基于FCE-AHP的农场水...—以黑龙江省八五〇农场为例_杨建武.pdf

1 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）基于 FCE-AHP 的农场水权配置模型研究以黑龙江省八五农场为例杨建武1，王立权1，董 鹤2，王姊怡1，郭洪聪1(1.黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨 150080)摘要：文章以黑龙江省八五农场为例，在“总量控制，水随田走”的原则下构建了农场水权配置模型，通过计算各用水主体渠道水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数以及净灌溉用水定额，综合确定各用水主体毛灌溉用水定额，按需分配水权，并通过层次分析法从公平性、历史性、高效性和可持续性四个方面对水权配置模型进行模糊综合评价，最后再进行水平衡分析验证了水权分配的合理性与可行性，优化了水资源分配方式，实现了水资源的精准分配，有利于水资源的可持续利用。结果表明：模糊综合评价水权配置模型的系统总得分为 88.6227，介于很好与较好之间，研究结果可为其他地区农场水权分配提供参考。关键词：农场水权配置；灌溉用水定额；模糊综合评价；层次分析法；按需分配中图分类号：S274；TV213.4文献标识码：AResearch on Farm Water Rights Allocation Model Based on FCE-AHPTakingHeilongjiangProvincialBawulingFarmasanExampleYangJianwu1;WangLi-quan1;DongHe2;WangZiyi1;andGuoHongcong1(1.School of Hydraulic and Electric Power,Heilongjiang University,Harbin 150080,China;2.Heilongjiang Provincial Water Conservancy Research Institute,Harbin 150080,China)Abstract：Inthispaper,theBawulingfarminHeilongjiangProvincewastakenasanexampletobuildafarmwaterrightallocationmodelundertheprincipleoftotalcontrolandwaterfollowingthefield,andtodeterminethegrossirrigationwaterquotaforeachwateruserbycalculatingthechannelwaterutilizationcoefficient,canalwaterutilizationcoefficient,fieldwaterutilizationcoefficientandnetirrigationwaterquota,andtoallocatewaterrightsaccordingtoneeds.Thewaterrightallocationmodelwasevaluatedbyhierarchicalanalysisinfouraspects:fairness,history,efficiencyandsustainability,andfinallyawaterbalanceanalysiswasconductedtoverifytherationalityandfeasibilityofthewaterrightallocation,收稿日期 2022-12-21基金项目黑龙江省重点研发计划指导类项目（GZ20220138）；黑龙江省生态环保厅科研项目（HST2022GF004）作者简介 杨建武（2000-），男，湖南洞口人，硕士研究生，研究方向为水资源高效利用；王立权（1968-），男，山东临朐人，教授，研究方向为水资源农业水土高效利用；董鹤（1989-），男，黑龙江方正人，工程师，研究方向为农业水土工程及水资源高效利用；王姊怡（2000-），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，研究方向为水文与水资源；郭洪聪（1998-），男，河南滑县人，硕士研究生，研究方向为水文与水资源。文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.040 2 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）optimizethewaterresourceallocationmethod,realizetheaccurateallocationofwaterresources,andcontributetothesustainableuseofwaterresources.Theresultsshowthatthetotalsystemscoreofthefuzzycomprehensiveevaluationwaterrightsallocationmodelis88.6227,whichisbetweenverygoodandbetter,andtheresearchresultscanprovidereferenceforwaterrightsallocationonfarmsinotherregions.Key words：farmwaterrightsallocation;irrigationwaterquota;fuzzycomprehensiveevaluation;analytichierarchyprocess;on-demanddistribution0 引 言水是一种基本的自然资源，是一种战略性的经济资源，是生态环境的控制要素，是人类生存和社会发展的必要条件。在各种行业中，农业消耗最多的水资源。根据文献，农业消耗了世界上 70%以上的淡水。随着世界各地用水量的增加，水资源管理迫在眉睫。然而，农场作为农业用水大户在水权管理中往往被忽视。通过对农场水权分配进行优化可以推动水资源的最优配置1。因此，为了实现水资源的可持续利用，推动农场水权配置优化是十分有必要的。黑龙江省穆棱河下游农场众多，耕地集中成片，对于开展农场水权配置优化具有得天独厚的优势。文章选取八五农场作为研究对象，分析探讨如何分配农场水权并对研究结果进行分析。1 区域概况与研究思路1.1 试验区概况八五农场行政区域在黑龙江省虎林市境内，灌区内耕地面积4106.69hm2，设计灌溉面积3673.35hm2，实际灌溉面积 2826.68hm2。该场属寒温带大陆性季风型气候区，在三江平原地区农业气候区划中属温暖、湿润农业气候区。灌区水源工程主要为云山水库，是一座以防洪、灌溉为主的综合利用的中型水库，其控制面积267km2，总库容5322万 m3，灌区现状灌溉供水量为1600万 m3，运行良好。八五农场水资源开发利用控制总量为1600 万 m3，水源类型为地表水，取水方式为引水，取水用途为农田灌溉用水，取水地点为北大荒集团黑龙江八五农场有限公司第二管理区第十作业站云山南灌区取水口。1.2 研究思路文章以区域用水总量控制指标为基础，按照灌溉用水定额，逐步把指标细化分解到农民用水合作组织、农户等用水主体，落实到具体水源，明确水权，实行“水随田走，总量控制”。从而形成水管单位统筹管理、农民用水自治和农户参与等多种形式的终端用水管理模式，明确灌区内农民用水合作组织、农户等用水主体的水资源使用权，强化总量控制和定额管理，实现水资源的合理配置和灌溉系统的优化调度，补齐灌区水权和农业用水管理“短板”，以水资源可持续利用保障农业和经济社会可持续发展2。2 构建水权配置模型传统的水量配置方式过于平均，用水需求量大的地区可用水量严重不足，而用水需求量小的地方可分配水量冗余造成大量水资源白白浪费，与建设节水型社会的初衷背道而驰也不利于地区经济发展。因此，文章提出了基于确定各用水区域毛灌溉用水定额计算出各用水主体需水量的水权配置模型，实现了水资源的精准分配。计算各用水主体区域毛灌溉用水定额之前需要完成渠道水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数以及净灌溉用水定额的测算。文章通过实地调研、走访等方式收集灌区内协会管理的灌溉渠道类型、长度、衬砌类型、衬砌长度、标准断面、渠道净流量等数据资料，结合标准渠道实测数据，科学测算灌区内各用水主体渠系水利用系数。渠系水利用系数反映了各级输配水渠道的输水损失，表示了整个渠系的输配水量利用率，渠系水利用系数可用各级渠道的渠道水利用系数连乘求得，根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99），文章采用典型渠段法测算各协会渠道水利用系数。计算公式为：（1）灌区渠道设计时考虑了地下水顶托作用对渠道渗漏的影响，并做了防护措施，在系数测算时地下水顶托作用可不予以考虑3。渠道单位长度水量损 3 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）失率公式计算为：（2）根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99），对衬砌渠道单位长度水量损失率进行修订，修订计算公式为：（3）渠道单位长度的输水损失率 等于所选该级各典型渠道输水损失率按渠道长度 L 进行加权平均的计算值，即：（4）则某级渠道的输水损失率为：（5）渠系水利用系数反映了从量测水起始点到渠系末端的各级输配水渠道的输水损失，表示了整个渠系的水资源利用率，其值等于同时工作的各级渠道的渠道水利用系数的乘积，渠系水利用系数计算公式为：（6）根据八五农场渠系水利用系数和田间水利用系数，计算灌溉水利用系数。灌溉水利用系数计算公式为：（7）式中：渠道为渠道水利用系数；为渠道单位长度水量损失率；L 为渠道长度，km；k 为土壤透水性系数，可由表 1 查得；Qdj为渠道净流量，m3/s；m为土壤透水性指数，可由表 1 查得；0为衬砌渠道单位长度水量损失率；0为衬砌渠道渗水损失修正系数，可由表 2 查得；为该级渠道的平均长度，km，即该级渠道的总长度除总条数；渠系为渠系水利用系数；干为干渠渠道水利用系数；支为支渠渠道水利用系数；为灌溉水利用系数；田间为田间水利用系数。通过对八五农场现场勘察发现灌区渠道的防渗措施有两种，一种是混凝土护面，另一种是渠槽原土夯实，结合八五农场实际情况，混凝土护面渗水损失修正系数取 0.05，渠槽原土夯实渗水损失修正系数取 0.5。通过对八五农场土壤性质的分析，渠床土质属于重壤土，故K值取1.3，m值取0.35。根据黑龙江省水文局灌区灌溉水利用系数试验分析，依据八五农场及各农民用水户协会管理水田的地理位置、种植结构、灌溉制度、土壤性质和地下水位等条件，结合农民灌溉经验，分析确定灌区各协会管理灌溉面积的田间水利用系数为0.861，土壤透水性参数，见表 1；衬砌渠道渗水损失修正系数，见表 2。表 1 土壤透水性参数渠床土质透水性km粘土弱0.70.3重壤土中弱1.30.35中壤土中1.90.4轻壤土中强2.650.45沙壤土强3.40.5表 2 衬砌渠道渗水损失修正系数防渗措施衬砌渠道渗水损失修正系数渠槽翻松夯实（厚度 0.5m）0.30 0.20渠槽原土夯实（影响深度0.4m）0.70 0.50灰土夯实（或三合土夯实）0.15 0.10混凝土护面0.15 0.05粘土护面0.40 0.20浆