基于GIS的涼州灌區節水效率分區研究

王吉彪，韓 梅，袁政祥，張正鵬，王 祎

（甘肅省武威市涼州區農業技術推廣中心，甘肅 武威 733000）

節水灌區建設在國外已經具有一定的規模，其相應的灌區評價方法與監測設施的發展和研究也已達到較高的水平，如以色列、美國、日本等國早在20世紀60～70年代就開始探索環境等信息監測技術和監測模式以及相應評價方法［1］。目前我國應用較多的評價方法是綜合評價方法與模糊綜合評價方法［2］。

綜觀目前灌區的建設狀況，比較適用的指標可分為3種：即灌區技術指標、生態環境指標、社會經濟指標，各項指標的權重系數通過AHP方法和專家群決策來確定。據農業生態環境監測的內涵及特征，指標體系分條件指標和壓力指標兩大類［3］，兩者在生態環境中的權重分別為q1和q2；條件指標是指灌區大氣、水體、土壤、氣候、景觀和周邊條件等綜合指標，此項指標可結合灌區實測數據進行層次分析。我們應用耕地地力評價生成的耕地資源管理單元圖，提取灌區耕地及所有屬性數據，借助GIS技術，利用縣域耕地資源管理信息系統和Access等相關軟件，綜合運用層次分析、模糊數學方法進行涼州區灌區節水效率分區，為當地發展節水農業提供準確、可靠的量化依據，為生態節水灌區的發展提供良好的理論依據和實踐標準。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

涼州區位于武威市中部，轄19鎮18鄉448個行政村，總面積5 081 km2，總人口102.2萬人，是甘肅省人口最多的縣級區。地勢西南高而東北低，平均海拔1 632m，氣候屬冷溫帶干旱區，是典型的大陸性氣候，日照充足，溫差大，無霜期156 d，宜于糧油作物的生長。自然資源比較豐富，境內的祁連山北坡有水源林和天然草場8萬hm2。有西營、金塔、雜木、黃羊河等四條內陸河，均發源于祁連山，年徑流量8～9億m3。地下水儲量近6億m3。

1.2 空間數據和屬性數據采集

用涼州區耕地地力評價的空間數據結果中的耕地資源管理單元圖，在AICGIS9.3軟件中提取涼州區灌區耕地資源管理單元圖，依據是將研究區內水澆地全部規劃為全區灌區，步驟見圖1。在AICGIS9.3軟件添加耕地資源管理單元圖，打開其屬性表，點擊Selectby Attributes選項，選出地類號為12的所有圖版單元，輸出新的SHP.格式文件，便成了水澆地管理單元圖，也就是我們研究所要用到的對象灌區耕地資源管理單元圖。

1.3 數據分析

屬性數據庫的建立主要應用ArcGIS 9.3及MicrosoftOffice Access2003數據庫軟件，空間數據庫的建立主要應用ArcGIS 9.3軟件，評價指標的隸屬函數模型建立與層次分析主要應用縣域耕地資源信息系統SPSS13.0。

1.4 評價指標選取

綜合考慮涼州區灌區的特點，結合該地實際情況，依據針對性、主導性、穩定性、可操作性等選取原則，運用專家經驗法，最終選取8個評價指標作為灌區效率適宜性分區的因子，即坡度、有機質、有效磷、耕層厚度、灌溉模數、灌溉保證率、障礙層厚度、熟化層厚度。依據8項指標要素間的關系，構造層次結構圖，比較同一層次各因素對上層次的相對重要性，給出數字化的評估，形成判斷矩陣進行計算。通過層次單元排序及一致性檢驗和層次總排序及一致性檢驗得各因子組合權重，即灌溉保證率為0.338 4，坡度為0.213 9，灌溉模數為0.153 8，有機質為0.105 2，障礙層厚度為0.064 4，有效磷為0.059 4，熟化層厚度為0.035 8，耕層厚度為0.029 2。

圖1 灌區管理單元圖提取界面

表1 各因子隸屬函數關系

表2 不同節水效率分區的各灌區面積統計結果 hm2

圖3 不同節水效率分區的灌區面積

1.5 隸屬函數模擬

參評因子賦值采用隸屬函數模型，根據模糊數學理論，用特爾斐法對一組實測值評估出相應的一組隸屬度，通過擬合建立函數關系（表1），求得各因子素隸屬度。

2 結果與分析

2.1 綜合指數分級及其灌區效率適宜性評價分區

利用加法模型（下式）計算IFI。

IFI=∑Fi×CiBi（i=1，2，3，……，n）

式中：IFI（Integrated Fertility Index）代表效率分區指數；Fi為第i個因素隸屬度；CiBi為第i個因素的組合權重。采取累積曲線分級法劃分灌區節水效率分區等級，結果高效節水區IFI綜合值為0.700 036～0.922 291，潛能節水區IFI綜合值為0.627 345～0.699 466。

2.2 效率適宜性區域面積分析

利用分區結果數據和AICGIS數字專題制圖功能，生成涼州區灌區耕地節水效率適宜性分區圖（見圖2）。

圖2 涼州區灌區耕地節水效率適宜性分區

依據系統計算分區結果，通過AICGIS軟件導出涼州區灌區2種不同節水效率分級分區后所占面積數據（見表2），結合表2和圖3，整個灌區中高效節水區面積較大的是西營灌區、永昌灌區、雜木灌區，分別為20 707.0、20 329.0、21 018.9 hm2。潛能節水區域面積較大的是黃羊灌區，為20 348.3 hm2。

3 小結與討論

1）分析結果表明，涼州區灌區高效節水區IFI綜合值為0.700 036～0.922 291，潛能節水區IFI綜合值為0.627 345～0.699 466。影響節水效率的指標因子的權重程度從大小依次為灌溉保證率、坡度、灌溉模數、有機質、障礙層厚度、有效磷、熟化層厚度、耕層厚度，其權重依次為0.338 4、0.213 9、0.153 8、0.105 2、0.064 4、0.035 8、0.029 2；定量區分開了不同節水效率下各個灌區的面積，高效節水區面積較大的是西營灌區、永昌灌區、雜木灌區，潛能節水區域面積較大的是黃羊灌區。

2）面臨日益緊張的水資源問題，節水灌溉已是解決農業缺水的很有力的技術途徑，大力發展節水農業灌溉也是當務之急，也是長期的戰略性任務。本研究定量的區分灌區的節水效率面積和生成的涼州區灌區耕地節水效率適宜性分區圖，可為生態節水灌區的發展提供良好的理論依據和實踐標準。

［1］ 吳忠標.環境監測［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［2］ 山 侖.中國節水農業［M］.北京：中國農業出版社，2004.

［3］ 王洪慶，陶 戰，周 健.農業生態監測指標體系探討［J］. 農業環境保護，1996（4）：31-33.

［4］ 王 祎，蔡立群，張興嘉，等.清水縣耕層土壤主要養分空間分布與變異研究［J］.甘肅農業大學學報，2012，47（5）：121-128.

［5］ 袁政祥，王 祎.基于GIS的涼州區耕層土壤主要養分時空變化研究［J］.甘肅農業科技，2013（4）：28-30.