郭乙霏，潘國強(qiáng)，王文婷，郭二旺，雷存?zhèn)?，?靜

(1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2. 河南省水利科學(xué)研究院， 鄭州 450003；3. 河南省焦作市防汛抗旱通訊站，河南 焦作 454150；4. 河南省焦作市水利勘測設(shè)計(jì)院，河南 焦作 454003；5.河南省環(huán)境監(jiān)測中心，鄭州 450003)

黃淮平原區(qū)季節(jié)干旱時有發(fā)生，灌水對當(dāng)?shù)刈魑锓€(wěn)產(chǎn)、增收是非常重要的措施[1]。根據(jù)黃淮平原的灌溉需求，對適宜節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行綜合評價和篩選對緩解灌溉用水與水資源短缺矛盾、保障國家糧食安全具有重要意義。節(jié)水灌溉技術(shù)主要包括低壓管道、噴灌、微噴灌、滴灌和傳統(tǒng)地面灌溉等灌溉技術(shù)[2]。目前，在我國土地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；?jīng)營模式下，種植農(nóng)戶越來越認(rèn)識到改進(jìn)灌溉技術(shù)對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的重要性；加之種植農(nóng)戶對水資源短缺的現(xiàn)狀越來越警覺，紛紛主動引進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)，水利部也配套和改進(jìn)了大型灌區(qū)的灌溉工程，使得我國的節(jié)水高效灌溉事業(yè)得到迅速發(fā)展[3,4]。

本文通過分析黃淮海平原節(jié)水與灌溉的狀況，進(jìn)而對節(jié)水灌溉的影響指標(biāo)進(jìn)行體系化構(gòu)建，制定節(jié)水灌溉技術(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)和方法，并對節(jié)水灌溉技術(shù)提出綜合評價[5,6]，給區(qū)域種植區(qū)選擇適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)提供理論參考。

1 材料與方法

節(jié)水灌溉技術(shù)評價模型首先要依據(jù)評價的主體，確定評價指標(biāo)，其次是運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法對選定的指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。

1.1 節(jié)水灌溉技術(shù)的影響因素

(1)經(jīng)濟(jì)因素。工程投資和投資回收期，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率和經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值及灌溉成本[7]。

(2)技術(shù)因素。灌水均勻度和強(qiáng)度，灌溉水有效利用系數(shù)，對水質(zhì)、種植品種玉米、地形等適應(yīng)性，土壤滲透量。

(3)社會因素。農(nóng)民滿意度、施工難易程度、水源條件、節(jié)水量、經(jīng)濟(jì)承受能力、政府扶持力度、節(jié)能量、節(jié)約耕地情況、增產(chǎn)幅度。

(4)管理因素。生產(chǎn)管理體制、管理難易程度、管理人員要求、省工程度[8]。

(5)農(nóng)業(yè)生態(tài)因素。對水肥一體化及機(jī)械化適應(yīng)程度、改善作物農(nóng)田小氣候、土壤侵蝕及排鹽情況、對地下水可持續(xù)利用及土壤水庫調(diào)蓄能力影響。

1.2 技術(shù)指標(biāo)體系及模型的構(gòu)建

在眾多的影響因素中可以通過層次分析的方法形成一個選擇評判值，且該評判值無量綱，方便對相應(yīng)的灌水技術(shù)進(jìn)行適宜性比較，篩選出適宜的灌水技術(shù)[9]。

根據(jù)節(jié)水灌溉技術(shù)影響因素，建立節(jié)水灌溉技術(shù)綜合評價指標(biāo)體系(見圖1)。圖1采用評判模型，層次結(jié)構(gòu)通常分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和因素層[8]。通過圖1確定出每個方案的總排序及綜合效果評價值。

圖1 適宜節(jié)水灌溉技術(shù)篩選的層次結(jié)構(gòu)

1.3 指標(biāo)的量化處理

在確定指標(biāo)體系時，要盡可能考慮影響到節(jié)水灌溉方式選擇的各種因素，這些指標(biāo)有的是可定量的，但有的只能定性描述，這些定性描述的指標(biāo)為定性指標(biāo)，為便于評價，要對這些定性指標(biāo)采取量化處理，量化處理采用模糊評判法[10]。讓5個或以上相關(guān)領(lǐng)域的專家對定性指標(biāo)按規(guī)定的評語進(jìn)行評判并計(jì)算其隸屬度。專家計(jì)算的隸屬度的平均隸屬度作為該指標(biāo)的隸屬度。

指標(biāo)評語集：

C=﹛C1(很好)，C2(較好)，C3(一般)，C4(較差)，C5(很很差)﹜

標(biāo)準(zhǔn)隸屬度：

U=(1.0，0.75，0.5，0.25，0)

1.4 指標(biāo)的規(guī)范化與同趨化

有的評價指標(biāo)越大越好，為正向指標(biāo)，有的評價指標(biāo)越小越好，為負(fù)向指標(biāo)，還有的指標(biāo)有量綱，有的指標(biāo)沒有量綱。例如灌水均勻度、灌溉水分利用效率、效益費(fèi)用比、農(nóng)民滿意程度和節(jié)水、增產(chǎn)效果等為正向指標(biāo)，其值越大越好；如投資回收期、水資源短缺程度等為負(fù)向指標(biāo)，其值越小越好。因此，需要對除正向指標(biāo)外的其他指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理。

(1)指標(biāo)的規(guī)范化。對數(shù)量級差異過大的指標(biāo)和具有量綱的指標(biāo)采用一定的處理，即用同一指標(biāo)數(shù)列中每個指標(biāo)值都除以數(shù)列中最大指標(biāo)值，其結(jié)果值為規(guī)范化指標(biāo)值αxij。具體計(jì)算公式如下：

(2)指標(biāo)的同趨化。指標(biāo)的同趨化的目的是讓評價都為同一方向，對指標(biāo)小者為優(yōu)的采用指標(biāo)轉(zhuǎn)置的方法，具體計(jì)算公式如下：

式中：αxij為處理后的指標(biāo)值；xmax為指標(biāo)中最大值；xmin為指標(biāo)中最小值；xij為原指標(biāo)值。

1.5 指標(biāo)權(quán)重和綜合評價值

按以下方法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值：

式中：αxij為第i行乘 第j列的無量綱化值 (0<αxij≤1)；xij是處理i和變量j的實(shí)際值；xmax和xmin是每個變量的最大值和最小值；βxij是每個變量的無量化系數(shù)；m是處理i和變量j的實(shí)際值的個數(shù)；Index為綜合評價值。

2 黃淮平原種植區(qū)域灌溉技術(shù)篩選

黃淮平原種植區(qū)包括山東、河南全部，河北的中南部，山西中南部，江蘇和安徽北部，是全國最大的糧食集中產(chǎn)區(qū)。該區(qū)屬溫帶半濕潤氣候，年均降水量500～800 mm，多數(shù)集中在6月下旬至9月上旬，自然條件對作物生長發(fā)育極為有利。但由于氣溫高，蒸發(fā)量大，降雨較集中，經(jīng)常發(fā)生春旱夏澇等自然災(zāi)害。黃淮平原種植區(qū)目前仍以大水漫灌模式為主，灌溉水源為地下水。目前，在土地流轉(zhuǎn)政策和土地規(guī)?；?jīng)營模式下，適宜黃淮平原的節(jié)水灌溉技術(shù)仍在進(jìn)一步探索當(dāng)中，因?yàn)樵诙←湣挠衩滓荒陜墒旆N植制度下，適宜小麥灌溉技術(shù)的同時，還必須滿足玉米田間灌溉。當(dāng)前，噴灌技術(shù)和微噴灌技術(shù)在解決黃淮平原灌溉問題上表現(xiàn)突出。

2.1 指標(biāo)的量化

通過專家打分和資料查詢得到農(nóng)業(yè)生態(tài)中各子類指標(biāo)值，以及社會、經(jīng)濟(jì)、管理、技術(shù)指標(biāo)的量化值[11]，見表1。

表1 黃淮平原種植區(qū)各灌溉技術(shù)指標(biāo)值

2.2 指標(biāo)的處理

對表1指標(biāo)中的工程投資、投資回收期、灌溉成本運(yùn)用公式進(jìn)行同趨化處理、然后再對工程投資、投資回收期、經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、灌溉成本、灌水強(qiáng)度、土壤滲透量、增產(chǎn)幅度運(yùn)用公式進(jìn)行規(guī)范化處理，各指標(biāo)無量綱后的值見表2。

表2 黃淮平原種植區(qū)灌溉指標(biāo)同趨化和規(guī)范化后的指標(biāo)值

2.3 各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重衡量

通過建立準(zhǔn)則層、目標(biāo)層的權(quán)重矩陣，借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的平均值、方差及均方，最后求出βxij值，將βxij值除以βxij的總和，可以得出各指標(biāo)值的權(quán)重值，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 黃淮平原種植區(qū)各指標(biāo)值的權(quán)重分析

2.4 綜合計(jì)算

按照公式求出目標(biāo)層的綜合評價值index，計(jì)算結(jié)果見表4。微噴灌綜合因子為0.52，數(shù)值最高，總排序?yàn)槲姽?噴灌>低壓管灌>滴灌>畦灌，因此黃淮平原種植區(qū)最適宜灌溉技術(shù)為微噴灌技術(shù)。

表4 黃淮平原種植區(qū)適宜灌溉技術(shù)綜合排序

2.5 方案的確定

根據(jù)表4的計(jì)算結(jié)果可知，選擇微噴灌技術(shù)，即微噴管帶灌溉。黃淮平原種植區(qū)微噴灌技術(shù)綜合評價值最高，是因?yàn)槠湓诠嗨鶆蚨?、農(nóng)民歡迎程度、改善農(nóng)田小氣候及對水質(zhì)的適應(yīng)情況上表現(xiàn)突出。

在需求分析和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過專家打分將定性指標(biāo)量化。根據(jù)種植區(qū)特點(diǎn)，采用較為常見的5種節(jié)水灌溉技術(shù)模式，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、專家評價，選擇出最優(yōu)節(jié)水灌溉技術(shù)。

3 結(jié) 語

(1)節(jié)水灌溉技術(shù)適宜是指對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、管理和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的適宜，黃淮平原種植區(qū)節(jié)水灌溉適宜技術(shù)的指標(biāo)體系，綜合考慮了投資、效益、相關(guān)技術(shù)推廣的滿意度、管理制度，全面考慮到了各種影響因素。

(2)在各項(xiàng)指標(biāo)體系規(guī)范化和同趨化基礎(chǔ)上，建立了節(jié)水灌溉適宜技術(shù)選擇的層次分析數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)新提出了一種綜合評價計(jì)算方法。

(3)以黃淮平原種植區(qū)劃為單位，評判了種植區(qū)的適宜灌溉技術(shù)。在噴灌、滴灌、微噴灌、低壓管灌和畦灌5種方案中，運(yùn)用所建立模型選擇了最優(yōu)的灌水技術(shù)。結(jié)果表明，黃淮平原種植區(qū)適宜微噴灌，即微噴帶灌溉技術(shù)。