c]，為保證指標層之間互相聯(lián)系，則需要滿足：

為保證指標體系的完備性，所有指標的權(quán)重之和需達到一定精度，選擇主成分分析法常用的0.85作為指標完備性的一個標準。

式中：W=[W1,W2,…,W]是所有指標權(quán)重構(gòu)成的矩陣。

1.1.4 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價指標優(yōu)化篩選

確定各指標的權(quán)重是指標優(yōu)化篩選的條件，對經(jīng)初步篩選后保留的25個指標采用層次分析法計算獲得各指標的權(quán)重，如表2所示。

表2 初選指標權(quán)重

據(jù)式（1）—式（3），結(jié)合初篩后的25個評價指標，構(gòu)建入選標度矩陣（25×7），關(guān)系矩陣（25×6），×T分別為：

=[1,c2,1,1,c5,c6,1,1,1,1,1,c12,1,1,1,c16,1,1,1,c20,c1,1,1,1,1]，可見有c2等7個指標不能確定是否保留。

CI×R=[3+c2,2+c5+c6,4+c12,2+c16,3+c20,4+c1]>0，由于c為0或1，則CI×R>0的條件已經(jīng)滿足，表明指標體系間具有聯(lián)系性。

選擇主成分分析法對指標進行刪減，采用公式×W>0.85確保指標的完備性與整體性。

×W=[1,c2,1,1,c5,c6,1,1,1,1,1,c12,1,1,1,c16,1,1,1,c20,c1,1,1,1,1]×W=0.812 5+0.024 4c2+0.032 6c5+0.040 8c6+0.043 2c12+0.016 6c16+0.008 7c20+0.021 6c21>0.85，則0.024 4c2+0.032 6c5+0.040 8c6+0.043 2c12+0.016 6c16+0.008 7c20+0.021 6c21>0.037 5，因為c=0或1，要使上式大于0.037 5，則c不能全為0。

故本文將36個指標優(yōu)化到19個指標入選節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價指標體系，如表3所示。最終計算×W的值為85.57%，表示本文建立的指標體系用52.78%的指標表達了85.57%的信息，可全面反應(yīng)節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的各種屬性，并保證了指標的簡潔與整體性。

表3 優(yōu)化后的節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價指標體系及評價標準

注 各指標標準在參照文獻[11, 19]的基礎(chǔ)上確定。

評價標準是利用模糊層次分析模型評價的基礎(chǔ)，直接影響評價結(jié)果的合理性。本研究各指標標準在參照國家適用標準及相關(guān)研究成果[11, 19]的基礎(chǔ)上確定，如表3所示，各指標的健康級別分為“優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格”5級，以反映灌區(qū)健康狀況從優(yōu)到劣的變化。

1.2 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康評價模型的構(gòu)建

考慮到節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的評價指標涉及因素較多，因素屬性跨越自然、經(jīng)濟、環(huán)境、社會等多個領(lǐng)域，且是定性與定量指標結(jié)合，一方面需要每個指標都涉及，另一方面要保證每個指標信息的全面性，因此采用模糊評價和層次分析相結(jié)合的方法，首先運用層次分析法建立遞階結(jié)構(gòu)，計算指標層權(quán)重，其次利用多層次模糊綜合評價法對灌區(qū)現(xiàn)狀做出評估。其模型構(gòu)建可分為4個步驟：建立因素集和評語集、確立指標權(quán)重集、構(gòu)建模糊評判矩陣和模糊層次綜合評判。

1.2.1 建立因素集和評語集

節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)中的因素集為評價對象的指標體系組成的集合，即=(1,2, …,36)。表示灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、社會經(jīng)濟效應(yīng)、服務(wù)管理體系及人文生態(tài)環(huán)境6類評價指標的集合，u表示第項指標。根據(jù)灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，將其劃分為5級并組成評價集=(1,2, …,5)，對應(yīng)的評語等次為=（優(yōu)秀，良好，中等，及格，不及格），反映灌區(qū)總體狀況從優(yōu)到劣的變化。

1.2.2 確定指標權(quán)重集

運用層次分析法確定指標體系中各個指標的權(quán)重，從準則層開始，采用比例標度法將同一層次的兩兩指標進行比較并確定相對重要性，準則層及指標層重復該操作并構(gòu)造判斷矩陣，即=(a)×n，各標度含義如表4所示。通過計算判斷矩陣的最大特征根max及其對應(yīng)的特征向量，即=max，將特征向量歸一化作為指標體系中的權(quán)重。求特征向量常用的方法有和積法和方根法，本研究采用和積法求判斷矩陣的最大特征根和對應(yīng)的特征向量。具體做法如下：

矩陣中的元素按列均一化，即

將歸一化后的矩陣的同一行的元素相加，即

其對應(yīng)向量=(1,2,…,w)即為各指標的權(quán)重向量。

表4 各標度數(shù)值含義

注a為因素之間的相對重要性比值。

為滿足對高維判斷矩陣的一致性要求，采用一致性指標和平均隨機一致性指標對判斷矩陣進行一致性檢驗，的值如表5所示。

表5 隨機一致性指標RI的值

1.2.3 構(gòu)建模糊評判矩陣

構(gòu)造模糊評判矩陣的關(guān)鍵是確定各個指標的隸屬度，為消除各等級間數(shù)值相差不大而評語等級可能相差一級的跳躍現(xiàn)象，構(gòu)造隸屬度函數(shù)時參照文獻[8]可將其進行模糊化處理。對于2、3、4這3個中間區(qū)間，令指標值落在區(qū)間中間隸屬度最大，由中間向兩側(cè)按線性遞減處理；對于1、5這2個邊界區(qū)間，令距離臨界值越遠，屬二側(cè)區(qū)間的隸屬度越大，構(gòu)造的隸屬函數(shù)如式（12）—式（16）。針對節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)影響因素特征，對于定量的正向指標（如灌溉水利用系數(shù)），各指標隸屬度直接運用上式計算；對于定量的負向指標（如鹽漬化指數(shù)）隸屬度計算時將上式中“＞”、“＜”、“≥”、“≤”分別互換。

式中：1為“優(yōu)秀”與“良好”的臨界值，3為“良好”與“中等”的臨界值，5為“中等”與“及格”的臨界值，7為“及格”與“不及格”的臨界值，2為1和3的平均值，4為3和5的平均值，6為5和7的平均值。

對于定性指標，各評語隸屬度的確定如表6所示。

表6 定性指標隸屬度評價矩陣

根據(jù)各指標特征，由隸屬度函數(shù)計算各準則層隸屬度矩陣1、2、3、4、5、6合并為隸屬度矩陣。根據(jù)最大隸屬度原則判斷6個準則層的健康級別。

式中：r表示第個指標屬于第級別的隸屬度。

1.2.4模糊層次綜合評判

根據(jù)指標權(quán)重集和模糊評判矩陣，得出灌區(qū)在5個健康級別的隸屬度矩陣，采用最大隸屬度原則判斷灌區(qū)健康狀態(tài)。

式中：為指標權(quán)重集；為模糊評判矩陣。

2 實例分析

2.1 研究區(qū)概況

交口抽渭灌區(qū)是一座灌排并舉的大型電力抽排工程，地處陜西省關(guān)中東部（北緯34°33′20″—34°50′00″，東經(jīng)109°15′25″—109°48′45″），地理位置如圖1所示，屬暖溫帶半干旱季風區(qū)，降水年內(nèi)分布不均，蒸發(fā)量大。灌區(qū)西起臨潼區(qū)石川河，東到大荔縣沙苑地區(qū)，南起渭河北岸，北到蒲城鹵泊灘，灌區(qū)總面積10.24億hm2，設(shè)計灌溉面積7.93億hm2，有效灌溉面積7.53億hm2，轄灌西安、渭南兩市的臨潼、閆良、臨渭、富平、蒲城、大荔六縣（區(qū)）21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?7.25萬人。該工程于20世紀分兩期建成，1966年一期工程建成通水，1970年4月全面建成通水。經(jīng)過50 a的運行，灌區(qū)糧食持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，累計抽水104.9億m3，累計生產(chǎn)糧食187.24億kg，棉花4.77億kg，是陜西省農(nóng)業(yè)發(fā)展、糧食安全的重要保障。

圖1 研究區(qū)位置

2.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)評價指標體系搜集交口抽渭灌區(qū)2020年的統(tǒng)計資料，原始數(shù)據(jù)主要來自《陜西省交口抽渭灌區(qū)“十四五”續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造可行性研究報告》、《陜西省水利統(tǒng)計年鑒2020》、《陜西省水資源公報2020》及以前學者的研究成果[20-21]等，部分數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)地市2020年統(tǒng)計年鑒、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、水資源公報等資料確定。

2.3 指標權(quán)重計算與分析

本文應(yīng)用層次分析法計算各指標權(quán)重，根據(jù)比例標度法（表4）對將指標體系中同一層指標相對于上一層指標進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣-，運用和積法對判斷矩陣進行歸一化后并進行一致性檢驗，準則層的判斷矩陣如表7所示，灌溉節(jié)水系統(tǒng)中指標層權(quán)重的計算結(jié)果如表8所示。

表7 判斷矩陣A-B及權(quán)重

注max= 6.036 8,= 0.007 2,= 1.240 0,= 0.005 8< 0.1，滿足一致性檢驗。

表8 灌溉節(jié)水系統(tǒng)（B1）中指標層權(quán)重表

注max= 6.395 9,= 0.077 9,= 1.240 0,= 0.062 8 < 0.1，滿足一致性檢驗。

運用同樣賦權(quán)方法對灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、社會經(jīng)濟效應(yīng)、服務(wù)管理體系及人文生態(tài)環(huán)境中指標進行歸一化處理，依次計算各個指標的權(quán)重，結(jié)果如表9所示。由此可計算出41個指標的最終權(quán)重，指標最終權(quán)重等于指標層相對準則層權(quán)重與準則層相對目標層權(quán)重的乘積，如灌溉水利用系數(shù)5最終權(quán)重為0.242 3×0.546 9=0.132 5。

表9 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)健康評價指標體系的權(quán)重

在節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)評價指標體系中，從準則層來看（表7），灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量和灌區(qū)生態(tài)資源的權(quán)值最大，均為0.242 3，表明這3方面在灌區(qū)建設(shè)與管理中最重要，人文生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟效應(yīng)次之，服務(wù)管理體系權(quán)值最小，僅為0.053 4。在指標層中（表7），地表水氨氮質(zhì)量濃度（10）的權(quán)重為0.161 5，其數(shù)值最大，反映出地表水環(huán)境污染程度是灌區(qū)最關(guān)注的指標，其次灌溉水利用系數(shù)（5）、節(jié)水灌溉覆蓋率（6）、鹽漬化指數(shù)（18）、地表水水質(zhì)（13）及化肥使用強度（35）的權(quán)重也相對較高，說明灌區(qū)運行中較注重節(jié)水體系與生態(tài)環(huán)境，而體現(xiàn)社會經(jīng)濟效應(yīng)和服務(wù)管理體系的指標權(quán)重相對較小，“兩費”落實情況（28）及灌溉管理人員業(yè)務(wù)素質(zhì)（26）這2個指標的權(quán)重均小于0.02，其中，灌溉管理人員業(yè)務(wù)素質(zhì)（26）占有的權(quán)重比值最小，為0.009 3。上述結(jié)果同灌區(qū)實際狀況基本一致，主要以節(jié)水及保護生態(tài)環(huán)境為主要目標，對社會效應(yīng)及服務(wù)管理等關(guān)注較少。

2.4 模糊綜合評價計算與分析

以交口抽渭灌區(qū)為例開展節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)模糊綜合評價，按照隸屬度函數(shù)式（12）—式（16）及表6分別確定各指標隸屬度，各指標現(xiàn)狀值及計算結(jié)果見表10。

表10 各指標現(xiàn)狀值及隸屬度計算結(jié)果

交口抽渭灌區(qū)的灌溉節(jié)水系統(tǒng)（1）、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量（2）、灌區(qū)生態(tài)資源（3）、社會經(jīng)濟效應(yīng)（4）、服務(wù)管理體系（5）及人文生態(tài)環(huán)境（6）的評價結(jié)果如下：

以1、2、3、4、5、6構(gòu)成節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價的隸屬度矩陣，則綜合評價結(jié)果為：=×=[0.224, 0.169, 0.409, 0.159, 0.039]。

根據(jù)分級情況，交口抽渭灌區(qū)在優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格級別的隸屬度綜合得分分別為：0.224、0.169、0.409、0.159、0.039，按照最大隸屬度原則，交口抽渭灌區(qū)的健康狀況屬于中等級別。目標層及各個準則層評價等級如圖2所示，交口抽渭灌區(qū)的灌溉節(jié)水系統(tǒng)處于中等狀態(tài)的隸屬度綜合得分為0.532，制約因素主要是灌溉水利用系數(shù)（5）和節(jié)水灌溉覆蓋率（6）；灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量處于中等狀態(tài)的隸屬度為0.400，制約因素主要是地表水氨氮質(zhì)量濃度（10）；灌區(qū)生態(tài)資源處于中等狀態(tài)的隸屬度為0.523，制約因素主要是地下水水質(zhì)（14）、地表水水質(zhì)（13）和地下水利用指數(shù)（12）；社會經(jīng)濟效應(yīng)處于中等狀態(tài)的隸屬度為0.677，制約因素主要是畝均用水量下降率（19）；在服務(wù)管理體系和人文生態(tài)環(huán)境方面，隸屬于優(yōu)秀的得分分別為0.746、0.528，但人文生態(tài)環(huán)境方面在及格和不及格級別的隸屬度綜合得分仍分別有0.128和0.245，制約因素主要是生活垃圾無害化處理率（33）和生活污水處理率（32）。由此可知，交口抽渭灌區(qū)的服務(wù)管理較好，但灌溉節(jié)水、生態(tài)環(huán)境保護仍處于中等水平，表明之前的灌區(qū)節(jié)水改造工程較重視經(jīng)濟效益，而忽略了對生態(tài)環(huán)境的影響。

圖2 節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價級別

3 討論

節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)是提高灌區(qū)水資源利用效率、改善灌溉條件、保障糧食安全和促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。交口抽渭灌區(qū)作為西北干旱地區(qū)典型的提水灌區(qū)，對灌區(qū)健康狀況進行客觀的綜合評價，研究灌區(qū)存在的主要問題并提出對策，能夠促進大型灌區(qū)可持續(xù)健康發(fā)展。與尹杰杰等[22]僅采用模糊綜合評判法和崔金濤等[11]僅采用層次分析法的研究相比，本文構(gòu)建的集成模糊-層次分析綜合評價模型，優(yōu)勢在于用定量化的方法消除指標的不確定性，并將評價指標體系分成遞階層次結(jié)構(gòu)，運用層次分析法確定各指標的權(quán)重，分層次進行模糊綜合評判，得到的評價結(jié)果更加客觀。此外，費良軍等[23]在大型灌區(qū)運行狀況綜合評價中，指標體系主要包括水源保證情況、工程配套率、管理措施指標、節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)指標及生態(tài)環(huán)境等指標，雖考慮了生態(tài)效益部分，但未對節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)復合系統(tǒng)的整體評價展開深入研究，本文重點考慮了灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源及人文生態(tài)文化等方面指標。但節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價是一個復雜的系統(tǒng)，涉及生態(tài)、景觀、經(jīng)濟、人文、水體物理、化學及生物等多方面因素，而我國灌區(qū)類型多樣，因此對于評價指標的選取、評價標準的確定都待進一步研究和完善，并且隨著社會的發(fā)展，對灌區(qū)運行狀況的評估要求越來越高，指標標準不同等級范圍的劃分也會隨之改變。

根據(jù)模糊層次分析綜合評價結(jié)果，交口抽渭灌區(qū)在服務(wù)管理體系方面已有了一定的提升，但在灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、人文生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟效應(yīng)方面與現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)標準還存在一定的差距。在通過多次實地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，交口抽渭灌區(qū)的健康性受到威脅的原因主要包括：一方面，工程灌溉供水保障能力不足，灌區(qū)水源單一，受渭河來水影響大，因水源河段控導工程水毀嚴重，易造成枯水期間灌溉取水脫流，灌區(qū)骨干渠系和田間末級渠系工程老化失修，輸水損失嚴重，水資源利用效率較低；另一方面，灌區(qū)排水溝系由于運行時間長，年久失修，導致溝內(nèi)雜草叢生，岸坡剝蝕、塌落以及人們隨意傾倒垃圾形成淤積，使得灌區(qū)排水不暢，部分農(nóng)田產(chǎn)生明水，造成地下水位上升、土壤鹽漬化；加之目前灌區(qū)人民生態(tài)節(jié)水意識較差，生活垃圾規(guī)范化處理不足，生產(chǎn)生活污水無處理排入排水溝，農(nóng)田過量使用農(nóng)藥化肥產(chǎn)生面源污染，忽略了對環(huán)境的污染，使灌區(qū)的生態(tài)健康進一步惡化。因此，交口抽渭灌區(qū)應(yīng)有針對性的對輸水運行中存在砌護損壞、積水、滲漏等問題進行修復改造，在以后的管理中以配套完善灌溉排水工程、保護灌區(qū)生態(tài)環(huán)境、改善灌區(qū)人民生活環(huán)境及強化農(nóng)民生態(tài)環(huán)境保護意識為重點，建設(shè)成為節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)。

4 結(jié)論

1）基于節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的概念內(nèi)涵，從灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源、社會經(jīng)濟效應(yīng)、服務(wù)管理體系及人文生態(tài)環(huán)境6個準則層，通過初步選擇與優(yōu)化篩選，將指標數(shù)量從最初的36個精簡到19個，表達了85.57%的整體信息。

2）構(gòu)建了模糊層次分析綜合評價模型，以陜西省交口抽渭灌區(qū)為例進行綜合評價，結(jié)果顯示灌區(qū)整體處于中等健康水平（隸屬度為0.409），與灌區(qū)實際情況相符，說明綜合評價模型切實可行。

3）按照隸屬度最大原則，各準則層的評價結(jié)果表明，交口抽渭灌區(qū)的灌溉節(jié)水系統(tǒng)、灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量、灌區(qū)生態(tài)資源和社會經(jīng)濟效應(yīng)處于中等水平，服務(wù)管理體系和人文生態(tài)環(huán)境處于優(yōu)秀水平，應(yīng)加強灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護及節(jié)水工程配套完善。

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Fuzzy Analytic Hierarchy Process for Evaluating Ecological Health of Water-saving Irrigation Districts

REN Pan1, FEI Liangjun1*, FENG Chanli2, TONG Haili2, JIANG Ruirui1, JIE Feilong1, GAO Xuyan2, CHEN Siyuan1

(1. State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China;2. Shaanxi Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute, Xi’an 710001, China)

【Objective】Keeping irrigation districts healthy is critical to maintaining their economic and ecological service. We present a new method in this paper to comprehensively and systematically evaluate health of large irrigation districts. 【Method】We used 36 indexes to characterize each irrigation water-saving system based on the following aspects: environmental quality of the irrigation area, ecological resource of the irrigation area, socioeconomic effect, service management, and humanistic ecological environment. Screening narrowed the indexes to19 which represent 85.57 % of the information on effect of the irrigation system. Based on these indexes, we combined the analytic hierarchy process and the fuzzy comprehensive evaluation method to evaluate ecological service of the water-saving irrigation districts. The model was applied to Jiaokou Irrigation District in Shaanxi province, China. 【Result】The health of Jiaokou Irrigation district was moderate, and scores of the comprehensive evaluation index at excellent, good, moderate, fair and poor levels were 0.224, 0.169, 0.409, 0.159 and 0.039 respectively. For the six aspects used in the evaluation, the effect of environmental quality of irrigation area, ecological resources, and social and economic effects were all moderate level, while the service management system and the humanistic ecological environment were at excellent level. 【Conclusion】On average, the service management of Jiaokou Irrigation district is good though there is still room for improvement. The method and results presented in this paper can help to improve maintenance of water-saving irrigation districts and prolong their ecological service.

water-saving ecological irrigation district; fuzzy comprehensive evaluation; analysis hierarchical process; Jiaokou irrigation district

1672 - 3317（2022）07 - 0129 - 11

S27

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022161

任盼, 費良軍, 馮纏利, 等. 基于模糊層次分析法的節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)綜合評價[J]. 灌溉排水學報, 2022, 41(7): 129-139.

REN Pan, FEI Liangjun, FENG Chanli, et al. Fuzzy Analytic Hierarchy Process for Evaluating Ecological Health of Water-saving Irrigation Districts[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(7): 129-139.

2022-03-28

陜西省水利科技項目（2021slkj-17）；國家自然科學基金項目（52079105）

任盼（1999-），女。碩士研究生，主要從事生態(tài)灌區(qū)與農(nóng)業(yè)水資源研究。E-mail: 2891045723@qq.com

費良軍（1963-），男。教授，博士生導師，主要從事節(jié)水灌溉與生態(tài)灌區(qū)研究。E-mail: feiliangjun2008@163.com

責任編輯：白芳芳