里自沽大型灌区用水综合效益评价

里自沽大型灌区用水综合效益评价

众所周知，灌溉。全国灌溉用水总量自1980年以来大体维持在3200~3500亿m3。由于国家对水资源开发、利用、节约、保护工作的重视和加强,在农业节水方面采取了一系列政策和措施,我国灌溉用水效率和效益逐步提高。全国灌溉用水效率从20世纪80年代的30%~40%,提高到2008年的48%左右。尽管如此,节水灌溉的情况与发达国家比还有很大差距。与我国水资源严重短缺的形势比,也还很不适应农业节水还有潜力可挖。在用水形势上,北方地区农业灌溉用水越来越紧张,在与工业和城市发展用水竞争中,灌溉用水常常处在不利位置,不少地方靠超采地下水、挤占生态环境用水维持用水现状,对农业可持续发展和水资源的可持续利用非常不利。2010年1月17日,水利部部长陈雷在2010年全国水利厅局长会议上指出,尽管近些年来我国水利建设取得很大成效,但涉及民生的水利问题仍然十分突出。今年的工作应以农田水利为重点,加强农业基础设施建设,加快大中型灌区的配套改造,扩大节水灌溉面积,建设高标准农田,做好大中小型灌区的节水改造工作。本文研究了天津宝坻区里自沽大型灌区的用水效率与效益问题,选取灌溉水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数、灌溉水生产效率、耕地有效灌溉率、节水灌溉工程面积率6个指标,构建了模糊综合评价模型,对影响灌区用水综合效益的因素进行了分析。其评价结果作为灌区节水改造和管理的理论依据和指导方向。1模糊综合评判的步骤模糊综合评价是指对多种模糊因素所影响的事物或现象进行总的评价,又称模糊综合评判。近些年,随着模糊数学理论的完善和发展,它已被广泛应用于各种评价领域,为综合评价问题开辟了更科学的途径。灌区农业用水效率及效益评价属于多准则、多层次的综合评价问题,所涉及的范围广,评价因子多,并且充满了随机性、模糊性和不确定性。从理论上讲,模糊综合评价法体现了灌区农业用水客观存在的模糊性和不确定性,符合客观规律,具有较强的合理性。模糊综合评判具体步骤如下:(1)第1步,建立因素集。因素集即评价指标集合,是影响综合评判对象的各种因素所组成的一个普通集合。即:式中:vi(i=1,2,…,m)代表各影响因素,通常都具有不同程度的模糊性。(2)第2步,建立备择集。备择集是评判者对评判对象可能作出的各种总的评判结果所组成的集合。即:式中:ui(i=1,2,…,n),代表各种可能的总评判结果。(3)第3步,建立权重集。为了反映各因素的重要程度,对各个因素vi应赋予一相应的权数ai(i=1,2,…,m)。由各权数组成的集合W=(a1,a2,…,am)称为权重集。通常,各权数ai应满足归一性和非负性条件:(4)第4步,单因素模糊评判。单独从一个因素出发进行评判,以确定评判对象对备择集元素的隶属程度,便称为单因素模糊评判。单因素评判集Ri可简单表示为:将各单因素评判集的隶属度为行组成矩阵,称为单因素评判矩阵:(5)第5步,模糊综合评判。单因素模糊评判,仅反映了一个因素对综合评价结果的影响,这显然是不够的。我们需要综合考虑所有的因素,得出科学的评判结果,这便是模糊综合评判。为了能合理地反映所有元素的综合影响,在Ri式的各项作用以相应因素的权数ai(i=1,2,…,m),因此,模糊综合评判可表示为F=WR,即:式中:F称为模糊综合评判集;fj称为综合评判指标。2使用实例2.1里自东南角灌溉灌溉概况里自沽灌区位于宝坻区东南部,潮白新河两岸,耕地面积3.12万hm2,是宝坻区和天津市重要粮食生产基地。里自沽灌区属北温带大陆季风气候,四季分明,多年平均气温11.1℃,极端最高气温40.3℃,极端最低气温-27.0℃,全年日照时数2609h,无霜期190d。动土层0.5~0.8m。里自沽灌区多年平均降水量611mm,其中夏季6-9月份为510mm,占全年的83.4%。降水量年际间变化较大,最大年降水量1052mm,最小年降水量384mm,两者相差2.74倍。多年平均水面蒸发量1785mm。里自沽灌区灌溉水源主要依靠潮白新河上的里自沽蓄水闸,灌区内还有箭杆河、导流河和秀针河3条二级河道,另外有小水库3座、坑塘409个及213条干支渠。灌区中除潮白河两岸部分耕地自流灌溉外,大部分耕地利用扬水站(点)从渠道提水灌溉,全灌区共有灌溉扬水站(点)423座。灌区排水均为机排,共有排涝扬水站10座,设计总排水能力147.6m3/s,除涝标准已达到5~10年一遇标准。2.2构建评价体系应具有综合分析评价农业用水的利用效率是指从水源到作物过程中灌溉用水的利用效率。农业用水效率及效益评价指标是一个复杂的大系统,需建立一个各有侧重又相互关联的综合反映水资源的指标体系。综合分析评价指标体系的制定和判断是一个很复杂的问题,在我国,这方面的工作尚处于研究之中。根据评价指标体系构建原则,结合农业用水的过程和具体特点,参考国内外农业用水效率评价等方面已有成果,本研究构建了灌区农业用水效率与效益评价指标体系,见图1。该指标体系包括目标层和指标层2个层次,共6项,基本能够较全面地刻划农业灌区的用水效率与效益情况,且这些指标能够定量计算,数值易获取,便于实际应用。2004-2008年里自沽灌区农业用水效率与效益系统各指标值列于表1。2.3农业水高效水采用量标评分标准参考国内外已报道的相关研究成果,将灌区农业灌溉水利用效率及效益的高低程度分为5级,各评价等级有一定的判别标准和区分界限,可看作是灌区农业水资源利用程度的重要表征。本研究拟将采用“农业用水效率及效益指数”来表示灌区农业用水的整体态势,对其取评语集合为:U={Ⅰ级(μ1),Ⅱ级(μ2),Ⅲ级(μ3),Ⅳ级(μ4),Ⅴ级(μ5)}它们分别代表了“低效,较低效,中等,较高效,高效”5个评价等级。评价标准的确定,是评价工作中的重要一环。但是,目前农业用水效率及效益评价尚没有统一的国家标准,主要原因是区域间可利用的农业水资源数量和质量不同、社会经济发展水平都有较大差异,因此,不可能建立起通用的评价标准。本研究参考《大中型灌区节水改造》、《节水灌溉工程规范》等国家(行业和地方)规定或颁布的有关标准或文件、节水型社会建设目标、国内外各指标的数值变化范围及农业灌溉水利用效率及效益情况,确定各项指标的评价标准。经查阅国内灌区灌溉与管理方面的参考文献,各项灌区灌溉指标评价标准合理。建立如下评价标准,见表2。2.4农业灌溉水利用效率综合评价结果根据模糊评价模型的建立方法,以2008年天津市宝坻区里自沽灌区用水数据为例,对各评价指标进行灌区农业灌溉水利用效率单因素模糊评价,得出关系矩阵:计算得出权重集:由于评价因子较多,为了不丢失数据信息,这里将各影响因素的评价等级加权平均来确定灌区农业灌溉水利用效率综合评价结果。由上得灌区农业灌溉水利用效率的综合评价值为3.687,其值在3和4之间,表明里自古灌区的农业灌溉水利用水平较高。同理可得:2004年、2005年、2006年、2007年灌区用水状况综合评价结果(见表3)。3里自东南角大型灌溉高效利用情况本文利用模糊综合评价法对大中型灌区的灌溉水利用率、用水管理水平、灌溉配套工程等方面进行了综合评价。从上述的分析结果来看,2004-2008年,天津宝坻区里自沽大型灌区综合评价指数分别为3.299、3.423、3.624、3.679、3.687,里自沽大型灌区的农业灌溉水利用效率(2004-2008年)均为Ⅳ级标准,农业灌溉水利用效率较高,且综合评价值逐年升高,较真实地反映了整个灌区的渠系输水及田间灌水情况,即水资源高效利用情况。总体来看,里自沽大型灌区经过2004-2008年的节水灌溉建设,各种灌溉配套工程较全面,工程节水技术(包括渠道防渗技术、管道输水技术、改进地面灌溉技术、水稻节水灌溉技术等)全面推广。减少了输配水过程的跑漏损失和田间灌水过程的深层渗漏损失,提高灌溉水利用效率。对大部分农民进行了农艺节水技术的培训,提高了田间水利用系数。同时,灌区管理人员加强了整个灌区的节水灌溉管理。提高了整个灌区的灌溉水利用效率。4建立评价体系本文初步探索了将灌区各种灌溉效率、灌水管理、工程系统等多种指标结合起来进行综合模糊评价,以此来评判灌区的水资源高效利用情况。随着节水灌溉的不断深入,灌区节水、节能的水资源高效安全利用评价体系的建立越显重要。有必要加强对灌区灌溉水利用效率、灌水管理、灌区的灌水技术、灌区工程系统等方面的评价指标的建立工作,尤其是制定统一的指标评价标准体系,便于评价各个灌区的水