农田水利论文
2012年起,水利部组织开展编制水中长期供求规划,该规划在紧密结合国家相关中长期发展规划和全国主体功能区规划等的基础上,以水资源综合规划为依据,明确水安全保障体系建设的任务,安排供水保障工程体系以及调控水工程对策措施,重点提出保障粮食安全供水方案及政策措施。因此,研究规划实施对农业供水安全保障程度的提高效果具有重要意义。
云南省是我国的农业大省,《全国新增500亿kg粮食生产能力规划(2009-2020年)》中云南省计划新增50亿kg粮食,但云南省由于水资源分布不均、水利基础设施薄弱等原因造成的干旱使农业供水减少,农业损失较大。
2009年11月-2010年5月,云南发生了秋冬春连旱,为全省综合气象干旱重现期80年以上一遇,其中滇中、滇东及滇西东部大部分地区为100年以上一遇,干旱造成2 497.7万人受灾,农作物受灾面积295.7万hm2,绝收面积88.2万hm2,直接经济损失273.3亿元。因此,本文以云南省为典型研究区域,选取具有一定代表性和可移植性的评价指标,针对2009-2010年云南省发生的干旱对农业造成的巨大影响,重点结合水中长期规划对提高云南省农业供水的规划措施,分析规划实施前后100年一遇干旱条件下农业供水安全。
近年来,供水安全评价主要集中于城市供水及农村生活饮用水方面,采取的方法主要为基于模糊数学的评价方法,从水量、水质、供水途径等多个层面选取大量指标开展供水安全评价工作,为评价城镇的供水安全保障起到积极作用,同时为后续供水安全评价方法、评价因子等的选择提供参考。但关于农业供水安全评价的内容尚不多见;且目前对土地利用规划实施、城市发展规划对环境、生态影响的分析评价较多见,水资源相关规划实施效果分析较少。因此,本文采用模糊层次综合评价法对云南省实施水中长期供求规划前后农业的供水安全评价,也能 为 其 他 地 区 水 资 源 相 关 规 划 实 施 效 果 分 析 提 供参考。
1 农业供水安全内涵
农业供水安全指农业需水量得到一定满足,使得农业不出现旱灾损失或者农业旱灾损失处于可接受范围的状态。农业供水安全是一个相对安全概念,当农业灌溉保证率越高,旱灾损失越小,农业供水越安全。农业需水完全得到满足,旱损为零的状态是一种理想状态。
农业供水安全包含了两层内容,一个方面指农业需水得到保证的情况,主要和来水情况、需水情况及工程保障等有关;另一个方面指在一定的农业需水保证率下,农业损失情况,主要和农作物生长与供水关系有关。供水保证率和农业损失是反映供水安全程度的决定性指标。
供水安全状况可以用函数式(1)表示:S=F[M(p,n,a,…),L(e,c,z,…)] (1)
式中:S为供水安全势函数;M为表征农业需水、供水关系的控制变量,直接决定农业供水情况,决定控制变量的因子主要有:农业供水因子(p)、农业需水因子(n)及工程保障与管理因子(a)等;L为表征农业旱灾损失的状态变量,是一个结果性变量,受到农业供水情况的影响,但却是最能直观反映农业供水安全程度的有力参数。
2 评价指标体系构成
农业供水安全涉及来水条件、供水情况、农作物需水情况、供水工程及保障情况,以及一定需水保证率下的损失情况等,影响因素多且复杂,水文气象、土壤、作物本身特征(物种、种植结构、数量等)、地质灾害、温度等众多因素都将对供水安全产生影响,因此,农业供水具有复杂性和不确定性,农业供水安全评价涉及干旱-水资源-农业-社会复合系统的不同子系统和不同层面的多维协调关系,是一个典型的多层次、多目标的决策问题。这样将农业供水安全指标体系分成3个层次,分别为目标层、准则层和指标层。目标层为单一目标,干旱程度、农业需水、农业供水、工程保障与管理制度作为四大准则层,在每一准则层下有若干具体指标,评价层次结构见图1。【图1】
结合国内外现有的供水安全指标体系的相关研究,按照以上建立的指标体系结构,在各准则层下继续构建指标变量。供水安全评价指标变量的构建以全面为主,力求收集能表征农业供水的各个方面,为评价指标的构建提供一个全面、丰富的基础库,具体包括:①干旱程度:减产指数、干旱率、干旱烈度、农业产量递减率、农业经济损失、单方水粮食产量、用水弹性系数等;②农业需水:农业种植结构、单位面积水资源量、农业供水亏缺系数、耕种条件(土壤条件、耕种方式等)、挤占农用水率、土壤墒情、蒸发蒸腾指数、温度、光照、风力等;③农业供水:农业单位面积灌溉用水量、降水距平、径流模数、地下水开采程度、干旱指数、产水模数、多年平均缺水率、地表水开发利用程度、地下水开发利用程度、节灌率、人均用水量等;④工程保障与管理制度:工程供水能力保障、供水工程覆盖率、正常运行情况、工程配套率、应急预案、灌溉制度优化、供水管理、联合供水制度等。
3 现状农业供水安全评价
3.1 指标选取及权重确定 本次评价的目的是结合云南省水资源开发利用程度低、水利基础设施薄弱等基本情况,对四大准则层进行指标筛选,建立云南省农业供水安全评价指标体系。首先采用“Delphi法”对指标集进行初步的定性筛选。
Delphi法是在初步提出评价指标体系的基础上,向专家征求意见,然后进行统计处理,并反馈咨询结果,经过几轮咨询,专家意见趋于统一后,确定出具体的评价指标体系。此时,通过定性分析已删除掉部分相关性很强的指标,但仍会存在隐含的相关指标。因此,通过定量化的分析方法,剔除掉带有干扰信息的指标,提高评判结果的合理性。本文选择原理明了、计算简便的主成分分析作为定量筛选的方法。通过定性与定量的方法确定的评价指标,如表1所示。同时,本文结合云南省2009-2010年度受旱情况、缺水情况、降水、水资源开发利用等各项调查数据,根据指标含义进行指标值计算,如表1所示。【表1.略】
指标权重的合理选择关系到综合评价的正确性和科学性,各指标的初始权重采用层次分析法,先将指标之间两两比较,按照相对重要等级赋值,构造判断矩阵,计算出各指标的权重;其次,对各指标的敏感性进行分,如式(2)所示。【2】
式中:ωy是目标函数受第i个指标变化影响的变化率;ωx是第i个指标的变化率;Δyi是目标函数受第i个指标变化影响的变动幅度;Δxi是第i个指标的变化率;y0是目标函数基值;x0为第i个指标的基值。最后,在敏感性分析的基础上,结合专家意见对权重进行调整,如表2所示。【表2】
从权重计算结果可以看出,对农业供水安全影响较大的有指标有多水源调水能力、工程供水能力、农业种植结构合理性等指标,说明在相同的来水条件下,农业供水安全与工程保障、农业自身种植结构更为密切,该情况基本符合云南省现状供水概况。
3.2 评价结果 通过对各个指标进行分析,结合专家意见,设定云南省农业供水安全评价标准,如表3所示。【表3】
本次计算采用模糊综合评价法进行分析计算,模糊综合评价法是一种定性与定量相结合,综合化程度较高的评价方法,以模糊数学为基础,应用模糊关系合成的原理,将一些边界不清,不易定量的因素定量化,由多个因素对被评判事物隶属等级状况进行综合评价的一种方法,该方法利用模糊隶属度理论把定性指标合理地量化,很好地解决了农业供水复杂性和不确定性问题,可以作为农业供水安全评价理论工具。
根据表1中的特征值,计算云南省农业供水安全风险各个评价指标的隶属度函数,建立模糊关系矩阵。根据上述权重,对2009-2010年云南省农业供水安全进行分析计算,得到模糊综合评价结果0.743,根据表2可知,2009-2010年云南省农业供水安全处于橙色预警状态,存在较高风险,基本符合云南省现状实况,说明该套指标可以用于云南省农业供水安全评价。
4 规划实施前后效果分析
(1)农业供水安全现状分析。2009-2010年云南省农业供水安全存在较高风险,分析其原因,主要是由于水资源时空分布极不均匀,长达半年的干季(11-4月)径流量仅占全年总量的13%~39%;其次引水工程数量最多,占总供水量的48.1%,在枯季无水可引现象较为普遍,且引水工程质量差,在绝大多数地区的供水保证程度低;第三,水源调度及应急保障能力不够。这就导致云南省供水保证能力低、灌溉保证率低、旱涝保收程度低(只占有效灌面积的57.5%,常用耕地面积的21%)、抵抗洪旱灾害能力弱。
(2)规划实施后供水安全评价。目前云南省由于干旱缺水,每年造成农田因旱成灾面积在1 334万hm2以上,体现出灌区供水能力严重不足。2010年遭遇的100年一遇特大干旱,充分暴露了水利仍是云南省经济社会发展的瓶颈制约,加快扭转农业主要“靠天吃饭”局面任务越来越艰巨,且《云南省新增50亿kg粮 食 生 产 能 力 规 划 (2009-2020年)》提 出2020年云南省要新增50亿kg粮食,这对农业供水安全也提出巨大挑战。因此,水中长期供求规划要求,未来云南省必须提高供水保证率,保障稳定供水,提高旱涝保收程度。具体措施如下:①加快推进重点水源工程。继续推进以“润滇工程”为重点的水源工程建设。加大干旱易发区、粮食主产区和边疆、民族、贫困等地区的抗旱应急备用水源建设力度。②加快推进农田水利工程。完成200万件以上小水窖、小水池、小塘坝、小泵站、小水渠等“五小水利”工程。③加快推进高效节水灌溉工程。
到2020年,全面完成12个大型、90个重点中型及一批小型灌区配套和节水改造。结合云南省新增50亿kg粮食工程建设,调整农业种植结构,积极发展节水型设施农业和旱作农业。
全国水中长期供求规划、云南省水中长期供求规划等规划成果逐步实施后,农业种植结构合理性、节灌率、工程供水能力、多水源调水能力等指标均有较明显的改善,对农业干旱供水安全进行评价,与现状供水安全进行对比,分析规划实施的效果,结果如表4所示。【表4】
中长期规划实施后,根据积极抗旱、供水基础设施的加强建设及应急保障措施等工程、非工程措施的落实,工程保障与管理制度 得到加 强,其中工程供水能 力 由 现 状 的87%达 到2030年95%,多水源调水能力也由目前的干旱期间“无水可调”达到90%,农业种植结构到2030年调整合理,应急预案与管理制度更是大大加强。
2020年云南省再次遭遇100年一遇特大干旱时,农业供水安全分值为0.479,处于预警状态,减产率下降到18%;2030年遭遇时,农业供水安全0.136,已经达到基本安全,减产率下降到9%,抗风险能力已大大加强,规划成果明显。
5 结语
本文在分析农业供水内涵的基础上,建立云南省农业供水安全评价模型,对云南的2009-2010年农业供水安全进行评价;其次,分析云南省水中长期供求规划提出的主要措施,对水中长期规划、云南省地方相关规划实施后的农业供水安全情况进行评价。主要结论如下。
(1)本文以云南省农业供水为例,根据建立的云南省农业干旱供水安全评价指标体系,对现状及未来水中长期供求规划实施后农业供水安全进行评价,评价结果与云南省农业供水实际情况基本相符。建立的农业供水安全评价模型对规划实施的评价具有普适性和推广性,对评价其他地方的农业供水安全有一定的参考价值。
(2)对2009-2010年云南省农业供水安全进行评价,结果为0.625,处于橙色预警状态,存在较高风险。分析原因,主要是由于云南省目前水资源时空分布不均匀,而引水工程占供水量比重较大,枯水季节无水可引造成农业供水得不到保障。
(3)针对目前云南省灌溉保证率低、旱涝保收程度低、抵抗洪旱灾害能力弱等弱势,水中长期供求规划提出积极抗旱、节水灌溉工程的推进、供水基础设施的加强建设及应急保障措施等多项工程、非工程措施。评价结果显示,规划实施后,农业供水安全从现状的橙色预警到2020年的预警,2030年达到基本安全,供水保障程度明显提高,规划实施效果明显。
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