灌溉用水效率评价指标及模型的探讨与应用.pdf

技术与应用 海河水利2 0 1 6 N o 6 D O I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 4 - 7 3 2 8 2 0 1 6 0 6 0 1 2 灌溉用水效率评价指标及模型的探讨与应用 徐园1 ，苑腾飞2 ( 1 天津大学建筑工程学院，天津3 0 0 0 7 2 ；2 三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要：我国农业用水紧缺与浪费现象同时存在，提高农业用水效率对于缓解水资源危机、建设节水型社会具有 重要意义。开展灌区农业用水效率评价是提高农业用水效率的基础工作。结合灌区农业用水过程及特点，提出 了灌区农业用水效率评价指标体系，并运用主成分分析方法对指标进行降维处理，使指标体系更具科学性、合理 性。在此基础上，运用数据包络分析理论，以每公顷农业用水情况作为投入因子、农作物每公顷净用水情况作为 产出因子，应用于东北的中型灌区南崴子灌区，华北的大型灌区里自沽灌区，西北的中型灌区双树西灌区、小型 灌区干桥湾灌区和山城渠灌区，使用D E A P 软件进行测算，得出东北、华北、西北各典型灌区的用水效率情况，所 得结论与实际灌区基本吻合，验证了数据包络分析方法在农田灌溉用水效率评价中的合理性和可行性。 关键词：灌溉用水；效率；评价指标；评价模型；数据包络 中图分类号：T V 9 3 ；$ 2 7 4文献标识码：A文章编号：1 0 0 4 7 3 2 8 ( 2 0 1 6 ) 0 6 0 0 3 5 0 6 D i s c u s s i o na n dA p p l i c a t i o no fE v a l u a t i o nI n d e xa n dM o d e lo fI r r i g a t i o nW a t e rE f f i c i e n c y X UY u a n l ，Y U A NT e n g f e i 2 ( J T i a n j i nU n i v e r s i t y ，S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ，C h i n a ；2 T h r e eG o r g e sU n i v e r s i t y ， C i v i lE n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r eF a c u l t y ，Y i c h a n 9 4 4 3 0 0 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：W i t ht h es h o r t a g ea n dw a s t i n gp h e n o m e n o no fa g r i c u l t u r a lw a t e rC O - e x i s t i n gi no u rc o u n t r y ，i ti so fg r e a ts i g n i f i - c a n c et oe a s ew a t e rc r i s i sa n db u i l dw a t e r - s a v i n gs o c i e t yt h r o u g hi m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fa g r i c u l t u r a lw a t e ru s i n g I ti sa f u n d a m e n t a lw o r kt ol a u n c ht h ea g r i c u l t u r ew a t e ru s ee f f i c i e n c ye v a l u a t i o ni ni r r i g a t i o nd i s t r i c tf o ri m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c y o fa g r i c u l t u r a lw a t e r B a s e do nt h ea g r i c u l t u r ew a t e ru s i n gp r o c e s sa n dc h a r a c t e r i s t i c s ，i ti sp u tf o r w a r do fu s i n ge f f i c i e n c y e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fa g r i c u l t u r ew a t e ri ni r r i g a t i o nd i s t r i c t ，a n dt h ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sm e t h o di sa d o p t e dt o c o n d u c td i m e n s i o n a l i t yr e d u c t i o no ni n d e x ，m a k i n gt h ei n d e xs y s t e mm o r er e a s o n a b l ea n ds c i e n t i f i c O nt h i sb a s i s ，w i t hp e r h e c t a r ea g r i c u l t u r a lu s i n gw a t e ra si n p u t s ，c r o p sp e rh e c t a r en e tu s i n gw a t e ra so u t p u tf a c t o r s ，t h ed a t ae n v e l o p m e n ta n a l y - s i s ( D E A ) t h e o r yi sa p p l i e dt ot h es t u d ya n di n v e s t i g a t i o no fN a n w a i z ii r r i g a t i o na r e ao fm e d i u m s i z e di r r i g a t i o na r e ai n N o r t h e a s tC h i n a ，l a r g e s i z e dL i z i g ui r r i g a t i o na r e ai nN o r t hC h i n a ，m e d i u m s i z e dS h u a n g s h u x ii r r i g a t i o na r e a ，s m a l l - s i z e di r - r i g a t i o na r e a s ，s u c ha sG a n q i a o w a na n dS h a n c h e n g q ui nN o r t h w e s to fC h i n a T h ew a t e ru s ee f f i c i e n c yi sc a l c u l a t e dt h r o u g h D E A Ps o f t w a r ei nt h et y p i c a li r r i g a t i o na r e a so fN o r t h e a s t ，N o n hC h i n aa n dN o r t h w e s to fC h i n a A n dw i t ht h ef i n a lc a l c u l a t i o nb a s i c a l l yb e i n gc o n s i s t e n t w i t ht h a to fr e a li r r i g a t i o na r e a s ，t h er a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yi sv e r i f i e do ft h ed a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( D E A ) m e t h o da p p l i e di nt h ee v a l u a t i o no fi r r i g a t i o nw a t e ru s ee f f i c i e n c y K e yw o r d s ：i r r i g a t i o nw a t e r ；e f f i c i e n c y ；e v a l u a t i o ni n d e x ；e v a l u a t i o nm o d e l ；d a t ae n v e l o p m e n t 水是重要性的基础资源，在经济社会发展中具有 重要的支撑和保障意义。我国水资源问题严重，在缺 收稿日期：2 0 1 6 _ 0 9 一1 2 作者简介：徐园( 1 9 8 9 一) ，男，硕士研究生，主要从事水文与水资源方面 的研究。 水的同时普遍存在着用水浪费、用水效率低等现 象。作为第一产业，农业用水占6 0 1 ) 2 上，其中9 0 用于农田灌溉，并且浪费现象普遍存在，因此提高灌 溉水利用效率对于解决我国缺水问题至关重要。 灌溉用水效率指标综合反映了用水管理水平、 万方数据 3 6 徐园，苑腾飞：灌溉用水效率评价指标及模型的探讨与应用2 0 1 6 年1 2 月 灌溉技术水平和不同尺度灌溉工程状况等，是准确 评价灌溉用水有效利用程度的重要基础。在灌溉用 水利用效率的评价指标方面，以往国内外学者与部 门对此进行了很多研究，但主要存在概念容易混淆、 指标数值不易获取等问题，并不适用于灌区的实际 用水效率研究。所以，合理界定现有的灌溉用水效 率评价指标、选取适合的评价模型非常必要。 关于灌溉用水效率的表述和测度方法不一、进展 不一而且研究角度呈现多元化，以至于没有明确统 一的定义。至今还缺乏一整套系统的方法，这给以 后水资源管理制度的落实带来了非常不利的影响。 在国外，灌溉用水效率是灌溉用水充分利用程 度的一个主要评价指标。在I s r a e l s e n 定义的基础上， 1 9 7 7 年I C I D 提出了灌溉效率标准，该标准将总灌溉 效率划分为输水效率、配水效率和田间灌水效率，总 灌溉效率为三者之积。传统意义的灌溉用水效率 是指农作物所消耗的灌溉用水量比上灌溉总供水量 所得的比率。我国使用的灌溉用水利用系数与此概 念相类似。之后，H a a s 、B u n 等又提出了储水效率和田 间潜在灌水效率等灌溉效率指标【z 3 ，。尽管在以后，不 同的灌溉效率指标被研究者提出，并且其侧重点各 有不同，但是跟前期定义的出发点并没有太多差异。 在国内，2 0 世纪五六十年代形成了我们国家目 前现行的灌溉用水利用系数评价指标体系与计算的 方法，当时大部分参考前苏联的评价指标体系而建 立。这一指标在国内被广泛用来评价灌溉水利用效 率。而研究确定灌溉水利用系数的主要难点在于测 定及评价渠系水的利用系数。很多学者还对并联渠 系输水、渠道越级输水等情况下渠系水的利用系数 的计算分析和修正等进行了研究探讨，如高传昌等 提出将渠系划分为串联、等效并联和非等效并联分 别引用不同的公式计算1 4 1 。汪富贵提出用3 个系数 分别反映渠系越级现象、回归水利用以及灌溉管理 水平，再用这3 个系数同灌溉水利用系数的连乘积 获得修正的灌溉水利用系数”，。沈小谊等提出用动 态空间模型的方法计算灌溉水利用系数，考虑了回 归水、气候、流量、管理水平和工程变化等因素的影 响陋I 。沈逸轩等提出年灌溉水利用系数的定义，指1 年灌溉过程中被作物消耗水量的总和与灌区内灌溉 供水总和的比值，并给出相应计算方法”1