大型灌區節水水平評價指標體系構建與實證

范習超，秦京濤，徐 磊，劉思若，谷少委，呂謀超

?農業水土工程?

大型灌區節水水平評價指標體系構建與實證

范習超1,2，秦京濤1,2，徐 磊3，劉思若3，谷少委1,2，呂謀超1,4※

（1. 中國農業科學院農田灌溉研究所，新鄉 453002；2. 中國農業科學院研究生院，北京 100081；3. 中國灌溉排水發展中心，北京 100054；4. 農業農村部節水灌溉工程重點實驗室，新鄉 453002）

灌區是中國農業節水的主戰場，對灌區節水水平進行評價可為灌區現代化改造提供借鑒與指導，合理適用的評價指標體系是進行灌區節水水平評價的核心內容。針對當前灌區評價指標選取存在的冗余、不完備的問題，為構建滿足簡潔性與完備性的反映灌區節水水平的評價指標體系，該研究從工程節水、田間節水、用水管理、水資源保護及用水效益5個方面初步建立了大型灌區節水水平評價指標體系，利用篩選模型從70個指標中優選出了23個灌區節水評價指標，表達了86.42%的信息，使最終的指標體系兼具簡潔性與完備性，并對河南省沿黃渠村灌區、彭樓灌區、廣利灌區、大功灌區4處大型灌區進行了節水水平實證研究。結果表明，4處灌區相應的節水評價指數分別為0.666、0.730、0.657、0.616，其中彭樓灌區由于具有較高的骨干渠系配套程度和明顯的工程節水優勢使其整體節水水平較高，渠村灌區和廣利灌區的節水水平次之，大功灌區的節水水平相對較低；受益于大型灌區續建配套與節水改造項目4處灌區在工程節水方面表現相對較好，評價結果與實際情況相符，表明該研究構建的節水水平評價指標體系科學合理；為進一步提升灌區的節水水平，4處灌區需加強用水管理水平、增加用水效益以及注重水資源保護建設。研究成果為科學評估大型灌區節水建設提供了一種有效的方法，并對推進農業節水化進程具有積極的指導作用。

灌溉；水資源；渠系；大型灌區；節水水平；指標體系；優選篩選

0 引 言

灌區是指為滿足區域灌溉、城鄉生活、工業、生態等用水需求，由穩定水源（河流、水庫或地下水）工程和相應引、輸、配水渠（管）道系統及排水溝道組成，設置有專門管理機構的社會屬性占主導的綜合系統。中國現有大中型灌區共7 839處，有效灌溉面積3 467萬hm2，約占全國耕地灌溉面積的50.5%，近年來大中型灌區年均灌溉用水量2 150億m3，占全國農業灌溉用水總量的63%，占2019年全國用水總量的35.7%[1]，由此可見大中型灌區是推進中國農業節水化發展的主戰場[2]。目前，部分國家在灌區節水建設方面取得了良好的效果，如以色列通過強化水土資源管理、設立各地區水費調節基金、大力發展節水農業、創新水資源高效利用技術以及水資源節約宣傳教育等手段成功實現了干旱地區節水灌溉農業的發展[3-6]；法國提出了協作管理、區域開發公司管理和單個灌溉工程管理的灌區用水管理模式，緩解了其南部地區水資源緊缺狀況[7]；美國通過完備的節水灌溉設施、政府扶持節水農業、科技驅動水資源調控、推廣節水灌溉和精量按需灌溉等措施加強了灌區建設與管理[8-10]；埃及采用水資源統一管理、調整種植結構與類型、成立以農民為主的用水者協會和農業灌溉用水免費制度等管理措施推動了尼羅河流域節水農業的發展[11-13]；土耳其運用農戶“自主管理灌排區”的管理模式，建立水利聯盟或灌溉協會負責灌區的運維與水費征繳，取得了較好的成效[14-16]；總之，國外根據各自區域農業灌溉的特點，因地制宜、各具特色地制定了相關灌區運管模式。

中國的灌區多興建于20世紀五六十年代，一方面，受時代所限其設計標準普遍偏低、配套程度較差；另一方面，多年的運行也造成了灌區支撐能力下降，集中表現為相關水利工程老化損毀嚴重、用水效率低下的問題。20世紀90年代以提高用水效率為主要目標的大型灌區續建配套與節水改造項目開始實施，通過骨干建筑物除險加固、續建配套、渠道襯砌防滲等建設內容，同時開展以用水戶參與管理為代表的運管機制改革，升級和完善了灌區節水與運行水平[17-22]，在相當程度上解決了大型灌區骨干渠道、泵站及閘門存在的關鍵問題，在保證國家糧食安全、推進水資源可持續利用[23-25]方面取得了較為顯著的成效。

習近平總書記提出的農業節水化是中國農業發展的新方向。灌區是中國農業節水的主戰場，“節水高效”是中國現代化灌區的首要目標，對灌區節水水平進行評價不僅可以科學度量灌區發展水平，而且對推進農業節水化具有重要的帶動作用。關于灌區節水評價方面，Sun等[26]構建了灌區水管理水平的35個評價指標，并采用層次分析法對灌區的水管理進行了評價分級；曹永梅等[27]和馮峰等[28]分別運用屬性層次模型和用水流量跟蹤法構建了灌區節水水平評價指標體系和引黃灌區用水效率評價指標體系；王錦輝等[29]從節水與經濟方面構建了大型灌區運行狀況綜合評價指標體系；樂志華等[30]、籍歡歡等[31]和尚林鑫等[32]分別基于改進熵值法、多目標評價和Topsis方法、壓力-狀態-響應（Pressure-State-Reponse，PSR）模型構建了灌區農業節水效益評價指標體系，并對相關灌區進行了評價分析；朱潔等[33]結合寧夏灌區建設實際建立了節水型灌區考核指標與評分標準；雷薇等[34]根據貴州省大型灌區續建配套與節水改造實踐，構建出大型灌區續改建綜合效益指標體系，并進行了實證研究。節水是當前農業和灌區現代化的關鍵目標，也是當前灌區建設與研究領域的熱點問題，灌區節水評價指標很大程度上決定著評價結果，進而影響到具體措施方案的制定實施。然而，這些研究難以有效反映中國當前灌區的節水水平，且在不同程度上存在指標選取的隨意性和冗余性。本文在上述研究的基礎上，結合灌區建設最新行業發展需求[35]，構建基于選擇模型的大型灌區節水水平評價指標體系，保證評價指標設置的完備性與簡潔性，對河南省沿黃4處大型灌區進行案例評價，以期為推進灌區現代化建設和農業節水化發展提供一種有效的測評工具。

1 灌區節水相關指標的統計與初步選取

1.1 節水水平評價指標統計

根據以上文獻研究，并結合灌區現代化建設最新行業需求[35]，從工程節水、田間節水、用水管理、水資源保護、用水效益5個層面對大型灌區節水評價指標進行歸納與總結，初步建立了節水水平評價指標體系，其中工程節水、田間節水、用水管理、水資源保護、用水效益5個中間層分別包括9、9、17、19和16個指標，共計70個指標詳細情況如圖1所示。

1.2 基于八原則的節水水平評價指標體系初步篩選

為保證對灌區節水水平進行客觀準確的評價，按照文獻[36-37] 根據系統工程理論與經濟學原理的方法提出的8個原則：可測性（Measurability，M），敏感性（Vulnerability，V），可預測性（Predictability，P），典型性（Typicality，T），可控性（Controllability，C），整體性（Integrity，I），響應性（Responsibility，R），穩定性（Stability，S），作為單個指標入選遵循的原則（或標準）。其中，整體性是針對整個指標體系構建，經全面統計的上述指標體系已滿足該要求。

逐一確認圖1中每個指標的標準符合度，發現36個指標符合的標準數量不少于5 個（表1），可以直接保留：骨干渠道襯砌率、工程配套完成率、骨干渠道完好率、骨干建筑物完好率、骨干渠道淤積狀況、渠系水利用系數、節水灌溉面積率、高效節水灌溉面積率、田間水利用系數、高標準農田面積率、復種指數、單位面積均毛灌溉用水量、水費實收率、用水戶協會覆蓋率、斗口量水設備配置率、兩費”落實率、萬畝管理人員數量、大專及以上專管人員比例、信息化覆蓋率、工程設施管護率、農業灌溉用水占比、水利設施自動化率、中水利用量占比、生態用水滿足率、排水水質達標率、地下水超采率、灌區地表水水質達標率、工業廢水處理率、排水溝工程完好率、水生態監控系統覆蓋率、生態用水占比、水環境監測站點數量、人均糧食占有量、單位灌溉用水糧食產量、灌區農業產值占GDP比、萬元GDP用水量的。其他34項指標符合的標準數量少于5個，故予以剔除。

1.3 節水水平評價指標優化篩選方法

1.3.1 構建關系矩陣

利用初步篩選后的節水水平評價指標構建包含元素r的關系矩陣，其中是某中間層的排列位次，是指該中間層的第個指標。當第個指標與第位中間層有關聯時，r的值為1，否則r的值為0[38-39]。

表1 大型灌區節水水平評價指標體系符合標準

注：M、V、P、T、C、R、S分別表示指標的可測性、敏感性、可預測性、典型性、可控性、響應性、穩定性。

Note: M、V、P、T、C、R、S represent the measurability, vulnerability, predictability, typicality, controllability, responsiveness and stability of the indexes.

1.3.2 構建入選標準度矩陣

根據不包括整體性在內的其他7個原則，構建一個行數為，列數為7的入選標準矩陣用于指標的優化篩選，則標準度矩陣為

式中代表指標數，7代表7個入選標準。當某指標滿足標準時c=1，否則為0。

如果同時滿足可測、敏感、典型、可控及穩定5個入選標準，則指標可直接入選，其余指標做待定處理。根據以上5個入選標準，構建向量，滿足某個標準的值為1，剩余2項標準的值暫定為0。

=[1, 1,0,1,1,0,1] （3）

1.3.3 大型灌區節水水平評價指標優化

為保證指標體系的完備性與簡潔性，需要使得目標函數（定義為最終入選指標數）達到最小值，則目標函數可設為

式中c為指標層中第個指標的取值。當某指標滿足不少于5個標準時，c=1，此時該指標可保留；當某指標滿足少于5個標準時，c=0，此時該指標被移除體系。即

如果×T≥5 那么c=1 （5）

構建向量CI=[c1,c2,…，c]，為保證指標層間的聯系性，則需要滿足

CI×T＞0 （6）

所有指標的權重之和需要達到一定精度才能保證指標體系的完備性，選擇主成分分析法[37]常用的0.85作為指標完備性的一個標準。

CI×T≥0.85 （7）

式中= [1,2,……,] 是所有指標權重構成的矩陣。

1.4 大型灌區節水評價指數的建立

為反映大型灌區節水水平，利用加權平均法構建大型灌區節水水平綜合指數，其基本模型如式（8）所示。

U=∑=1w·P（8）

式中是歸一化后的權重調節系數，U為大型灌區節水評價指數；w為指標權重，P為指標標準化值。

采用式（9）對正向指標（越大越好），如渠系水利用系數、“兩費”落實率等進行標準化處理。

P=now/goal（9）

式中now為指標現狀值（2018年），goal為指標對應的現代化灌區目標值（2035年）。

采用式（10）對逆向指標（越小越好），如畝均毛灌溉用水量、農業灌溉用水占比等進行標準化。

P=goal/now（10）

同時，根據節水評價指數的大小，將大型灌區節水水平劃分為4個等級用以反映灌區節水水平，見表 2。

表2 節水水平等級劃分

2 實證分析

2.1 灌區樣本選擇及資料搜集

本文選取河南省的4處大型灌區，即渠村灌區、范縣彭樓灌區、廣利灌區、大功灌區作為研究對象，各灌區基本情況介紹見表3。原始數據主要來自各灌區續建配套與現代化改造實施方案，部分數據根據相關地市2018年或2019年統計年鑒、國民經濟和社會發展統計公報、水資源公報等資料確定。

表3 灌區基本情況介紹

2.2 結果與分析

2.2.1 大型灌區節水評價指標體系優化結果

確定各指標的權重是進一步優化篩選的先決條件，對經初步篩選后保留的36個指標采用層次分析法[40]與德爾菲法[41-42]計算獲得各指標的權重，如表4所示。

表4 初選指標權重

據式（1）～式（3），結合初篩后的36個評價指標，構建入選標度矩陣（32×7），關系矩陣（32×7），×T分別為

根據以上計算結果，可以得出CI=[1 1 1 1c51 c71 1c101 1 1 1 1 1 1 1 1c201c22c23 c24 c25 c26 c27 c281 1 1c32c331 1 1]，可見有c5等13個指標不能確定是否保留。

為保證各指標與中間層的聯系性，式（6）必須成立，此時CI×R＞0，即

CI×R=[5+c5, 4+ c7+ c10, 8+ c20+ c22, 3+ c23+ c24+ c25+ c26+ c27+ c28+ c32, 3+ c33]＞0。由于c為0或1，則CI×R＞0的條件已經滿足。

選擇主成分分析法[43]要求的0.85作為指標完備性與整體性的標準，即

CI×T>0.85 （12）

此時CI×T=[1 1 1 1 1 1c61 1 1 1 1 1 1c14c15c16c171c191 1c22c231c251c271c291 1c32]×T= 0.864+0.019c5+0.006c17+0.011c10+0.018c20+0.009c22+0.006c23+0.012c24+0.015c25+0.010c26+0.006c27+0.003c28+0.015c32+0.007c33>0.85，不等式成立，因此沒有必要額外增加指標來保證指標體系的完備性。故最終23個指標入選大型灌區節水評價指標體系，如圖2所示。該評價指標體系的完備性可達86.42%，能夠反映大型灌區節水水平，同時達到了指標體系簡潔的目標。其中復種指數、畝均毛灌溉用水量、農業灌溉用水占比、灌區農業產值占GDP比4個指標為逆向指標。

2.2.2 大型灌區節水評價指數結果

在選擇評價指標的過程中，渠系水利用系數是一個能夠反映渠系節水綜合節水狀況的指標，其所在中間層的骨干渠道襯砌率、渠系建筑物完好率等也從不同角度體現了渠系的節水建設水平，這在一定程度上造成了指標涵義的重疊。同時上述各指標又非常重要，因此本研究專門咨詢了灌區建設、管理與研究等業內專家，將渠系水利用系數、以及同樣情況的田間水利用系數納入到評價指標體系。

以河南省的4處大型灌區為實證研究對象，利用優化后的指標體系，引入層次分析法與德爾菲法確定各指標權重，依據大型灌區節水評價指數計算公式，得到各灌區節水水平的評價結果，如表5所示。

表5 大型灌區節水評價

從表5可以得出，4處灌區的節水評價指數由大到小排序為彭樓灌區、渠村灌區、廣利灌區、大功灌區。彭樓灌區的節水水平較高，節水評價指數為0.730，達到“良”級水平，明顯高于其他3個灌區；渠村灌區、廣利灌區與大功灌區的節水評價指數分別為0.666、0.657和0.616，均處于“中”級水平，大功灌區的節水評價指數略低于其他兩個灌區。利用大型灌區節水評價指數計算步驟，從工程節水、田間節水等5個二級指標的得分率對比各灌區節水情況（圖3）。彭樓灌區在工程節水方面評分最高且優勢明顯，經調查該灌區從2009年至今已進行了7個年度的續建配套與節水改造，現有的渠系節水改造程度較高；大功灌區工程節水得分最低，原因在于骨干渠道襯砌率、閘門啟閉機等配套設施不足，根本原因在于該灌區過往工程建設投入相對不足，導致工程現狀與2035年目標值相差過大。田間節水方面，廣利灌區偏低，表現為高效節水灌溉面積率較低和畝均毛灌溉用水量過大，且當前2個數據與2035年目標值相差較大，這表明廣利灌區在今后的田間節水建設方面任務較重；大功灌區在田間節水方面得分最高，經調查該灌區內若干鄉鎮在高標準農田與高效節水灌溉方面投入較多，且制定的目標值與現狀值在4個灌區中整體差異最小。渠村灌區的用水管理水平在4處灌區中最低，主要表現在水費收繳、用水戶協會建設、量水設施配置等方面完善程度較低，一方面是由于之前的灌區改造多集中與工程建設，另一方面由于全國大型灌區管理改革尚處于起步階段，而該灌區規模較大，涉及灌區管理改革的諸多措施成效尚未顯現；其他3個灌區在用水管理方面差異不大。大型灌區的用水效益與所在地區的經濟社會發展水平關系緊密，在圖3中表現為大功、廣利兩個灌區評分最高，而渠村灌區與彭樓灌區（均位于濮陽市）用水效益較低且差異不明顯，這是由于新鄉、焦作兩市的經濟發展水平高于濮陽市導致。4處大型灌區水資源保護得分情況整體較差，其得分率在雷達圖中均不超過0.4，這表明4個灌區當前在排水系統建設、生態用水保障方面存在較大的短板，難以適應灌區現代化的要求，隨著當前大型灌區現代化建設的展開，如何提升灌區水資源保護水平，發揮灌區的生態功能將是今后各方共同關注的課題。

通過分析4個灌區的節水評價指數結果并進一步對比5個二級指標得分情況，分析造成各灌區節水水平差異的原因，如彭樓灌區骨干工程建設相對完善、而濮陽市2個灌區節水效益得分處于同一水平且明顯低于其他2個灌區、4個灌區的水資源保護建設水平普遍較差，這些結果都與經過充分調研后掌握的各灌區信息較為一致，表明本研究構建的由23個指標組成的大型灌區節水水平評價指標體系可以較準確地反映灌區節水情況。

本研究在文獻分析、行業需求預測的基礎上，根據評價指標的入選原則，用定量的方法確定了一套簡潔完備的大型灌區節水水平評價指標體系。根據制定的指標體系對灌區現代化建設過程進行指導和評價，對保障相關節水措施得到科學實施有著重要的參考作用。

3 對策與建議

針對評價結果，為提升節水水平，今后的灌區現代化建設與改造有必要對節水的范圍與內涵進行拓展，凸出管理體制機制與水生態保護的節水作用。建議從以下方面開展相關工作：

1）充分挖掘灌區節水潛力，建立從渠首到田間再到排水的全過程節水體系。長期以來中國的灌區建設投入集中在骨干工程，而末級渠系及田間節水建設多由高標準農田和高效節水灌溉覆蓋，由于統屬部門的不同，在規劃實施時難以充分考慮兩者的配套，導致工程投入難以形成節水合力，影響節水效益的發揮。今后在深入推進灌排工程現代化改造的同時，應考慮與下游田間工程建設協調配套，形成覆蓋灌溉水源、灌排骨干工程與田間工程的全過程節水合力。

2）發揮灌區水管理的調節作用，以農業水價改革為契機建立健全灌區節水體制機制。水價是促進節水的重要經濟杠桿，深入推進灌區農業水價綜合改革不僅可以引導灌區用水由粗放式向集約式轉變，而且可為灌區良性運行、提升用水戶節水意識提供有效的經濟保障。建議4個灌區從水費收繳、基層用水合作組織建設、完善供水計量設施著手，在深入推進農業水價綜合改革的同時，全面提升灌區用水管理水平，進而提升灌區整體節水水平。

3）實施排水溝道疏浚整治與改造，完善水資源水環境監測網絡。排水溝道具有防洪、除澇、排漬、鹽堿化防治的作用，同時兼顧一定的灌區生態景觀功能。推進灌區排水溝道疏浚整治與改造，保障排水溝道正常運行不發生沖刷、淤積和邊坡坍塌，配套以排水水量水質監控系統，對充分滿足灌區生態基流、保護灌區下游水資源具有重要的意義。

4）進一步提升用水效益，在保證國家糧食安全的同時，因地制宜推廣噴灌、滴灌等高效節水灌溉措施，適當增加經濟作物種植面積，提高農產品附加值。

4 結 論

本研究克服了指標篩選過程中的隨意、冗余問題，構建了一套簡潔完備的反映大型灌區節水水平的評價指標體系，并在河南省的4處大型灌區進行了實證分析，主要結論有：

1）從工程節水、田間節水、用水管理、水資源保護以及用水效益5個方面反映灌區節水水平，通過初步選擇與優化篩選，將指標數量從最初的70個精簡到23個，表達了86.42%的整體信息。

2）建立了大型灌區節水評價指數模型，以河南省的4處大型灌區為例進行節水水平評價。范縣彭樓灌區節水水平較高，渠村灌區、廣利灌區節水水平略低，大功灌區的節水水平明顯低于其他3處灌區。

3）受益于大型灌區續建配套與節水改造，4處灌區在工程節水方面表現較好。為進一步提升節水水平，4處灌區今后宜采取措施協調骨干與田間工程建設、強化用水管理、增加用水效益、推進水資源保護建設。

[1] 中華人民共和國水利部. 2019 年中國水資源公報[EB/OL]. [2020-10-10].http://www. mwr. gov. cn/sj/tjgb/szygb/202008/t20200803_ 1430726. html

[2] 倪文進. 大中型灌區現代化建設需處理好幾個問題[J]. 中國水利，2020(9)：6-7.

Ni Wenjin. Several problems to be solved in the modernization of large and medium-sized irrigation distircts[J]. China Water Rssources, 2020(9): 6-7. (in Chinese with English abstract)

[3] 易小燕，吳勇，尹昌斌，等. 以色列水土資源高效利用經驗對我國農業綠色發展的啟示[J]. 中國農業資源與區劃，2018，39(10)：37-42.

Yi Xiaoyan, Wu Yong, Yin Changbin, et al. The enlightenment of israel’s efficient utilization of land and water resources to the green development of agriculture in China[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2018, 39(10):37-42. (in Chinese with English abstract)

[4] 宗會來. 以色列發展現代農業的經驗[J]. 世界農業，2016(11)：136-143.

[5] 王嵐，馬改菊. 以色列現代農業發展的影響因素、特征及啟示[J]. 世界農業，2017(1)：173-178.

[6] 張永升，谷彬，馬九杰. 以色列現代農業之路[J]. 世界農業，2014(6)：64-67.

[7] 王秀鵑. 農業節水的路徑組合與績效研究[D]. 泰安：山東農業大學，2019.

Wang Xiujuan. Study on the Route Combination and Performance of Agricultural Water-saving in China[D]. Tai’an: Shandong Agricultural University, 2019. (in Chinese with English abstract)

[8] 張也. 我國農業節水管理的制度轉型：以美國和德國為鑒[J]. 農村經濟與科技，2018，29(7)：34-37.

[9] 馮穎. 農業節水技術補償機制研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2013.

Feng Ying. Study on agricultural water-saving technology compensation mechanism[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[10] 胡樂鳴，劉紹太，曹新惠，等. 美國機械化節水技術見聞與啟示[J]. 農業技術與裝備，2014(1)：39-42.

[11] Shahat Sabet Mohamed Ahmed Ali. 埃及農業發展的評價與前景研究[D]. 北京：中國農業科學院，2017.

Shahat Sabet Mohamed Ahmed Ali. Evaluation and Growth Prospect of Agricultural Development in Egypt[D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2017. (in Chinese with English abstract)

[12] Aki Kubota. Study in effects of water-saving agriculture and intercropping system for increasing food production and the technology development in the Nile Delta, Egypt[J]. Research for Tropical Agriculture, 2018,11(1):32-34.

[13] Fleifle A E, Saavedra Valeriano O C, Nagy H M, et al. Simulation-optimization model for intermediate reuse of agriculture drainage water in Egypt[J]. Journal of Environmental Engineering, 2013, 139(3):391-401.

[14] 韓清瑞，高祥照. 以色列、土耳其節水農業發展狀況與啟示[J]. 中國農業信息，2014(4)：11-13.

[15] 許燕，施國慶. 土耳其的灌溉發展及其管理[J]. 節水灌溉，2009(11)：56-59.

[16] 李隨祥. 由土耳其灌溉農業管理模式引發的思考[J]. 科技情報開發與經濟，2004(9)：88-89.

Li Suixiang. Thoughts on the management mode of irrigation agriculture in Turkey[J]. Sci-Tech Information Development & Economy, 2004(9):88-89. (in Chinese with English abstract)

[17] 高占義. 我國灌區建設及管理技術發展成就與展望[J]. 水利學報，2019，50(1)：88-96.

Gao Zhanyi. Technical achievement and prospection in irrigation scheme developmentand management in China. [J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2019, 50(1): 88-96. (in Chinese with English abstract)

[18] 韓振中，閆冠宇，劉云波，等. 大型灌區續建配套與節水改造評價指標體系的研究[J]. 中國農村水利水電，2002(7)：17-21.

Han Zhenzhong, Yan Guanyu, Liu Yunbo, et al. Research on the evaluation index system for rehabilitation and water saving reform of large-sized irrigation district[J]. China Rural Water and Hydropower, 2002(7):17-21. (in Chinese with English abstract)

[19] 倪文進. 以灌區節水改造促進灌區管理體制改革[J]. 中國水利，2009(11)：15-16.

[20] 陽眉劍，吳深，于贏東，等. 農業節水灌溉評價研究歷程及展望[J]. 中國水利水電科學研究院學報，2016，14(3)：210-218.

Yang Meijian, Wu Shen, Yu Yingdong, et al. Progress and prospect of agricultural water-saving irrigation assessment[J]. Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research, 2016, 14(3):210-218. (in Chinese with English abstract)

[21] 仵峰，王亮，宰松梅，等. 大型灌區農業水價綜合改革的探索[J]. 河南水利與南水北調，2019，48(2)：27-28.

[22] 邢相軍，王金霞，張麗娟. 黃河流域灌區的灌溉管理改革進展及影響因素研究[J]. 安徽農業科學，2010，38(25)：14098-14102.

Xing Xiangjun, Wang Jinxia, Zhang Lijuan. The progress and determinants of irrigation management reform in the irrigation districts of the Yellow River Basin[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010, 38(25):14098-14102. (in Chinese with English abstract)

[23] 齊學斌，黃仲冬，喬冬梅，等. 灌區水資源合理配置研究進展[J]. 水科學進展，2015，26(2)：287-295.

Qi Xuebin, Huang Zhongdong, Qiao Dongmei, et al. Research advances on thereasonable water resources allocation in irrigation district[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(2):287-295. (in Chinese with English abstract)

[24] 彭世彰，紀仁婧，楊士紅，等. 節水型生態灌區建設與展望[J]. 水利水電科技進展，2014，34(1)：1-7.

Peng Shizhang, Ji Renjing, Yang Shihong, et al. Construction and prospect of water-saving ecological irrigation district[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2014, 34(1):1-7. (in Chinese with English abstract)

[25] 曹金萍. 節水目標下的農業水價改革研究[D]. 泰安：山東農業大學，2014.

Cao Jinping. Reform of Irrigation Water Price in Water-saving Perspective: Take the Main Irrigation Area of Shandong Province as an Example[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[26] Sun H, Wang S, Hao X. An Improved Analytic Hierarchy Process Method for the evaluation of agricultural water management in irrigation districts of north China[J]. Agricultural Water Management, 2016,179(1):324-337.

[27] 曹永梅，李君，李廉俊. 基于屬性層次模型的灌區節水水平研究[J]. 人民黃河，2017，39(9)：145-148.

Cao Yongmei, Li Jun, Li Lianjun. Study on water-saving level of irrigation area based on Analytic Hierarchical Model[J]. Yellow River, 2017, 39(9):145-148. (in Chinese with English abstract)

[28] 馮峰，倪廣恒，孟玉清. 基于流向跟蹤和多重賦權的引黃灌區用水效率評價[J]. 農業工程學報，2017，33(10)：145-153.

Feng Feng, Ni Guangheng, Meng Yuqing. Evaluation of water use efficiency in Yellow River Irrigation Area based on flow-tracing and layered-weight method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10):145-153. (in Chinese with English abstract)

[29] 王錦輝，費良軍，謝芳，等. 灰色關聯理論-TOPSIS法的大型灌區運行狀況綜合評價[J]. 排灌機械工程學報，2015，33(11)：985-990.

Wang Jinhui, Fei Liangjun, Xie Fang, et al. Comprehensive evaluation of operational status of large-scale irrigation district based on grey relation theory and TOPSIS method[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2015, 33(11):985-990. (in Chinese with English abstract)

[30] 樂志華，邵東國，李浩鑫，等. 漳河灌區節水改造綜合效益評價[J]. 中國農村水利水電，2016(7)：11-14.

Le Zhihua, Shao Dongguo, Li Haoxin, et al. The comprehensive benefit evaluation of water-saving reform of Zhanghe Irrigation District[J]. China Rural Water and Hydropower, 2016(7):11-14. (in Chinese with English abstract)

[31] 籍歡歡，胡振華，雷波，等. 基于多目標評價及Topsis方法的節水農業綜合效益評價：以黑龍江和平灌區為例[J]. 節水灌溉，2019(4)：41-45.

Ji Huanhuan, Hu Zhenhua, Lei Bo, et al. Comprehensive benefit evaluation of water saving agriculture based on Multi-objective Evaluation and Topsis method: Taking Heilongjiang Peace Irrigation District as an example[J]. Water Saving Irrigation, 2019(4):41-45. (in Chinese with English abstract)

[32] 尚林鑫，李育飛，邵光成，等. 基于PSR模型的灌區節水改造綜合效益物元分析評價[J]. 灌溉排水學報，2018，37(11)：121-128.

Shang Linxin, Li Yufei, Shao Guangcheng, et al. Evaluating multiple benefits of revamping water-saving irrigation district based on the PSR Model[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(11):121-128. (in Chinese with English abstract)

[33] 朱潔，劉學軍，陸立國. 寧夏節水型灌區考核評價標準研究[J]. 中國農村水利水電，2019(1)：13-15，21.

Zhu Jie, Liu Xuejun, Lu Liguo. Research on evaluation standard of water-saving irrigation district in Ningxia[J]. China Rural Water and Hydropower, 2019(1): 13-15, 21. (in Chinese with English abstract)

[34] 雷薇，張超，王永濤，等. 貴州大型灌區續建配套與節水改造綜合效益指標體系構建研究[J]. 節水灌溉，2016(2)：88-91，100.

Lei Wei, Zhang Chao, Wang Yongtao, et al. Establishment of comprehensive benefit evaluation system of engineering corollary and water-saving reconstruction of large irrigation districts in Guizhou[J]. Water Saving Irrigation, 2016(2):88-91,100. (in Chinese with English abstract)

[35] 中國灌溉排水發展中心，水利部水利水電規劃設計總院. 大型灌區續建配套與現代化改造實施方案編制技術指南[EB/OL]. 2020-03-24 (2020-10-10). http://nssd.mwr. gov.cn/tzgg/202003/t20200324_1393429.html

[36] Lin T, Lin J Y, Cui S H, et al. Using a network framework to quantitatively select ecological indicators[J]. Ecological Indicators, 2009, 9(6):1114-1120.

[37] 李琳，張領先，李道亮，等. 溫室智能控制系統適用性評價指標體系選擇模型[J]. 農業工程學報，2012，28(3)：148-153.

Li Lin, Zhang Lingxian, Li Daoliang, et al. Indicators selecting model for applicability evaluation of greenhouse intelligent control system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(3):148-153. (in Chinese with English abstract)

[38] 袁曉慶，孔箐鋅，李奇峰，等. 水產養殖物聯網的應用評價方法[J]. 農業工程學報，2015，31(4)：258-265.

Yuan Xiaoqing, Kong Qingxin, Li Qifeng, et al. Evaluation method for application of internet of things for aquaculture[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(4):258-265. (in Chinese with English abstract)

[39] 涂武斌. 我國農村區域生態系統健康評價研究［D］. 北京：中國農業大學，2011.

Tu Wubin. Study on the Ecosystem Health Assessment of China's Regional Rural Areas[D]. Beijing:China Agriculture University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[40] Leccese F, Salvadori G, Rocca M, et al. A method to assess lighting quality in educational rooms using analytic hierarchy process[J]. Building and Environment, 2019, 168:106501.

[41] Deveci M, Zcan E, John R, et al. A study on offshore wind farm siting criteria using a novel interval-valued fuzzy-rough based Delphi method[J]. Journal of Environmental Management, 2020, 270:110916.

[42] 沈劍波，王應寬，朱明，等. 鄉村振興水平評價指標體系構建及實證[J]. 農業工程學報，2020，36(3)：236-243.

Shen Jianbo, Wang Yingkuan, Zhu Ming, et al. Evaluation index system and empirical analysis of rural revitalization level[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3):236-243. (in Chinese with English abstract)

[43] Li T, Zhang H, Yuan C, et al. A PCA-based method for construction of composite sustainability indicators[J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2012, 17(5): 593-603.

Construction and empirical analysis of the evaluation index system for the water-saving level of large-sized irrigation districts

Fan Xichao1,2, Qin Jingtao1,2, Xu Lei3, Liu Siruo3,Gu Shaowei1,2, Lyu Mouchao1,4※

(1,,453002,; 2.,100081,; 3.,100054,; 4.,,453002,)

About 215 billion cubic metres of water has been consumed by large and medium-sized irrigation districts in recent years, particularly over 35% quantity of the total water consumption in China. The irrigation district has been the main field of agricultural water-saving construction. Therefore, it is necessary to accurately assess the water-saving level in modern irrigation districts. In this study, an index system was established to evaluate the water-saving level in large-scale irrigation districts. Five aspects were considered, including engineering water-saving, farmland water-saving, water use management, water resources protection, and water use benefit. Eight standards were selected, such as measurability, vulnerability, predictability, typicality, controllability, integrity, responsiveness, and stability. A screening model was constructed to identify the indexes to be shortlisted or not. Subsequently, 23 indexes from the 70 primary indexes, 86.42% of the information was expressed by 32.86% of the elementary indexes, indicating the concise and adequate index system. The final indexes were formed, including the backbone canal lining ratio, the completion rate of engineering projects, backbone canal intact rate, backbone hydraulic structures intact percentage, water utilization coefficient of canal system, high-efficient water-saving irrigation coverage percentage, field water utilization coefficient, multi-cropping index, gross irrigation water consumption per mu, real collection rate of water charges, water user association coverage rate, allocation rate of water measuring equipment on lateral gate, 2 fees implementation rate, number of management personnel per 10 000 mu, proportion of management personnel with junior college degree or above, informationization coverage rate, proportion of irrigation water in total water consumption, drainage ditch intact rate, water ecological monitoring system coverage rate, proportion of ecological water in the total water consumption, grain yield produced by 1m3 irrigation water, proportion of primary industry production in irrigation district, and water consumption per-10 000-yuan-GDP. Four large-scale irrigation districts (Qucun, Penglou, Guangli, and Dagong) are all located along the Yellow River in Henan Province. The indexe system was then investigated empirically to determine the water-saving level. The water-saving level indexes for the four objective Irrigation Districts were 0.666 (Qucun), 0.730(Penglou), 0.657 (Guangli), and 0.616 (Dagong), respectively. On the whole, the score of the water-saving level index was ranked in the descending order of Penglou, Qucun, Guangli, and Dagong. The scores of the 5 secondary indexes showed that Penglou achieved the best effect of engineering water-saving, whereas, Dagong was a negative example. This was due to the well-matched infrastructure engineering, where the backbone canal system was of systematic construction and renovation in the past 10 years. Guangli performed relatively lower than the rest because the high-efficient coverage percentage of water-saving irrigation was rather weak and the gross consumption of irrigation water per mu was pretty high, particularly for the long-term goals of farmland water-saving. There was no significant difference in the score of water use management level among the four irrigation districts, but their agriculture water rate, water user association promotion, and water measuring facilities setting, all needed to be rather improved. Water resources protection was the common weakness of the four irrigation districts, indicating the concept of project construction without considering ecological protection over the past years. Consequently, five recommendations can be addressed to further improve the water-saving level in the irrigation districts. 1) To coordinate the backbone and field construction, 2) To establish the new water-saving system under the agricultural water price reform, 3) To strengthen the dredging and transformation of drainage ditches, 4) To improve the water resources and environment monitoring network, 5) To promote the efficient saving on water irrigation, particularly for the planting area of cash crops. The findings can provide an effective way to scientifically evaluate the water-saving construction in large-scale irrigation districts, thereby promoting the process of agricultural water-saving in China.

irrigation; water resources; canals; large-sized irrigation district; water-saving level; index system; index optimization

范習超，秦京濤，徐磊，等. 大型灌區節水水平評價指標體系構建與實證[J]. 農業工程學報，2021，37(20)：99-107.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011 http://www.tcsae.org

Fan Xichao, Qin Jingtao, Xu Lei, et al. Construction and empirical analysis of the evaluation index system for the water-saving level of large-sized irrigation districts[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(20): 99-107. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011 http://www.tcsae.org

2021-01-18

2021-03-12

河南省科技攻關項目（2019-288）；中國農業科學院科技創新工程（現代節水型灌區建設與改造創新團隊）；中央級科研院所基本科研業務費專項（中國農業科學院農田灌溉研究所）資助項目（FIRI2017-25、FIRI20210202、FIRI20210301）

范習超，博士生，助理研究員，研究方向為生態灌區建設理論與技術。Email：xcfan1990@163.com

呂謀超，研究員，博士生導師，研究方向為節水灌溉技術與裝備。Email：lvmouchao@aliyun.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.20.011

S274.2

A

1002-6819(2021)-20-0099-09