南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系研究

1、32文章编号:100722284(2007)0120032203中国农村水利水电2007年第1期南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系研究徐成1,陈建康1,朱钟麟2,李艳玲1,薛晓翔1(1.四川大学水利水电工程学院,成都610065;2.四川省农业科学院,成都610066)摘要:节水农业综合效益评估是节水农业中最基础的工作,在分析国内外节水农业综合效益评估研究的基础上,首次提出了南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系,其综合效益评估涉及面广、因素庞杂。鉴于此,在灌区节水农业纵、,L、归类,构筑出4层次、3大类、24关键词:节水农业;ThefortheComprehensiveB

2、enefitsofWater2SavingAgricultureintheSeasonalWater2DeficitIrrigationDistrictinSouthernChinaXUCheng1,CHENJian2kang1,ZHUZhong2lin2,LIYan2ling1,XUEXiao2xiang1(1.CollegeofHydraulicandHydro2electricEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.SichuanAcademyofAgriculturalScience,Chengdu610066,China

3、)Abstract:Evaluationofthecomprehensivebenefitsofthewater2savingagricultureisthemostbasicworkinthewater-savingagri2culture.Onthebasisoftheanalysesofthedevelopmentoftheresearchontheevaluationofthecomprehensivebenefitsofthewater2savingagriculturedomesticandabroad,thisarticleproposesforthefirsttimetheev

4、aluationindexsystemforthecomprehensiveben2efitsofwater2savingagricultureintheseasonalwaterdeficitirrigationdistrictinthesouthernChina.Water2savingagricultureengi2neeringistheinfrastructureofnationaleconomy,soevaluationofthecomprehensivebenefitsinvolvesawiderangeofknowledge,numerousandjumbledfactors.

5、Inviewofthis,thisarticleadoptsLFAtheorytosetuptheindexsystemonthebasisofhistorical,inter2comparisonanalysisofwater2savingagricultureofirrigateddistrictthroughlogicallamination,andclassification.Thesystemcomprisesof24singlefactors,3classesat4levels.Keywords:water2savingagriculture;comprehensivebenefi

6、ts;evaluation;indexsystem0引言目前关于节水农业综合效益评估的研究,学术界并没有一套公认的评估理论体系和统一的评估方法。研究已有的国内外文献可以发现,早期的节水农业效益评估研究更主要的是集中于从节水工程灌溉效益分析入手研究其水资源利用综合效益。随着资源问题、环境问题日益突出以及可持续发展观点的提出,研究者开始重视节水农业对区域社会、经济和环境的影收稿日期:2006202214基金项目:国家“863”计划资助项目(2002AA2Z4266)。作者简介:徐成(19812),男,硕士研究生。响,并开始探讨有关方面的综合影响评估。本文结合国家“863”计划课题“南方季节性缺水灌

7、区节水农业综合技术集成”,在参考大量有关文献的基础上,借鉴国内外投资项目评估的经验,针对中国国情和节水农业效益评估多目标、多因素的特点,提出了一套南方季节性缺水灌区节水农业效益评估指标体系。1节水农业综合效益评估指标体系1.1指标体系构筑原则(1)科学性。指标体系建立以节水农业评估理论为基础,能从相应的层级和尺度客观地反映节水农业的基本特征,指标的概念必须明确,且具有各自独立的内涵,互不重叠。南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系研究徐成陈建康朱钟麟等(2)可操作性。许多的指标因子在现阶段尽管能够给予33节水农业综合效益评估一定的说明,但在实际的度量和操作中都有很大的困难,指标的选择尽

8、量的考虑其易获得性,在筛选的过程中,选用那些能够利用现有资料的和数据的因子,同时能适应地方技术水平。(3)敏感性。选取的指标体系中的指标,能敏感地响应节水农业综合效益水平的变化。(4)完备性。评估过程中所选取的指标体系能够尽量全面、充分地反映节水农业综合效益水平的变化情况,同时又要避免指标间内涵的重复,应能反映各方面专家的综合意见,便于邀请各方面专家的参与。总之节水农业效益评估指标体系的建立和划分具有相对性,内容错综复杂,相互交叉影响,关系密切。指标选取本着点面结合,相对独立,突出核心,少而精的原则和获得客观、公正、有利于项目发展及促进类似项目建设的科学决策为目的,同时允许适当增减指标。1.2

9、节水农业综合效益评估指标体系南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系主要用于对灌区、非灌区及不同灌溉方法和节水措施混杂的行政区域节水农业整体发展水平评估业开发程度、个方面。原则,参考国内外有关文献资料,经分类归纳和逻辑分层,提出了“四(目标层(水资源层次”效果层指标层因子层)、“三大类”图1节水农业效益评估指标体系法有矩阵分析法、层次分析法、多层次模糊综合评估法等。基于节水农业效益评估体系指标多、内容复杂、定量与定性指标互相交叉的特点,着重考虑模型的实用性和客观性以及评估结果的准确性和可靠性,本文提出了基于模糊理论及专家系统的节水农业效益评估模糊多层次综合评估模式。利用效率、水资源利用效

10、益及节水农业持续性评估)、“八大项”(节水工程技术、节水农业技术、节水规划管理、农村经济效益、2.2模糊层次综合评估的基本思路及步骤2.2.1多层次综合评估数学模型根据模糊综合评估分类逐层集合的思路,建立综合评价模型。针对具体评价项目,首先在选定指标体系的基础上,确定各层次指标集,设共分二层(分三层次方法与此类似),给定备择对象集(评价数,可为一个或多个)X=x1,xm,共m个备择对象,最低层指标集V=v1,vl,共l个单因素指标。i)(1)计算指标体系对v(的单指标评判值F(ji)。j水资源利用效益、水资源持续性、水土保持、节水农业技术持续性),共“24个指标”构成的区域性节水农业效益评估指

11、标体系,见图1。2节水农业综合效益评估数学模型2.1节水农业综合效益评估模型的选择节水农业效益的综合评估是在对各单项效益和影响的定量与定性分析评估的基础上,进行综合评估,以测定节水农业整体效益的好与差,它是一个涉及多因素、多目标的复杂系统,其中有些影响因素可以定量计算,如农民人均纯收入、单位水粮食产量等,而有些影响因素是无形的、潜在的、没有办法定量的,如水利设施完备程度、节水农业技术集成水平等。因此,要实现其综合评估并保证评估结果的客观和稳定,必须要解决如下问题:如何实现定量指标和定性指标的结合从而实现综合评估;如何在评估中表达专家的经验和决策者的智慧;如何消减决策的主观性,避免认识不统一时的

12、决策失误等。项目的综合评估方法很多,主要有对比分析综合评估法和多目标层次分析综合评估法。对比分析法阐明每一项指标的效益和影响程度,逐步排除那些一般可行且影响甚微的指标,重点考察分析影响较大且存在风险的指标,找出关键因素,提出项目评估结论,该方法的主观性较强。多目标综合评估的方计算单指标评判值常采用模糊数学方法推求定量指标隶属度,定性指标隶属度则采用模糊统计方法确定。(i)()()(2)计算方案对v(i)=v1,v2i,vni的综合评判值。综合评判值F(i)采用式(1)计算:nF(i)=j=1a(i)j()Fji(i=1,2,m)(1)式中:F(ji)是对指标层的单指标评判值;a(ji)是指标层

13、各指标的权重值。(3)计算总评判值。综合考虑各种评价指标,得出总评判值F(x)计算采用式(2)计算:mF(x)=i=1a(i)F(i)(2)2.2.2各单因素指标权重值的推求在效益评估指标体系及层次模型选定的基础上,确定各指34南方季节性缺水灌区节水农业综合效益评估指标体系研究徐成陈建康朱钟麟等析可得定性指标的隶属度。标的权重是一个关键问题。本项目权重的推求,拟采用层次分析法。层次分析法是权重计算的一种常用方法,它最大的特点是能统一处理规划中的定性定量因素,具有系统性、适用性、实用性和简洁性。它的基本思路是在递阶层次结构的基础上,聘请一些经验丰富、知识渊博的专家对两两因素间的重要性程度进行打分

14、,建立判断矩阵,再对各专家打分样本进行一致性检验,通过一致性检验的为合格样本,最后对合格样本进行权向量的计算,其详细的计算步骤如下。(1)生成判断矩阵。根据专家意见,生成判断矩阵C,见式(3)。c113四川省简阳市多年节水农业效益评估案例分析简阳市位于四川盆地丘陵的核心部位,是典型的川中旱区,也是典型的丘陵大县。该市为四川省第四人口大县,第一耕地大县。根据2002年的统计资料,该县总人口143.2万人,其中农业人口124.2万人,占总人口的86.7%;耕地9.3万hm2,人均0.065hm2;全年粮食总产68.6万t,人均粮食479kg,居全省第26位。农民人均纯收入1757元,居全省112位

15、;复种指数247.5%,比全省平均数(229.6%)高,但粮食单产c1jcijcnjc1ncinc(3)271kg,居全省127位。该市代表性强,农业比重大,发展节水C=ci1农业的问题大,潜力也大。(1)水资源农业开发程度。根据2004年简阳地区和全省各cn1地的农业、水利资料,简阳灌区渠系密度达到0.0085m/hm2,渠系防渗率为29.84%,集雨补灌率13.04%,节水农耕农艺技术推广程度20.33%,反映出简阳灌区节水工程技术配套性较差,节(2)2004年简阳地区和全省式中:Cij为第i个因素和第j个因素相比较的重要性指标。(2)权重向量计算。权重向量可按式(4)、(5)、(6)计算

16、:nMi=i=1cnij(4),4162.2kg/hm2,农401.94.38kg/m3,反映,水资源农业利用效益还有待进一步提高。(3)节水农业持续性评估。根据2004年简阳地区和全省w i=i()iw i/i=1wi(6)各地的农业、水利资料,简阳灌区缺水度49.16%,中低产田改造程度33.41%,水土流失治理程度9.61%,农民对节水农业技术实施的支持率达到90%,反映出简阳灌区缺水,水土保持的措施不够,效果不甚理想,节水农业持续性发展的现状不理想,但农民对节水农业技术了解较多并对其实施有较高的热情,这对简阳市节水农业的持续性发展提供了良好的保障。(4)综合评估。利用自行编制的节水农业

17、综合效益评估软式中:wi为权重向量;n为判断矩阵的阶数;cij为判断矩阵的元素。(3)一致性检验。一致性检验是用于检验专家打分结果的合理性,即是否出现判断的逻辑错误,只有通过一致性检验的样本才为合格样本,才能用于权重的计算。判断的标准是采用随机一致性比率CR,若CR小于0.1,则专家打分结果为权重(8)、(9)计算:计算的合格样本,按式(7)、CR=CI=RI(7)(8)件,采用多层次模糊综合评估模式对简阳地区19852004年的灌区农业效益进行评估,指标体系权重计算结果见表1,综合评判值变化趋势见图2。表1指标体系权重计算结果表项目权重A10.3110n-1ni=1项目权重C10.0988C

18、20.1447项目因子层5权重C140.3573C150.3625C160.2802C170.4051max=nWi(9)效果层式中:RI为根据判断矩阵的阶数不同取值;A为判断矩阵;W为权向量;(AW)i为A、W矩阵相乘后的合成矩阵的第i个元素。A20.4263A30.2627B10.3815因子层1C30.1058C40.1516C50.2369C60.26222.2.3定性、定量指标隶属度的确定评估指标体系由定性、定量指标组成。定量指标隶属度的推求采用模糊数学方法,定性指标隶属度则采用模糊统计方法确定。隶属程度的思想是模糊数学的基本思想,元素属于模糊集的隶属度是客观存在的,采用指派法来建立

19、隶属函数是一种较常用的方法。针对节水农业效益评估体系的特点选择了升半梯形分布、升半型分布和降半梯形分布三种形式6。定性指标难以定量计算,其隶属度采用模糊统计方法确定,聘请对评估区域较为熟悉的专家分别进行测评,经统计分指标层1指标层2B20.3394B30.2791B40.7500B50.2500B60.3646因子层6C180.3483C190.2466C200.3416因子层2C70.3205C80.4025C90.2770因子层7C210.3469C220.31153C101.0000因子C110.2974C120.2350指标层3B70.3258B80.3096因子层8C230.5125

20、C240.4875层4(下转第40页)40温室作物需水信息指标及湿度控制策略研究进展伍德林毛罕平spectralreflectancemeasurementsandmodelingJ.Agromo2mie,2000,20:31-39.46YangY,LingPP.ImprovedmodelinversionprocedureforplantwaterstatusassessmentunderartificiallightingusingProspect+SAILJ.TransactionsoftheASAE,2002,45(4):1833-1840.47KacriaM,LingPP,Short

21、TH.MachinevisionextractedplantmovementforearlydetectionofplantwaterstressJ.Transac2tionsoftheASAE,2004,47(5):1147-1153.48LobellDB,AsnerGP.MoistureeffectsonsoilreflectanceJ.JournalofSoilScienceSocietyAm,2002,66:722-727.49PostDF,FimbresA,MatthiasAD,etc.PredictingsoilAlbedofromsoilcolorandspectralrefle

22、ctancedataJ.JournalofSoilScienceSocietyAm,2000,64:1027-1034.50武聪玲,滕光辉,李长缨.黄瓜幼苗生长信息的无损监测系统的31Al-FarajA,MeyerGE,HorstGL.Acropwaterstressindexfortallfescueirrigationdecisionmaking-atraditionalmethodJ.ComputersandElectronicsinAgriculture,2001,31:107-124.32Al-FarajA,MeyerGE,HorstGL.Acropwaterstressindexf

23、ortallfescueirrigationdecisionmaking-afuzzylogicmethodJ.ComputersandElectronicsinAgriculture,2001,32:69-84.33张寄阳,段爱旺,孙景生,等.作物水分状况自动监测与诊断的研究进展J.农业工程学报,2006,22(1):174-178.34张寄阳,段爱旺,孟兆江.基于茎直径变化的作物水分状况监测研究进展J.中国农业气象,2004,25(4):11-13.35郑荣良,赵新明,金树德,等.植物生理需水信息的采集研究J.农业机械学报,1996,27(4):45-47.36苏臣,孙一源,陈勇.新型节水

24、灌溉控制原理的应用研究J.水科学进展,1994,5(2):142-148.37孟兆江,刘祖贵,张寄阳,等.辣椒植株茎直径微变化与作物体内应用与验证J.农业工程学报,2005,21(4):109-112.51李长缨.基于计算机视觉的温室黄瓜幼苗生长监测系统研究M.北京:中国农业大学,2003.52赵杰文,周晓兵.水分状况的关系J.中国农村水利水电,2004,2:28-30.38孟兆江,段爱旺,刘祖贵,等.根据植株茎直径变化诊断作物水分状况研究进展J.农业工程学报,2005,21(2):30-33.39DaviesWJ,ZhangJ.Rootsignalsandtheregulationofgro

25、wthanddevelopmentofplantsindryingsoilJ.PlantPhysiology&Molecule-76.40李智念,王光明,.J.(3):39-43.53,.J,2002,29(4):343-347.J,WellesGWH.EffectsofenergysavingmeasuresonkeepingqualityoftomatoandcucumberfruitsJ.ActaHorti2culturae,1984,163:261-269.55StanghelliniC,JongTD.Amodelofhumidityanditsapplica2tionsinagreenhouseJ.AgriculturalandForestMeteorology,1995,76:129-148.56李志伟,王双喜,高昌珍,等.以温度为主控参数的日光温室综合地区农业研究):9941金明现,王天铎.参与气孔调节的数学模拟J.植物学报,1997,39(4):335-340.42郭安红,李召祥,刘庚山,等.根源信号参