商丘地區節水灌溉模式選擇性分析

張志業

（商丘市水利建筑勘測設計院）

1 引言

商丘市地處河南省最東部，豫魯蘇皖四省交界處，豫東平原區域，地理位置優越。截至2017 年底，全市轄2 區6 縣，共144 個鄉鎮，總土地面積0.87 萬km2，全市人口752.53 萬人，2017 年，全市生產總值1 382.13 億元，其中農業總產值564.17億元，農村居民人均可支配收入8 885元。

商丘市氣候適宜，四季分明，年平均氣溫14.20℃，年平均相對濕度71%，年平均降水量623.00 mm，平均無霜期211d。主要地貌為黃河沖擊平原區，地勢平坦。商丘市多年平均水資源總量為22.84 億m3，畝均水資源量235.00 m3，為河南省畝均水資源量的48%，為全國畝均水資源量的13%。全市人均水資源372.70 m3，為全國人均水資源量的14%。商丘市年均用水量中農業用水占用水總量的63%，全市仍存在60%以上的耕地處于傳統大水漫灌的灌溉模式，農業灌溉水資源浪費現象嚴重，水資源日益減少等問題已日益突出。節約用水，使水資源可持續利用、農業可持續發展已成為迫在眉睫的問題，大力推廣高效節水灌溉技術成為水資源管理的首要任務。本次根據商丘地區農業發展需要，重點比較以下幾種節水灌溉技術，通過多層次分析選取適宜的節水灌溉模式。

2 節水灌溉技術介紹

2.1 渠道防滲技術

渠道防滲技術是目前商丘市大型灌區主要輸水方式，其具有節水潛力大、輸水能力高、運用安全等特點，是目前商丘市發展節水灌溉不可缺少的措施之一；同時，在商丘地區灌溉渠道一般由天然河道組成，灌排兩用，渠道斷面大，防滲投資高且不利于河道的生態發展，新建渠道又存在占地問題，防滲材料的抗凍性差也是渠道防滲技術需要解決的問題，這也是困擾渠道防滲技術發展的主要問題。

2.2 低壓管道輸水灌溉技術

低壓管灌技術（系統）是利用自然地形落差，或低耗能機泵等所提供的壓力水頭將灌溉水加壓，然后再通過管網輸配水到農田進行灌溉，它是以低壓輸水管道來代替傳統明渠輸水的一種灌溉模式。是目前商丘市發展節水灌溉的重要技術之一，是目前采用最為普遍的一種灌溉技術，其較傳統渠道輸水技術具有節水節地、省工省時等特點；同時也存在技術標準低、田間工程配套缺少標準化、系列化的定型產品等問題。

2.3 噴灌技術

噴灌是利用較大的自然地形落差或機械加壓把灌溉水通過管道系統輸送到田間，利用噴灑器（噴頭）將水噴射到空中，并使水分散成細小水滴后均勻地灑落在田間進行灌溉的一種灌水方法［1］。噴灌也是今后實現農業現代化最有效的灌溉措施之一。其較傳統地面灌溉方式具有適應性強、節水省工、利于實現灌溉自動化等特點；同時噴灌在風的因素下，噴灑均勻度和水利用率受到的影響很大，噴灌系統除需要管道進行輸水外，還需要一定的噴灑設備等，一次性投資和后期運行費用較高，目前主要適用于高附加值的大面積農業灌溉或經濟作物灌溉。

2.4 微灌技術

微灌是按照作物生長所需的水分和養分，利用專業設備或自然水頭加壓，通過低壓管道系統輸水，再通過系統末級毛管上的孔口或灌水器，將有壓水流變成細小的水流或水滴，直接輸送到作物根部附近，均勻、精確地的施于根系所在部分土壤表面或土層中的灌水方法。其具有工、灌溉均勻等特點；同時，商丘市為糧食大市，種植作物以糧食為主，微灌精準灌溉和施肥的優勢得不到充分發揮，且灌水器易堵塞，投資較普通地面灌溉技術高等也制約其在商丘地區的發展。

3 節水灌溉模式選擇性分析

每種節水灌溉方式均有其優越性和局限性，并且在商丘市均有不同規模的嘗試。具體哪些節水灌溉方式更適用于當下商丘市的基本情況，應當從全市的地形、土壤、水源、經濟、社會效益等多方面綜合分析，優選出更適宜的節水灌溉方式。本次通過經濟指標、技術指標和社會指標進行多層次分析，選擇出經濟合理、技術優良、社會效果好的節水灌溉模式。

3.1 決策集

根據商丘市基本情況，項目決策方案共4 個，其優選決策集構建為

式中：P—灌溉方式的集合；Pj—決策集中第j個備選方案，其中p1為低壓管灌、p2為滴灌、p3為噴灌、p4為微噴灌。

3.2 評價指標

針對目前商丘市節水灌溉方式的選擇方式，主要考慮經濟指標、技術指標、社會指標等3 個影響因素。對應3 個影響因素，節水灌溉評價系統也可以分為3 個方面的評價指標，其評價系統見圖1。

圖1 節水灌溉方式評價系統圖

評價指標集為：

式中：V—評價指標的集合；vi—指標集中第i個指標，為簡化分析過程，其中v1為經濟評價指標，本次用凈現值表示；v2為技術評價指標，用均勻度表示；v3為社會評價指標，用農民歡迎度表示。

3.3 計算模型

利用模糊綜合評判法選擇備選方案優屬度最大者作為最優節水灌溉方式。

式中：Uj—第j個備選方案的優屬度，j=1，2，3，4。

假設系統有i條評價指標，決策集中有j個可行決策方案，若每個評價指標對每一方案用指標特征xij表示，則系統有i×j階指標特征量矩陣。本次分析備選方案共4個，評價指標有3個，即用3個評價指標對4個備選方案進行評價，得到優屬度向量U。

式中：w123—經濟、技術和社會評價的權重；xij—第j個備選方案中第i個指標的優屬度，其中j=1，2，3，4；i=1，2，3。

3.4 指標優屬度確定

3.4.1 經濟指標優屬度

經濟指標包括經濟凈現值、受益率、回收期、效益費用比等，本次采用經濟凈現值（ENPV）表示，屬于越大越優指標，可定量，參考《水利建設項目經濟評價規范》（SL72-2013），結合實際情況分析確定，可以用社會折現率將項目計算期內各年的凈效益折算到計算期初的現值之和來表示，按公式5計算。

式中：B—年效益；C—年費用；n—計算期，年；t—計算期各年的序號，基準年為1；is—社會折現率。

其優屬度可采用下式確定：

式中：x1j—第j個備選方案中經濟評價指標的優屬度；v1j—第j個備選方案的凈現值；v1max—各備選方案中最大凈現值。

3.4.2 技術指標優屬度

技術指標包括灌溉均勻度、灌水強度、節水度、增產度等，采用灌溉均勻度來確定，屬于越大越優指標，可定量，該項技術指標x2j可以直接采用灌溉均勻度的值。

3.4.3 社會指標優屬度

社會指標采用農民歡迎度來表示，只可定性分析。具體方法請6位節水行業的專家、基層服務人員、群眾代表等，對所給定的指標按事先規定好的評語進行評判，按各位代表對指標所下的評定，進行平均，取平均值，本次簡化為3 個等級，分別為較好、一般、較差，對應優屬度x3j分別為0.75，0.50，0.25。

3.4.4 指標權重確定

各評價指標的權重w 表示各個評價指標的優屬度對各備選方案的重要性。同樣可邀請行業專家對各指標的重要性兩兩比對，各個評價指標集合中的元素，重要的得1分，次要的得0分，最終確定各指標權重見表1。

表1 指標重要性二元排比結果表

如表1，3 項指標總分值共12 分，其中經濟指標4 分、技術指標3分、社會指標5分。進而確定經濟、技術、社會指標的權重分別為0.33，0.25，0.42。

3.4.5 節水灌溉方式優選算法

分析選取商丘市睢陽區馮橋鎮安樓村46.70 hm2大田糧食作物為例，根據項目區基本資料，該區域夏季主要種植小麥、秋季主要種植玉米，間歇種植花生等經濟作物，地形為沖積平原，水源為淺井水，土壤為壤土，為此選擇合理的灌溉方式。決策方案共有低壓管灌、滴灌、噴灌、微噴灌4 種，按優選算法計算得到各種灌溉方式的單指標優屬度。

各灌溉方式的凈現值、灌水均勻度及農民歡迎度，詳見表2。

表2 各種灌溉方式對應指標值表

根據各指標值計算得到各種灌溉方式的各項指標優屬度，結果見表3。

表3 各種灌溉方式單因素指標優屬值表

根據各指標權重，依據表3所列數據，利用公式4計算各備選方案的優屬度：

式中字母含義同上。

根據計算結果可以看出，各方案的優屬度順序為u1＞u4＞u3＞u2，方案1優屬度最大，即低壓管灌為最佳選擇。

4 結論與建議

根據分析得到，目前低壓管道灌溉技術依然是商丘地區最佳的節水灌溉技術，同時也注意到滴灌這種高效節水灌溉模式在商丘市優屬度最低，根據調查，滴灌的推廣面積在幾種節水灌溉模式中也是最低。除前面說到的對于商丘市大部分大田糧食作物來講，精準灌溉和施肥的優勢得不到充分發揮之外，從評價指標來分析，其社會評價在四種灌溉模式中指標是最低的。目前在商丘，節水灌溉工程大多為政府投資，幾種灌溉模式在灌溉效益分攤系數下的糧食增產程度也相差不多，歸根結底在于農民群眾的認可程度。同時，相關技術部門同樣對滴灌技術缺乏認識，他們認為滴灌技術施工安裝繁瑣、管理困難，因此也很少有機會向農民群眾去宣傳和推廣這項灌水技術。

而事實上，從分析中可以看出，滴灌技術經濟指標和技術指標在四種灌溉模式中均有很大優勢，也就是說這種灌溉模式對于決策者投資分析和使用者節水增產等實際效益上都有著極大的推廣價值，因此，隨著農業種植結構的不斷調整，商丘市高附加值經濟作物的種植面積不斷擴大，相關部門對高效節水灌溉的宣傳和推廣力度加強，逐漸使農民群眾接受這種高效的節水灌溉方式，這對提高灌溉水利用率、促進農業節水進程有著極其重要的意義。