張修宇，康惠澤，李穎博

（華北水利水電大學(xué) 水資源學(xué)院，河南 鄭州 450046）

水資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)資源，也是維系自然生態(tài)系統(tǒng)和支撐社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展不可替代的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略資源。隨著城市化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口數(shù)量的不斷上升，我國許多地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活以及生態(tài)用水的需求量超出水資源承載能力，工業(yè)、生活等用水比例逐年增加，農(nóng)業(yè)用水比例相對降低。加之灌區(qū)灌溉面積逐年增大，導(dǎo)致水資源緊缺，可供水量減少。而我國許多灌區(qū)仍采用傳統(tǒng)的漫灌方式，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，提高灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用程度成為研究熱點(diǎn)。

2019 年9 月18 日，習(xí)近平總書記主持召開黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會［1］，提出將水資源作為最大的剛性約束，推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，指明了未來黃河流域水資源保護(hù)利用的方向。劉同凱等［2］在分析黃河水資源管理形勢與主要癥結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了黃河水資源節(jié)約集約利用與管理路徑：通過嚴(yán)格取用水的動態(tài)監(jiān)管，強(qiáng)化需求側(cè)“約束倒逼”和供給側(cè)“優(yōu)化提升”雙向發(fā)力，推動用水方式轉(zhuǎn)變，使經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水資源承載力相適應(yīng)。杜青輝等［3］從宏觀發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā)，結(jié)合黃河兩岸供水區(qū)地形地貌和水資源節(jié)約集約利用特點(diǎn)，提出推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效、促進(jìn)工業(yè)節(jié)水減排、強(qiáng)化生活節(jié)水降損等建議。從前人的研究來看，節(jié)水和增效是評價水資源節(jié)約集約利用的兩個主要方面，而水資源利用效率則是其中最為重要的評價指標(biāo)。有關(guān)水資源利用效率的研究目前已有很多，如張琨等［4］采用投影尋蹤模型對13 個?。ㄊ校┻M(jìn)行水資源利用效率評價，依據(jù)樣本自身的數(shù)據(jù)特性尋求最佳投影方向，使評價結(jié)果更具客觀性；Hu等［5］從多個視角對我國水資源利用效率進(jìn)行研究，結(jié)果表明我國中部地區(qū)的水資源利用效率較低；陳勇杰等［6］利用DEA 模型對貴州省9 個州（市）水資源利用效率進(jìn)行分析，結(jié)果表明貴陽市、遵義市和畢節(jié)市的水資源利用效率較高；張志強(qiáng)等［7］采用單指標(biāo)量化－多指標(biāo)綜合法和數(shù)列匹配方法，計算了河南省引黃受水區(qū)2010—2019 年水資源節(jié)約集約度；張修宇等［8］采用單一評價與組合評價相結(jié)合的循環(huán)修正評價法，對河南省引黃受水區(qū)14 個地級市進(jìn)行水資源利用效率綜合評價和分指標(biāo)單項(xiàng)評價。

綜合上述研究方法可知，有關(guān)水資源利用效率的評價側(cè)重于指標(biāo)的確定與指標(biāo)權(quán)重的計算，而對于水資源利用效率障礙因子的分析較少。本文結(jié)合水資源節(jié)約集約利用相關(guān)理論，建立人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)體系，采用AHP 與熵值法相結(jié)合［9－10］的方式確定各指標(biāo)的權(quán)重，利用TOPSIS 法對人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用進(jìn)行評價，并利用障礙度模型對評價指標(biāo)體系中的障礙因子進(jìn)行識別與分析，以期為人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用提供參考。

1 研究方法

1.1 TOPSIS 法

TOPSIS 法［11］是一種綜合評價方法，它根據(jù)有限個評價對象與理想解的接近程度進(jìn)行排序，通過計算各指標(biāo)到正、負(fù)理想解之間的距離和貼近度來評價指標(biāo)的優(yōu)劣。計算步驟如下。

1）構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化矩陣。公式為

式中：Cij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)，Qij為第i個評價對象第j個指標(biāo)的權(quán)重，hij為加權(quán)規(guī)范化矩陣H中的元素。

2）確定正、負(fù)理想解。計算公式為

式中：H＋為正理想解矩陣，由每個指標(biāo)的最大值組成，表示最優(yōu)方案；H－為負(fù)理想解矩陣，由每個指標(biāo)的最小值組成，表示最劣方案。

3）計算歐氏距離。分別計算不同年份評價指標(biāo)到正、負(fù)理想解之間的距離：

式中：D＋為評價指標(biāo)到正理想解的距離，D－為評價指標(biāo)到負(fù)理想解的距離。

4）計算貼近度。貼近度為歷年的評價指標(biāo)與正理想解的貼近程度，計算公式為

貼近度是介于0～1 之間的值，Ty＝1 時貼近度最大、水資源節(jié)約集約利用程度最高，Ty＝0 時貼近度最小、水資源節(jié)約集約利用程度最低。

1.2 組合權(quán)重計算

層次分析法（AHP）通過定性與定量相結(jié)合來確定指標(biāo)權(quán)重，適用于難以定量描述的決策問題。采用1～9 標(biāo)度法確定指標(biāo)標(biāo)度，構(gòu)造判斷矩陣［12］。為保證評價結(jié)果客觀準(zhǔn)確、不受主觀因素的影響，采用熵值法與層次分析法相結(jié)合的方式確定指標(biāo)權(quán)重［13］。

組合權(quán)重ωj計算公式為

1.3 障礙度模型

引入因子貢獻(xiàn)度Qj、偏離度Pij、障礙度Zij3 個指標(biāo)對障礙因子［14］進(jìn)行分析與判別，其中：因子貢獻(xiàn)度為單因素對總目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小，用權(quán)重表示；指標(biāo)偏離度為各個指標(biāo)與目標(biāo)水平（評價對象所期望達(dá)到的最優(yōu)水平，一般取各個指標(biāo)的最優(yōu)值）之間的差距水平。計算公式為

式中：Qj為因子貢獻(xiàn)度，Cij為第i個評價對象的第j個指標(biāo)值，Pij為第i個評價對象第j個指標(biāo)的偏離度，Zij為第i個評價對象第j個指標(biāo)的障礙度。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

人民勝利渠灌區(qū)位于豫北平原，涉及新鄉(xiāng)、焦作、安陽3 個市12 個縣（區(qū)）57 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），是我國北方典型的平原井渠結(jié)合灌區(qū)，規(guī)劃灌溉面積9.923 萬hm2。灌區(qū)工程主要由引水工程、渠系工程等構(gòu)成，引水工程由2 條引水渠和渠首閘組成，渠系工程由總干、干、支、斗、農(nóng)5 級渠系工程以及排水、機(jī)井、沉沙系統(tǒng)等組成，建筑物共有2 173 座?？偢汕阅舷虮保瑥狞S河引水供給人民勝利渠灌區(qū)，長52.7 km，是縮小版的“南水北調(diào)”，也是新中國最早的“南水北調(diào)”。除引水外，降水也是灌區(qū)水資源的一個重要來源，但灌區(qū)多年平均降水量不足600 mm，不能滿足農(nóng)田需水量的要求，必須引用黃河水和利用地下水。近年來，黃河水資源實(shí)行以供定需，灌區(qū)引黃水量受到極大限制，且灌區(qū)存在排水溝淤積、河道水質(zhì)污染嚴(yán)重等問題，在水資源短缺和水環(huán)境惡化的雙重壓力下，需要從多方面提高水資源節(jié)約集約利用水平。

本文以新鄉(xiāng)市新鄉(xiāng)縣、獲嘉縣、原陽縣、延津縣、封丘縣、衛(wèi)輝市6 個縣（市）為研究對象，所用數(shù)據(jù)來源于《河南統(tǒng)計年鑒》《新鄉(xiāng)統(tǒng)計年鑒》《新鄉(xiāng)市水資源公報》和《河南省農(nóng)村供水支持鄉(xiāng)村振興調(diào)研報告》［14］。

2.2 人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價

2.2.1 指標(biāo)體系

為了使評價指標(biāo)體系能夠較為全面地反映水資源節(jié)約集約利用程度，并對其進(jìn)行準(zhǔn)確評價，本文結(jié)合水資源節(jié)約集約利用的概念，按農(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水和工業(yè)用水4 個子系統(tǒng)（準(zhǔn)則）構(gòu)建評價指標(biāo)體系。參考相關(guān)文獻(xiàn)并征求相關(guān)專家意見，構(gòu)建人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)體系，見表1。

表1 人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)體系

2.2.2 水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

層次分析法與熵值法相結(jié)合，確定灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)權(quán)重。計算一致性比率CR＝0.026＜0.100，通過一致性檢驗(yàn)［11］。組合權(quán)重計算結(jié)果見表2。

表2 研究區(qū)水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)組合權(quán)重 %

2.2.3 水資源節(jié)約集約利用貼近度評價結(jié)果

利用式（7），計算得到2011—2020 年研究區(qū)的水資源節(jié)約集約利用貼近度，見表3。

表3 人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用貼近度

參考前人研究［16］，將貼近度劃分為差［0.0～0.2）、較差［0.2～0.4）、中等［0.4～0.6）、較好［0.6～0.8）、好［0.8～1.0］5 個等級，以此來評價灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用程度。由表3 可知2011—2020 年人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）的水資源節(jié)約集約利用貼近度除封丘縣（為0.399，極其接近“中等”等級的下限0.4）為“較差”等級外，其他5 個縣（市）均為“中等”等級。

由人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用貼近度發(fā)展趨勢（見圖1）可以看出，2011—2020年人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）的水資源節(jié)約集約利用貼近度呈波動上升趨勢，但尚未達(dá)到“較好”等級。原陽縣、延津縣、衛(wèi)輝市和新鄉(xiāng)縣歷年水資源節(jié)約集約利用貼近度大多處于0.4 以上且波動相對較小，表明這4 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用貼近度為“中等”等級。封丘縣水資源節(jié)約集約利用貼近度2011—2017 年逐年減小，2019 年達(dá)到研究期內(nèi)所有縣（市）的最小值，原因是2019 年的生態(tài)用水量占比（C13）和河道治理達(dá)標(biāo)率（C17）均為研究期內(nèi)的最小值。獲嘉縣水資源節(jié)約集約利用貼近度2015—2017 年逐年下降并于2017 年達(dá)到研究期內(nèi)的最小值，原因是2017年其新增節(jié)水灌溉面積占比（C4）和節(jié)水灌溉設(shè)備普及率（C7）均為研究期內(nèi)的最小值；2018—2020 年該縣水資源節(jié)約集約利用貼近度逐年上升并于2020 年達(dá)到研究期所有縣（市）的最大值，原因是其節(jié)水灌溉面積占比（C1）、新增節(jié)水灌溉面積占比（C4）和節(jié)水灌溉設(shè)備普及率（C7）提升幅度較大。

圖1 研究區(qū)6 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用貼近度發(fā)展趨勢

2.3 水資源節(jié)約集約利用障礙因子識別

識別水資源節(jié)約集約利用障礙因子，有助于為提升地區(qū)水資源節(jié)約集約利用程度提供決策參考。為了保證分析結(jié)果的時效性，利用式（9）與式（10）對2020年人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）的水資源節(jié)約集約利用障礙因子進(jìn)行識別，結(jié)果見表4。

表4 2020 年人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用主要障礙因子與障礙度 %

從表4 可知，農(nóng)業(yè)用水耗水率（C8）是新鄉(xiāng)縣、獲嘉縣、原陽縣3 個縣［占研究縣（市）數(shù)量的1／2］水資源節(jié)約集約利用的第一障礙因子，節(jié)水灌溉設(shè)備普及率（C7）是封丘縣、衛(wèi)輝市2 個縣（市）［占研究縣（市）數(shù)量的1／3］水資源節(jié)約集約利用的第一障礙因子，說明農(nóng)業(yè)用水耗水率（C8）與節(jié)水灌溉設(shè)備普及率（C7）是2020 年研究區(qū)水資源節(jié)約集約利用的主要障礙因子。人均糧食產(chǎn)量（C2）排在除原陽縣外的其他5 個縣（市）障礙度的前3 名內(nèi)，說明人均糧食產(chǎn)量也是灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用的主要障礙因子?；诖?，當(dāng)?shù)貞?yīng)大力普及節(jié)水灌溉設(shè)備，努力提高農(nóng)業(yè)用水效率，并積極調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，逐步提升水資源節(jié)約集約利用程度。

人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）2020 年的水資源節(jié)約集約利用前3 名障礙因子大多為農(nóng)業(yè)用水子系統(tǒng)的指標(biāo)，說明農(nóng)業(yè)用水是影響水資源節(jié)約集約利用的主要方面。當(dāng)?shù)卣腿嗣駝倮鄥^(qū)管理部門應(yīng)大力推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和設(shè)備，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和灌溉用水管控等，努力提升灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用程度。

3 結(jié)論及建議

本研究以人民勝利渠灌區(qū)6 個主要縣（市）為研究對象，按農(nóng)業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水和工業(yè)用水4 個子系統(tǒng)建立水資源節(jié)約集約利用評價指標(biāo)體系，并對其2011—2020 年的水資源節(jié)約集約利用程度等級進(jìn)行評價，結(jié)果表明：人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）的水資源節(jié)約集約利用貼近度整體為“中等”等級，呈波動上升趨勢；原陽縣、延津縣、衛(wèi)輝市和新鄉(xiāng)縣歷年水資源節(jié)約集約利用貼近度大多處于0.4 以上且波動相對較小；封丘縣水資源節(jié)約集約利用貼近度2011—2017 年逐年減小，2019 年達(dá)到研究期內(nèi)所有縣（市）的最小值；獲嘉縣水資源節(jié)約集約利用貼近度2015—2017年逐年下降并于2017 年達(dá)到研究期內(nèi)的最小值，2018—2020 年該縣水資源節(jié)約集約利用貼近度逐年上升并于2020 年達(dá)到研究期所有縣（市）的最大值。

農(nóng)業(yè)用水耗水率、節(jié)水灌溉設(shè)備普及率、人均糧食產(chǎn)量是2020 年人民勝利渠灌區(qū)6 個縣（市）水資源節(jié)約集約利用的主要障礙因子。水資源節(jié)約集約利用前3 名障礙因子大多為農(nóng)業(yè)用水子系統(tǒng)的指標(biāo)，說明農(nóng)業(yè)用水是影響水資源節(jié)約集約利用的主要方面。

針對人民勝利渠灌區(qū)水資源節(jié)約集約利用現(xiàn)狀，提出以下建議。

1）針對農(nóng)業(yè)用水耗水率高的問題，建議加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高灌溉水利用效率，減少漏損和蒸發(fā)損失；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水計量和收費(fèi)管理，實(shí)施差別化的水價政策，鼓勵農(nóng)民節(jié)約用水；持續(xù)推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和節(jié)水型灌區(qū)建設(shè)，鼓勵缺水地區(qū)推廣噴灌、微灌、低壓管灌等高效節(jié)水灌溉及水肥一體化技術(shù)；發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，推廣旱作節(jié)水技術(shù)。

2）針對節(jié)水灌溉設(shè)備普及率低的問題，建議加大財政投入和政策支持力度，提供節(jié)水灌溉設(shè)備的補(bǔ)貼、貸款、保險等優(yōu)惠措施，降低農(nóng)民使用節(jié)水灌溉設(shè)備的成本和風(fēng)險；加強(qiáng)節(jié)水灌溉設(shè)備的技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)，提高農(nóng)民使用節(jié)水灌溉設(shè)備的意愿和技能；建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村級用水協(xié)會組織及社會化節(jié)水服務(wù)組織，打造農(nóng)業(yè)節(jié)水利益共同體，形成建管用一體化管理機(jī)制。

3）針對人均糧食產(chǎn)量低的問題，建議優(yōu)化調(diào)整糧食作物種植結(jié)構(gòu)，適度壓減高耗水作物種植面積，擴(kuò)大低耗水高產(chǎn)出作物種植規(guī)模；推廣精準(zhǔn)施肥、病蟲害防治、抗旱抗?jié)车痊F(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高糧食作物的單產(chǎn)和品質(zhì)；深入貫徹落實(shí)藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，大力推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，同步發(fā)展高效節(jié)水灌溉，統(tǒng)籌兼顧水資源條件和糧食安全。