安徽優化灌溉模式的區域選擇

許 一 許承娟

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 安徽省水利水資源重點實驗室 蚌埠 233000 2.合肥市環境監測中心站 合肥 230009）

安徽省地形地貌、水文氣象等自然條件較為復雜，各地區經濟發展和水利工程建設呈現較大的不平衡。這些條件相互聯系，相互影響，形成了各地不同的發展節水灌溉的社會自然條件。因此，必須針對不同的地區選擇合理的節水灌溉模式，模式的區域選擇就成為發展節水灌溉中的一個重要問題。

節水灌溉模式區域選擇是一個多目標綜合評價問題，包括經濟、自然資源、社會效益等目標，所確定的節水灌溉技術應與當地社會經濟發展水平、生產經營、管理體制相適應。正確的節水灌溉模式區域選擇能較客觀地反映不同地區的實際情況，指導節水灌溉發展方向，促進農業可持續發展，產生良好的經濟效益和社會效益。

1 節水灌溉模式的區域選擇

1.1 安徽省節水灌溉模式

根據地形地貌特點、水資源條件、灌溉設施狀況、經濟發展水平和農業種植結構等情況，安徽省節水灌溉可分為大致以下五種模式。

1.1.1 大溝蓄水+渠道防滲+大溝調控技術+管理節水

此種模式適用于淮北地區，本區地勢平坦，沒有大的蓄水載體，利用天然存在的大溝攔蓄地表徑流，可大大提高降雨利用率。

1.1.2 低壓管道輸水+微噴灌+大溝控制蓄水+管理節水

主要適用于缺水，經濟比較發達的淮北平原北部地區。該區50%的土壤是砂姜黑土，質地粘重，結構不良，保水和排水能力較差，土地平整難度大，采用大水漫灌，往往會遇雨帶來澇漬。因此，適于選用低壓管道灌溉、微噴灌等節水措施。

1.1.3 渠道防滲與溝畦結合灌溉+水稻節水灌溉技術+管理節水

主要適用于地表水豐富、地下水利用不充分、節水潛力較大、輕度缺水、渠灌面積比較大、經濟中等的江淮丘陵地區。對于淮北平原的南部地區和皖南山區，水稻播種面積很大，雙季稻比重較大，亦適宜推廣該灌溉模式。

1.1.4 渠道防滲+自壓噴灌+綜合農藝節水+管理節水

適用于水資源量豐富，但時空分布不均，調蓄能力差的皖西和皖南山區。該區農業灌溉蓄水工程以大中型水庫為主干，小型庫塘作為基礎，攔蓄地表徑流，引取的山溪河水自流灌溉可利用自然水頭發展自壓噴灌。

1.1.5 設施大棚蔬菜微灌+輸配水自動量測智能控制技術+高產栽培技術

主要適用于缺水，經濟比較發達的城市郊區灌溉農業區。

以上五種模式包含了復雜的模式內容，本文從對節水灌溉工程模式評價入手，建立相應的指標體系，運用模糊決策理論和層次分析法，建立節水灌溉模式區域選擇數學模型，提出各個區域適合的節水灌溉工程模式、農藝節水和管理節水措施，以組成適合當地發展的節水灌溉模式。

1.2 節水灌溉模式區域選擇模型

1.2.1 指標體系的建立

建立指標體系是評價工作的基礎。指標體系科學與否，直接關系到評價結果的正確性。指標體系的建立應遵循系統性原則、可比性原則和簡潔性原則。建立評價指標體系的具體方法是，選擇具有代表性工程，從中分析工程實施和正常運行的各種因素，廣泛征求專家的意見，并借鑒已有研究成果，設計出節水灌溉模式區域選擇指標體系。評價指標體系從經濟、生態環境、社會三方面考慮，將整個系統分為兩層（見表1）。

表1 節水灌溉區域選擇分層指標表

1.2.2 節水灌溉模式區域選擇模型

本文在安徽省節水灌溉分區基礎上進行節水灌溉模式區域優選，以尋求適應各分區的節水灌溉模式。根據具體區域的經濟、自然和水資源等條件，提出n個待選方案和m 個評價因素，用特征向量矩陣表示：

方案j 的第i 個特征向量xij的隸屬度記為rij

由式（1）和式（3），可得隸屬度矩陣

對于定性指標相對隸屬度的計算，可以邀請若干專家和管理人員對方案集進行討論，經過比較分析，設定標度矩陣。從矩陣各行和數的大小，構造有序二元比較矩陣，得到各定性指標的相對隸屬度。

應用二級模糊優選模型，得到方案j 關于第L層指標k 的相對優屬度。計算公式為：

按以下步驟進行方案優選：

（1）自第一層開始，首先確定指標的合理權重，然后由式（5）計算方案對于第二層所有指標k 的相對優屬度，組成優屬度向量；

（2）以作為第二層方案集的特征值，重復以上計算過程，計算出各方案的綜合評價結果，按照最大隸屬度原則，對各方案進行排序和優選。

由于節水灌溉系統涉及到的因素多，故本文根據各因素的重要性聯合運用層次分析法與專家調查法確定權重。該方法可以使決策者根據專家的經驗與灌區具體情況合理確定權重。

由上述方程求出目標對重要性的相對隸屬度ωi：

在進行優選過程中，首先按式（6）計算出指標i 的初始權向量，然后根據灌區實際情況及決策者的經驗等對初始權重進行判斷。若該初始解基本符合決策者的判斷，則將該初始解作為指標權向量，代入式（5）進行方案的相對優屬度計算。否則，需要根據指標間的相對重要性和決策者的經驗對初始解進行調整。調整步驟為：

（1）將指標權向量的初始解w'（i）做歸一化處理得w'（i）；

（2）決策者判斷是否接受w'（i），若不接受，則根據語氣算子與相對隸屬度之間的關系表在w'（i）基礎上，對初始權向量進行調整，并做歸一化處理。

2 算例

現以固鎮縣任橋鎮節水灌溉模式區域選擇為例說明節水灌溉模式選擇模型，計算面積以公頃為單位。從噴灌、管道輸水灌和微灌等7 種模式中進行模式優選。由于資料限制，評價體系從經濟、資源、社會三個方面考慮，分為兩層，各層的定量指標數據（見表2）。

表2 定量評價指標特征值表

（1）根據特征向量矩陣，由公式（3）正規化之后再對評判矩陣進行歸一化，分別得7 種節水模式對經濟、資源和社會效益3 個子指標的相對隸屬度矩陣：

（2）計算權重。以經濟子指標為例說明權重確定方法。由式（6）得到指標權重矩陣：

當p=2 時，由式（6）得指標的非歸一化權向量w（i）=（0.0551 0.0341 0.0278 0.0328）。

歸一化后得到指標的初始權向量w'（i）=（0.31 0.19 0.15 0.18）。

由決策者進行判斷，是否符合決策者的看法，若不滿足，根據實際情況進行調整，得到一組符合決策者觀點的權重，歸一化權重為：

w'1（i）=（0.34 0.07 0.25 0.06）

對于資源和社會子指標，同樣可求得各指標權重為：

w'2（i）=（0.13 0.25 0.14 0.06）

w'3（i）=（0.60 0.22）

（3）由式 （5）對大類指標層進行相對優屬度計算，得7 種節水模式關于綜合評價的相對隸屬度矩陣：

重復第一層的計算步驟，得到子類指標的相對隸屬度向量：

v1=（0.50 0.30 0.20）

當式（5）中距離參數p=1 時，得到：

U2=（0.1446 0.1366 0.1203 0.1975 0.1359 0.1209 0.1418）。

根據最大隸屬度原則進行優選，得到本區節水灌溉技術模式優越性的排序依次為：移動式噴灌、滴灌、半固定式、固定式噴灌、管道式輸水灌、微噴灌和卷盤式噴灌。

固鎮縣任橋鎮處于淮北平原中部，屬于地表水較為豐富、節水潛力較大、中度缺水的渠灌農業區。根據以上計算結果，本區節水灌溉工程模式宜采用移動式噴灌，配合節水型地面灌水技術、農藝節水技術，以及相應的管理節水措施，組成了適宜本區的節水灌溉模式組合。

3 結論

本文提出了安徽省節水灌溉模式區域選擇模型，采用主、客觀相結合的方法確定各層各因素的指標權重，克服了過去在權重確定上的主觀任意性及難以準確確定的缺點，增強了模型的實用性。但是區域選擇模型中有許多主觀成分并不能徹底消除，這就需要對此模型進行進一步研究■