基于模糊层次分析法的节水型生态灌区综合评价

2022-08-08 06:00任盼费良军冯缠利同海丽姜瑞瑞介飞龙高旭艳陈思远
灌溉排水学报 2022年7期
关键词:节水型权重节水

任盼,费良军*,冯缠利,同海丽,姜瑞瑞,介飞龙,高旭艳,陈思远

▪区域农业水管理▪

基于模糊层次分析法的节水型生态灌区综合评价

任盼1,费良军1*,冯缠利2,同海丽2,姜瑞瑞1,介飞龙1,高旭艳2,陈思远1

(1.西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室,西安 710048;2.陕西省水利电力勘测设计研究院,西安 710001)

【目的】全面系统评价大型灌区的生态健康状况,为我国粮食安全及农业现代化发展提供重要保障。【方法】从灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源、社会经济效应、服务管理体系及人文生态环境6个方面初步构建了节水型生态灌区综合评价指标体系,利用筛选模型从36个指标中优选出了19个评价指标,表达了85.57%的信息,基于层次分析法和模糊综合评价法,提出了节水型生态灌区综合评价模型,并对陕西省交口抽渭灌区进行了综合评价实证研究。【结果】交口抽渭灌区处于中等健康水平,综合评价等级优秀、良好、中等、及格、不及格等级的隶属度综合得分分别为:0.224、0.169、0.409、0.159、0.039;准则层的评价中,灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源和社会经济效应处于中等水平,服务管理体系和人文生态环境处于优秀水平,并分析了交口抽渭节水型生态灌区的健康性受到破坏的原因。【结论】交口抽渭灌区的服务管理较好,但节水工程和灌区生态环境仍与现代化灌区存在一定差距。

节水型生态灌区;模糊综合评价;层次分析法;交口抽渭灌区

0 引言

灌区是一个综合的“自然-人工-社会”复合生态系统[1],为我国粮食安全和农业节水提供了重要保障。过去的灌区建设和管理的重点是灌区节水改造[2],过度重视水利工程的经济效益,而忽略了灌区工程的健康运行及对生态环境的影响[3],导致土壤次生盐碱化、水资源浪费严重、灌区水环境污染、地下水埋深下降等问题突出,而解决这些问题的前提是需要将灌区视为一个完整可持续发展的生态系统,建立节水型生态灌区理念[4]。目前对于节水型生态灌区的严格定义尚不统一[5],综合来说,实现“自然-社会-经济-生态”可持续和谐发展、达到水资源开发利用高效、渠系工程布局合理、水-植物-土壤生态系统健康、灌区建设与流域生态环境发展相协调是节水型生态灌区的核心内容[6-7]。【研究意义】依据节水型生态灌区内涵要求,针对灌区突出的生态环境恶化、生产力水平低等问题,进行灌区健康评价有助于发现灌区存在的主要问题并有针对性地构建节水型生态灌区,从而实现灌区可持续发展。

【研究进展】关于灌区综合评价的研究,方延旭等[8]建立了灌区生态系统健康评价指标体系,包括结构属性、生态环境、整体功能性及社会经济要素的指标,并采用层次分析法和模糊数学理论相结合的二级模糊综合评价法评估北野厂再生水灌区生态系统健康状况;Wang等[9]基于shapely值将模糊综合评价法、灰色关联法、拉开档次法、主成分分析法、熵权法进行动态组合建立灌区综合评价模型,构建的指标体系包括灌区工程保障、管理水平、社会经济、生态环境和可持续发展5个方面;Zhang等[10]以生态环境、现代化水平、农业生产与效益3个方面建立了灌区健康评价指标体系。在综合评价方法方面,模糊评价法[11]、主成分分析法[12]、灰色关联法[13]等广泛应用于灌区综合评价研究。其中,主成分分析法在第一个主成分分量的贡献率<85%时,结果具有多重性且无评价标准;灰色关联法只适用于指标较少的简单模型,在评价过程中与方案极值高度一致,影响评估的稳定性。而模糊综合评价以模糊数学为基础,根据最大隶属度原则将定性、定量评价指标利用隶属度函数求出各方案的隶属等级进行综合评判。【切入点】然而,先前的灌区评价体系主要基于灌区的工程、运行管理以及经济效益等内容建立,考虑灌区生态环境因素较少,不能体现节水型生态灌区的内涵,而且在评价指标较多时,一方面权重难以分配,另一方面即使确定了权重分配,由于要满足归一性,每一指标分配的权重必然很小。【拟解决的关键问题】基于此,本文依据节水型生态灌区的概念及内涵要求,构建节水型生态灌区健康评价指标体系,应用模糊评价-层次分析相结合的模型评价节水型生态灌区健康水平,并以陕西省交口抽渭灌区为例对模型进行验证,以期为大中型灌区的生态健康性诊断提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 评价指标体系的确立

1.1.1 评价指标海选

节水型生态灌区具有“生态系统健康、资源高效利用、灌区科学管理、工程设施配套、经济效益良好”的特征。本文依据节水型生态灌区的概念及内涵要求[14],在借鉴国内外研究成果的基础上[11, 15-16],结合我国灌区的实际建设状况,采用阶梯层次结构设计指标体系,并遵循科学性、可行性、全面性相结合的原则,选取相互独立、易获取、可量化指标组成节水型生态灌区健康评价指标体系。本文初步构建的评价体系分为3层:以灌区合理建设并健康可持续运行作为目标层,以灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源、社会经济效应、服务管理体系及人文生态环境6个方面作为指标体系的准则层,对准则层分解获得36个评价指标作为指标层,初选的指标体系如表1所示。

表1 节水型生态灌区健康评价初选指标及标准符合度

注 M、V、P、T、C、R、S分别表示指标的可测性、敏感性、可预测性、典型性、可控性、响应性、稳定性;指标19亩均用水量下降率=(灌区5 a平均亩均用水量-灌溉定额)/灌溉定额。

1.1.2 评价指标初筛

为保证对节水型生态灌区进行客观准确的评价,借鉴Dale等[17]的研究,单个指标入选原则为8个标准:可测性(Measurability,M),敏感性(Vulnerability,V),可预测性(Predictability,P),典型性(Typicality,T),可控性(Controllability,C),整体性(Integrity,I),响应性(Responsibility,R),稳定性(Stability,S)。其中,整体性是针对整个指标体系构建,经全面统计的上述指标体系已满足该要求。逐一确认每个指标的标准符合度,如表1所示,发现25个指标符合的标准数量不少于5个,可以直接保留:其他11项指标符合的标准数量少于5个,故予以剔除。

1.1.3 评价指标优化筛选

本文采用评价指标选择模型[18]对指标进行优选,构建的步骤分为:构建关系矩阵(j×g)、构建入选标准度矩阵(g×7)、评价指标优化。

经过初步筛选的评价指标体系构建关系矩阵(j×g),其中是指标体系中第-1层的第个指标,是指标体系中第层的第个指标。当第层的指标与第1层的指标有关联时,r的值为1,否则r的值为0。

根据不包括整体性的7个原则,建立行7列的入选标准矩阵(g×7)来选取指标,当某指标满足标准时c=1,否则为0。

若某指标满足可测、敏感、典型、可控及稳定5个入选标准,则直接入选,其余指标待定。根据以上原则,构建向量,满足标准的值为1,否则为0。

为保证指标体系的完备性与简洁性,目标函数可设为:

式中:c为第个指标的取值,c=1表示第个指标入选,否则被删除。当指标满足5个及5个以上标准时保留,即:

构建向量=[c1,c2,…,c],为保证指标层之间互相联系,则需要满足:

为保证指标体系的完备性,所有指标的权重之和需达到一定精度,选择主成分分析法常用的0.85作为指标完备性的一个标准。

式中:W=[W1,W2,…,W]是所有指标权重构成的矩阵。

1.1.4 节水型生态灌区评价指标优化筛选

确定各指标的权重是指标优化筛选的条件,对经初步筛选后保留的25个指标采用层次分析法计算获得各指标的权重,如表2所示。

表2 初选指标权重

据式(1)—式(3),结合初筛后的25个评价指标,构建入选标度矩阵(25×7),关系矩阵(25×6),×T分别为:

=[1,c2,1,1,c5,c6,1,1,1,1,1,c12,1,1,1,c16,1,1,1,c20,c1,1,1,1,1],可见有c2等7个指标不能确定是否保留。

CI×R=[3+c2,2+c5+c6,4+c12,2+c16,3+c20,4+c1]>0,由于c为0或1,则CI×R>0的条件已经满足,表明指标体系间具有联系性。

选择主成分分析法对指标进行删减,采用公式×W>0.85确保指标的完备性与整体性。

×W=[1,c2,1,1,c5,c6,1,1,1,1,1,c12,1,1,1,c16,1,1,1,c20,c1,1,1,1,1]×W=0.812 5+0.024 4c2+0.032 6c5+0.040 8c6+0.043 2c12+0.016 6c16+0.008 7c20+0.021 6c21>0.85,则0.024 4c2+0.032 6c5+0.040 8c6+0.043 2c12+0.016 6c16+0.008 7c20+0.021 6c21>0.037 5,因为c=0或1,要使上式大于0.037 5,则c不能全为0。

故本文将36个指标优化到19个指标入选节水型生态灌区评价指标体系,如表3所示。最终计算×W的值为85.57%,表示本文建立的指标体系用52.78%的指标表达了85.57%的信息,可全面反应节水型生态灌区的各种属性,并保证了指标的简洁与整体性。

表3 优化后的节水型生态灌区评价指标体系及评价标准

注 各指标标准在参照文献[11, 19]的基础上确定。

评价标准是利用模糊层次分析模型评价的基础,直接影响评价结果的合理性。本研究各指标标准在参照国家适用标准及相关研究成果[11, 19]的基础上确定,如表3所示,各指标的健康级别分为“优秀、良好、中等、及格、不及格”5级,以反映灌区健康状况从优到劣的变化。

1.2 节水型生态灌区健康评价模型的构建

考虑到节水型生态灌区的评价指标涉及因素较多,因素属性跨越自然、经济、环境、社会等多个领域,且是定性与定量指标结合,一方面需要每个指标都涉及,另一方面要保证每个指标信息的全面性,因此采用模糊评价和层次分析相结合的方法,首先运用层次分析法建立递阶结构,计算指标层权重,其次利用多层次模糊综合评价法对灌区现状做出评估。其模型构建可分为4个步骤:建立因素集和评语集、确立指标权重集、构建模糊评判矩阵和模糊层次综合评判。

1.2.1 建立因素集和评语集

节水型生态灌区中的因素集为评价对象的指标体系组成的集合,即=(1,2, …,36)。表示灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源、社会经济效应、服务管理体系及人文生态环境6类评价指标的集合,u表示第项指标。根据灌区生态系统健康状况,将其划分为5级并组成评价集=(1,2, …,5),对应的评语等次为=(优秀,良好,中等,及格,不及格),反映灌区总体状况从优到劣的变化。

1.2.2 确定指标权重集

运用层次分析法确定指标体系中各个指标的权重,从准则层开始,采用比例标度法将同一层次的两两指标进行比较并确定相对重要性,准则层及指标层重复该操作并构造判断矩阵,即=(a)×n,各标度含义如表4所示。通过计算判断矩阵的最大特征根max及其对应的特征向量,即=max,将特征向量归一化作为指标体系中的权重。求特征向量常用的方法有和积法和方根法,本研究采用和积法求判断矩阵的最大特征根和对应的特征向量。具体做法如下:

矩阵中的元素按列均一化,即

将归一化后的矩阵的同一行的元素相加,即

其对应向量=(1,2,…,w)即为各指标的权重向量。

表4 各标度数值含义

a为因素之间的相对重要性比值。

为满足对高维判断矩阵的一致性要求,采用一致性指标和平均随机一致性指标对判断矩阵进行一致性检验,的值如表5所示。

表5 随机一致性指标RI的值

1.2.3 构建模糊评判矩阵

构造模糊评判矩阵的关键是确定各个指标的隶属度,为消除各等级间数值相差不大而评语等级可能相差一级的跳跃现象,构造隶属度函数时参照文献[8]可将其进行模糊化处理。对于2、3、4这3个中间区间,令指标值落在区间中间隶属度最大,由中间向两侧按线性递减处理;对于1、5这2个边界区间,令距离临界值越远,属二侧区间的隶属度越大,构造的隶属函数如式(12)—式(16)。针对节水型生态灌区影响因素特征,对于定量的正向指标(如灌溉水利用系数),各指标隶属度直接运用上式计算;对于定量的负向指标(如盐渍化指数)隶属度计算时将上式中“>”、“<”、“≥”、“≤”分别互换。

式中:1为“优秀”与“良好”的临界值,3为“良好”与“中等”的临界值,5为“中等”与“及格”的临界值,7为“及格”与“不及格”的临界值,2为1和3的平均值,4为3和5的平均值,6为5和7的平均值。

对于定性指标,各评语隶属度的确定如表6所示。

表6 定性指标隶属度评价矩阵

根据各指标特征,由隶属度函数计算各准则层隶属度矩阵1、2、3、4、5、6合并为隶属度矩阵。根据最大隶属度原则判断6个准则层的健康级别。

式中:r表示第个指标属于第级别的隶属度。

1.2.4模糊层次综合评判

根据指标权重集和模糊评判矩阵,得出灌区在5个健康级别的隶属度矩阵,采用最大隶属度原则判断灌区健康状态。

式中:为指标权重集;为模糊评判矩阵。

2 实例分析

2.1 研究区概况

交口抽渭灌区是一座灌排并举的大型电力抽排工程,地处陕西省关中东部(北纬34°33′20″—34°50′00″,东经109°15′25″—109°48′45″),地理位置如图1所示,属暖温带半干旱季风区,降水年内分布不均,蒸发量大。灌区西起临潼区石川河,东到大荔县沙苑地区,南起渭河北岸,北到蒲城卤泊滩,灌区总面积10.24亿hm2,设计灌溉面积7.93亿hm2,有效灌溉面积7.53亿hm2,辖灌西安、渭南两市的临潼、闫良、临渭、富平、蒲城、大荔六县(区)21个乡镇,总人口67.25万人。该工程于20世纪分两期建成,1966年一期工程建成通水,1970年4月全面建成通水。经过50 a的运行,灌区粮食持续稳产高产,累计抽水104.9亿m3,累计生产粮食187.24亿kg,棉花4.77亿kg,是陕西省农业发展、粮食安全的重要保障。

图1 研究区位置

2.2 数据来源

根据评价指标体系搜集交口抽渭灌区2020年的统计资料,原始数据主要来自《陕西省交口抽渭灌区“十四五”续建配套与现代化改造可行性研究报告》、《陕西省水利统计年鉴2020》、《陕西省水资源公报2020》及以前学者的研究成果[20-21]等,部分数据根据相关地市2020年统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报、水资源公报等资料确定。

2.3 指标权重计算与分析

本文应用层次分析法计算各指标权重,根据比例标度法(表4)对将指标体系中同一层指标相对于上一层指标进行两两比较,构建判断矩阵-,运用和积法对判断矩阵进行归一化后并进行一致性检验,准则层的判断矩阵如表7所示,灌溉节水系统中指标层权重的计算结果如表8所示。

表7 判断矩阵A-B及权重

注max= 6.036 8,= 0.007 2,= 1.240 0,= 0.005 8< 0.1,满足一致性检验。

表8 灌溉节水系统(B1)中指标层权重表

注max= 6.395 9,= 0.077 9,= 1.240 0,= 0.062 8 < 0.1,满足一致性检验。

运用同样赋权方法对灌区环境质量、灌区生态资源、社会经济效应、服务管理体系及人文生态环境中指标进行归一化处理,依次计算各个指标的权重,结果如表9所示。由此可计算出41个指标的最终权重,指标最终权重等于指标层相对准则层权重与准则层相对目标层权重的乘积,如灌溉水利用系数5最终权重为0.242 3×0.546 9=0.132 5。

表9 节水型生态灌区健康评价指标体系的权重

在节水型生态灌区评价指标体系中,从准则层来看(表7),灌溉节水系统、灌区环境质量和灌区生态资源的权值最大,均为0.242 3,表明这3方面在灌区建设与管理中最重要,人文生态环境和社会经济效应次之,服务管理体系权值最小,仅为0.053 4。在指标层中(表7),地表水氨氮质量浓度(10)的权重为0.161 5,其数值最大,反映出地表水环境污染程度是灌区最关注的指标,其次灌溉水利用系数(5)、节水灌溉覆盖率(6)、盐渍化指数(18)、地表水水质(13)及化肥使用强度(35)的权重也相对较高,说明灌区运行中较注重节水体系与生态环境,而体现社会经济效应和服务管理体系的指标权重相对较小,“两费”落实情况(28)及灌溉管理人员业务素质(26)这2个指标的权重均小于0.02,其中,灌溉管理人员业务素质(26)占有的权重比值最小,为0.009 3。上述结果同灌区实际状况基本一致,主要以节水及保护生态环境为主要目标,对社会效应及服务管理等关注较少。

2.4 模糊综合评价计算与分析

以交口抽渭灌区为例开展节水型生态灌区模糊综合评价,按照隶属度函数式(12)—式(16)及表6分别确定各指标隶属度,各指标现状值及计算结果见表10。

表10 各指标现状值及隶属度计算结果

交口抽渭灌区的灌溉节水系统(1)、灌区环境质量(2)、灌区生态资源(3)、社会经济效应(4)、服务管理体系(5)及人文生态环境(6)的评价结果如下:

以1、2、3、4、5、6构成节水型生态灌区综合评价的隶属度矩阵,则综合评价结果为:=×=[0.224, 0.169, 0.409, 0.159, 0.039]。

根据分级情况,交口抽渭灌区在优秀、良好、中等、及格、不及格级别的隶属度综合得分分别为:0.224、0.169、0.409、0.159、0.039,按照最大隶属度原则,交口抽渭灌区的健康状况属于中等级别。目标层及各个准则层评价等级如图2所示,交口抽渭灌区的灌溉节水系统处于中等状态的隶属度综合得分为0.532,制约因素主要是灌溉水利用系数(5)和节水灌溉覆盖率(6);灌区环境质量处于中等状态的隶属度为0.400,制约因素主要是地表水氨氮质量浓度(10);灌区生态资源处于中等状态的隶属度为0.523,制约因素主要是地下水水质(14)、地表水水质(13)和地下水利用指数(12);社会经济效应处于中等状态的隶属度为0.677,制约因素主要是亩均用水量下降率(19);在服务管理体系和人文生态环境方面,隶属于优秀的得分分别为0.746、0.528,但人文生态环境方面在及格和不及格级别的隶属度综合得分仍分别有0.128和0.245,制约因素主要是生活垃圾无害化处理率(33)和生活污水处理率(32)。由此可知,交口抽渭灌区的服务管理较好,但灌溉节水、生态环境保护仍处于中等水平,表明之前的灌区节水改造工程较重视经济效益,而忽略了对生态环境的影响。

图2 节水型生态灌区综合评价级别

3 讨论

节水型生态灌区是提高灌区水资源利用效率、改善灌溉条件、保障粮食安全和促进农业经济发展的重要保障。交口抽渭灌区作为西北干旱地区典型的提水灌区,对灌区健康状况进行客观的综合评价,研究灌区存在的主要问题并提出对策,能够促进大型灌区可持续健康发展。与尹杰杰等[22]仅采用模糊综合评判法和崔金涛等[11]仅采用层次分析法的研究相比,本文构建的集成模糊-层次分析综合评价模型,优势在于用定量化的方法消除指标的不确定性,并将评价指标体系分成递阶层次结构,运用层次分析法确定各指标的权重,分层次进行模糊综合评判,得到的评价结果更加客观。此外,费良军等[23]在大型灌区运行状况综合评价中,指标体系主要包括水源保证情况、工程配套率、管理措施指标、节水节能与增产指标及生态环境等指标,虽考虑了生态效益部分,但未对节水型生态灌区复合系统的整体评价展开深入研究,本文重点考虑了灌区环境质量、灌区生态资源及人文生态文化等方面指标。但节水型生态灌区综合评价是一个复杂的系统,涉及生态、景观、经济、人文、水体物理、化学及生物等多方面因素,而我国灌区类型多样,因此对于评价指标的选取、评价标准的确定都待进一步研究和完善,并且随着社会的发展,对灌区运行状况的评估要求越来越高,指标标准不同等级范围的划分也会随之改变。

根据模糊层次分析综合评价结果,交口抽渭灌区在服务管理体系方面已有了一定的提升,但在灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源、人文生态环境及社会经济效应方面与现代化节水型生态灌区的建设标准还存在一定的差距。在通过多次实地调研后发现,交口抽渭灌区的健康性受到威胁的原因主要包括:一方面,工程灌溉供水保障能力不足,灌区水源单一,受渭河来水影响大,因水源河段控导工程水毁严重,易造成枯水期间灌溉取水脱流,灌区骨干渠系和田间末级渠系工程老化失修,输水损失严重,水资源利用效率较低;另一方面,灌区排水沟系由于运行时间长,年久失修,导致沟内杂草丛生,岸坡剥蚀、塌落以及人们随意倾倒垃圾形成淤积,使得灌区排水不畅,部分农田产生明水,造成地下水位上升、土壤盐渍化;加之目前灌区人民生态节水意识较差,生活垃圾规范化处理不足,生产生活污水无处理排入排水沟,农田过量使用农药化肥产生面源污染,忽略了对环境的污染,使灌区的生态健康进一步恶化。因此,交口抽渭灌区应有针对性的对输水运行中存在砌护损坏、积水、渗漏等问题进行修复改造,在以后的管理中以配套完善灌溉排水工程、保护灌区生态环境、改善灌区人民生活环境及强化农民生态环境保护意识为重点,建设成为节水型生态灌区。

4 结论

1)基于节水型生态灌区的概念内涵,从灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源、社会经济效应、服务管理体系及人文生态环境6个准则层,通过初步选择与优化筛选,将指标数量从最初的36个精简到19个,表达了85.57%的整体信息。

2)构建了模糊层次分析综合评价模型,以陕西省交口抽渭灌区为例进行综合评价,结果显示灌区整体处于中等健康水平(隶属度为0.409),与灌区实际情况相符,说明综合评价模型切实可行。

3)按照隶属度最大原则,各准则层的评价结果表明,交口抽渭灌区的灌溉节水系统、灌区环境质量、灌区生态资源和社会经济效应处于中等水平,服务管理体系和人文生态环境处于优秀水平,应加强灌区生态环境保护及节水工程配套完善。

[1] 杨培岭, 李云开, 曾向辉, 等. 生态灌区建设的理论基础及其支撑技术体系研究[J]. 中国水利, 2009(14): 32-35, 52.

YANG Peiling, LI Yunkai, ZENG Xianghui, et al. Ecological irrigation district:studies on theory basis and supporting technical system[J]. China Water Resources, 2009(14): 32-35, 52.

[2] 许迪, 龚时宏. 大型灌区节水改造技术支撑体系及研究重点[J]. 水利学报, 2007(7): 806-811.

XU Di, GONG Shihong. Technical supporting system for water saving orientaed rehabilatation of large irrigation districts[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2007(7): 806-811.

[3] HUANG Yajie, MA Yibing, ZHANG Shiwen, et al. Optimum allocation of salt discharge areas in land consolidation for irrigation districts by SahysMod[J]. Agricultural Water Management, 2021, 256: 107 060.

[4] WANG Yingying, ZHANG Hengjia. The Connotation, Characteristics, Main Contents and Evaluation Research System and Construction of Ecological Irrigation District[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 643(1): 012 080.

[5] 姜开鹏. 建设生态灌区的思考[J]. 中国农村水利水电, 2004(2): 4-10.

JIANG Kaipeng. Consideration on construction of zoology irrigation district[J]. China Rural Water and Hydropower, 2004(2): 4-10.

[6] 顾斌杰, 王超, 王沛芳. 生态型灌区理念及构建措施初探[J]. 中国农村水利水电, 2005(12): 7-9.

GU Binjie, WANG Chao, WANG Peifang. Study on concept of ecological irrigation district and it’s construction measures[J]. China Rural Water and Hydropower, 2005(12): 7-9.

[7] 范习超, 吕谋超, 王晓森, 等. 生态灌区的概念、属性与指标体系研究[J]. 中国水利, 2018(11): 51-53.

FAN Xichao, LYU Mouchao, WANG Xiaosen, et al. Studies on concept, attributes and indicator system of ecological irrigation districts[J]. China Water Resources, 2018(11): 51-53.

[8] 方延旭, 杨培岭, 宋素兰, 等. 灌区生态系统健康二级模糊综合评价模型及其应用[J]. 农业工程学报, 2011, 27(11): 199-205.

FANG Yanxu, YANG Peiling, SONG Sulan, et al. Secondary fuzzy comprehensive evaluation model for ecosystem health of irrigation district and its application[J] Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(11): 199-205.

[9] WANG Wei, LA Agu, WANG Zhenwu, et al. Ecological irrigation district evaluation based on a dynamic combinational evaluation model[C]. Quebec, Annual International Meeting of the American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2014.

[10] ZHANG Qian, DIAO Yanfang, YANG Guiyu, et al. Study on health evaluation of an ecological irrigation district in Helan County, China[J]. Water, 2021, 13(23): 3 325.

[11] 崔金涛, 吐尔逊·买买提明, 张磊, 等. 基于层次分析法的新疆节水型社会建设综合评价[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(S2): 129-132.

CUI Jintao, TUERXUN·Maimaitiming, ZHANG Lei, et al. Comprehensive evaluation for water-saving society construction in Xinjiang based on analytic hierarchy process method[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(S2): 129-132.

[12] 姚杰, 郭宗楼, 陆琦. 灌区节水改造技术经济指标的综合主成分分析[J]. 水利学报, 2004(10): 106-111.

YAO Jie, GUO Zonglou, LU Qi. Comprehensive principal components analysis on technical and economic index of water saving reform for irrigation area[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004(10): 106-111.

[13] 杨奇勇, 杨劲松, 姚荣江, 等. 基于GIS和改进灰色关联模型的土壤肥力评价[J]. 农业工程学报, 2010, 26(4): 100-105.

YANG Qiyong, YANG Jinsong, YAO Rongjiang, et al. Comprehensive evaluation of soil fertility by GIS and improved grey relation model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(4): 100-105.

[14] 王超, 王沛芳, 侯俊, 等. 生态节水型灌区建设的主要内容与关键技术[J]. 水资源保护, 2015, 31(6): 1-7.

WANG Chao, WANG Peifang, HOU Jun, et al. Main contents and key technologies of constructing ecological water-saving irrigation district[J]. Water Resources Protection, 2015, 31(6): 1-7.

[15] 房凯, 陈兴, 诸晓华. 平原地区节水型生态灌区评价模型研究与应用[J]. 江苏水利, 2014(12): 42-44.

FANG Kai, CHEN Xing, ZHU Xiaohua. Research and application of evaluation model in water-saving ecological irrigation districts in plain areas[J]. Jiangsu Water Resources, 2014(12): 42-44.

[16] 徐新华, 董洁, 彭致功, 等. 贺兰生态灌区健康指标筛选及评价[J]. 山东农业大学学报(自然科学版), 2020, 51(6): 1 069-1 073.

XU Xinhua, DONG Jie, PENG Zhigong, et al. Screening and evaluation on health indexes in Helan ecological irrigation area[J]. Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition), 2020, 51(6): 1 069-1 073.

[17] DALE V H, BEYELER S C. Challenges in the development and use of ecological indicators[J]. Ecological Indicators, 2001, 1(1): 3-10.

[18] 范习超, 秦京涛, 徐磊, 等. 大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证[J]. 农业工程学报, 2021, 37(20): 99-107.

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, 2021, 37(20): 99-107.

[19] 杨振峰, 田军仓, 冯克鹏, 等. 基于多源数据的宁夏贺兰县现代化生态灌区健康评价[J]. 农业工程学报, 2021, 37(24): 307-316.

YANG Zhenfeng, TIAN Juncang, FENG Kepeng, et al. Health evaluation of the modern ecological irrigation district using multisource data in Helan County, Ningxia, China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021, 37(24): 307-316.

[20] 丁相锋. 陕西省交口抽渭灌区输配水系统优化及效益评价研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2020.

DING Xiangfeng. Research on optimization and benefit evaluation of water transmission and distribution system, Jiaokou wei river irrigation district, Shaanxi Province[D]. Yangling: Department of Foreign Languages of Northwest A&F University, 2020.

[21] 李艳. 陕西省关中粮食主产区土壤环境质量评价[J]. 农业环境与发展, 2008(3): 111-113.

LI Yan. Evaluation of Soil Environmental Quality in Guanzhong Region of Shaanxi Province[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2008(3): 111-113.

[22] 尹杰杰, 崔远来, 刘方平, 等. 基于模糊综合评价的赣抚平原灌区水资源承载力研究[J]. 节水灌溉, 2016(8): 131-134, 140.

YIN Jiejie, CUI Yuanlai, LIU Fangping, et al. Study on water resources carrying capacity in Ganfu plain irrigation district based on fuzzy comprehensive evaluation[J]. Water Saving Irrigation, 2016(8): 131-134, 140.

[23] 费良军, 王锦辉, 王光社, 等. 基于灰色关联理论-密切值法的大型灌区运行状况综合评价[J]. 干旱地区农业研究, 2016, 34(1): 242-246.

FEI Liangjun, WANG Jinhui, WANG Guangshe, et al. Comprehensive evaluation on the operation condition of large irrigation district based on the grey relation theory-osculating value method[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2016, 34(1): 242-246.

Fuzzy Analytic Hierarchy Process for Evaluating Ecological Health of Water-saving Irrigation Districts

REN Pan1, FEI Liangjun1*, FENG Chanli2, TONG Haili2, JIANG Ruirui1, JIE Feilong1, GAO Xuyan2, CHEN Siyuan1

(1. State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China;2. Shaanxi Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute, Xi’an 710001, China)

【Objective】Keeping irrigation districts healthy is critical to maintaining their economic and ecological service. We present a new method in this paper to comprehensively and systematically evaluate health of large irrigation districts. 【Method】We used 36 indexes to characterize each irrigation water-saving system based on the following aspects: environmental quality of the irrigation area, ecological resource of the irrigation area, socioeconomic effect, service management, and humanistic ecological environment. Screening narrowed the indexes to19 which represent 85.57 % of the information on effect of the irrigation system. Based on these indexes, we combined the analytic hierarchy process and the fuzzy comprehensive evaluation method to evaluate ecological service of the water-saving irrigation districts. The model was applied to Jiaokou Irrigation District in Shaanxi province, China. 【Result】The health of Jiaokou Irrigation district was moderate, and scores of the comprehensive evaluation index at excellent, good, moderate, fair and poor levels were 0.224, 0.169, 0.409, 0.159 and 0.039 respectively. For the six aspects used in the evaluation, the effect of environmental quality of irrigation area, ecological resources, and social and economic effects were all moderate level, while the service management system and the humanistic ecological environment were at excellent level. 【Conclusion】On average, the service management of Jiaokou Irrigation district is good though there is still room for improvement. The method and results presented in this paper can help to improve maintenance of water-saving irrigation districts and prolong their ecological service.

water-saving ecological irrigation district; fuzzy comprehensive evaluation; analysis hierarchical process; Jiaokou irrigation district

1672 - 3317(2022)07 - 0129 - 11

S27

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022161

任盼, 费良军, 冯缠利, 等. 基于模糊层次分析法的节水型生态灌区综合评价[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(7): 129-139.

REN Pan, FEI Liangjun, FENG Chanli, et al. Fuzzy Analytic Hierarchy Process for Evaluating Ecological Health of Water-saving Irrigation Districts[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(7): 129-139.

2022-03-28

陕西省水利科技项目(2021slkj-17);国家自然科学基金项目(52079105)

任盼(1999-),女。硕士研究生,主要从事生态灌区与农业水资源研究。E-mail: 2891045723@qq.com

费良军(1963-),男。教授,博士生导师,主要从事节水灌溉与生态灌区研究。E-mail: feiliangjun2008@163.com

责任编辑:白芳芳

猜你喜欢
节水型权重节水
权重望寡:如何化解低地位领导的补偿性辱虐管理行为?*
节水公益广告
节水公益广告
节水公益广告
节水公益广告
权重常思“浮名轻”
为党督政勤履职 代民行权重担当
权重涨个股跌 持有白马蓝筹