区域节水灌溉综合效应评价方法与应用研究
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摘要
在编制节水灌溉规划和进行节水灌溉项目综合效应评价中，多偏重于技术目标和经济目标之间的平衡和协调，即所谓的“技术-经济原则”，同时评价尺度也多局限于具体灌溉工程，而缺乏对区域尺度范围的综合评价方法。针对这一问题，结合承担的《全国节水灌溉“十五”计划及2010年发展规划》和国家重大科技产业工程“农业高效用水科技产业示范工程”中“农业高效用水材料设备产业化开发与技术服务支撑体系建设”等课题任务，遵循区域可持续发展原则，从概念、理论到应用方法，从分析、计算到综合评价，进行了区域节水灌溉综合效应指标与后评价方法及应用的系统研究。研究的具体成果包括：
1、提出了具有可持续发展概念的节水灌溉内涵 节水灌溉是灌溉农业根据作物需水规律及当地供水条件，以尽可能少的灌溉水投入，实现经济效益、社会效益、生态环境效益最佳，而采取的各种技术措施的统称。各地因地制宜，将有利于实现灌溉节水目标的各种节水灌溉技术加以组装集成形成的技术综合体可称为节水灌溉技术体系。技术体系一般包括由水源开发与优化利用技术、节水灌溉工程技术、节水高效农艺技术和节水管理技术几大部分。
2、提出了“柔性节水”与“刚性节水”的概念，计算了我国北方地区节水潜力与增产潜力 根据节水灌溉的系统学基础、生物学基础、物理学基础，分析了灌溉水从水源到被作物吸收利用的诸环节中可能浪费水的节点，针对水资源充足及不足二种情况提出了“柔性节水”与“刚性节水”的概念，计算了我国北方地区节水潜力与增产潜力。为有关部门制定节水灌溉发展决策提供了依据。
3、阐释了节水灌溉综合技术体系的内容 根据节水灌溉可持续发展需求，将节水灌溉综合技术体系分为四个子系统，阐释了各子系统之间的关系，为制定节水灌溉综合效应评价指标体系奠定了基础。
4、进行了节水灌溉分区方法研究 针对节水灌溉特点，提出了集模糊聚类与主成分分析方法的各自优点为一体的节水灌溉综合分区方法与分区指标体系，编制了相应的计算程序，利用主成分分析法对分区指标进行降维处理，简化了计算，在对全国30余省(市、区)资料分析计算的基础上，运用模糊聚类方法将全国分为黄淮海区、东北区、内陆区、长江中下游区、珠闽江区、黄河中上游区和西南区等7个大区，36个亚区。
5、建立了区域节水灌溉综合效应评价指标体系 在大量调研与参考专家意见
的基础上，分析了节水灌溉效应的主要影响因素及表现形式，提出了影响社会、经济
与环境等3大效应的25个主要因素。提出了区域节水灌溉综合效应评价应遵循的科
学性、可操作性、针对性及简捷性等4项原则，采取理论分析与专家意见相结合方式，
建立了开展大尺度(区域)节水灌溉效应评价的综合评价指标体系。
6、基于国家及行业有关规范、标准和专家意见制定了节水灌溉综合效应评价指
标的评级标准标准包括12个定量指标和13个定性指标，经最终评价结果验证，
具有较高的可信度与客观性，为节水灌溉综合效应评价提供了较为客观的依据。
7、提出了将Delphi法、专家评价法、层次分析法和小波神经网络方法加以联合
运用的节水农业效应综合评价方法在用Delphi法确定了指标体系，用专家评价
法和层次分析法确定了指标权重的基础上，利用专家评价法和层次分析法对全国各分
区的节水灌溉综合效应进行了初步评价。最后利用本文制定的指标分级标准，生成小
波神经网络的学习、检验和测试样本，进行各区的节水灌溉效应的综合评价。两种方
法的评价结果，基本吻合，且与专家对全国情况的评价结果也基本相符。说明本文建
立的指标分级标准及建立的综合评价方法较为客观，可信度强，具有可推广性。为节
水灌溉综合效应评价提供了一种新方法。
8、进行了全国节水灌溉综合效应评价运用上述各章成果和合成评价方法对
全国七个大区的节水灌溉综合效应进行了宏观评价及分区评价。得出各区在社会、经
济、资源环境及综合方面的评价结果:从全国情况来看，除西南区处于W类(较差)
外，东北区、黄淮海区、黄河上中游区、西北内陆区、长江中下游区和珠闽江区等各
区均处于m类，即多居于中等水平。但发展并不平衡，其中黄淮海区、西北内陆区较
其他各区发展较快，综合效应评价结果居全国上等水平;黄河上中游区、珠闽江区和
东北区居全国中等水平:而长江中下游区和西南区居于全国下等水平。为上级部门编
制“十五”及2010年间节水灌溉的发展规划提供了依据。
9、提出了对《全国节水灌溉“十五”计划及2010年发展规划》的建议在
前述章节进行各分区评价及各省编制的《规划》的基础上，从全国今后5~10年的粮
食需求、环境需求、社会可持续发展需求出发，提出对《全国节水灌溉“十五”计划
及2010年发展规划》的建议，包括“十五”节水灌溉发展适宜面积与所需投资、重
点工程建设与各区的发展方向。这些建议为《规划》所采纳。
由于节水灌溉包括必要的定性评价，其评价指标的选取应尽可能地避免人为因素
造成的影响。本研究在一定范围征求了农业、水利等多方面专家的看法和建议，?
In the planning of water-saving irrigation and the evaluation of comprehensive effects of water-saving irrigation projects, much stress has been placed on the balance and coordination between technological objectives and economic objectives, which are known as the technology-economics principle. The evaluation scale is often confined to specific irrigation projects, whereas a comprehensive evaluation method on a regional scale is yet to be developed. Trying to solve this problem, guided by the principle of region wide sustainable development, partly based on the research assignment for The National Water Saving Irrigation Tenth Five-Year Plan and the Development Programme for 2010 and "the development and industrialization of efficient-agriculture-water-use material and equipment and the establishment of the technological service supporting system" which is a part of the national science-technology industrialization key project "Efficient Agricultural Water Use Science-Technology Industrialization Demonstrat
ion Project", the
dissertation makes a systematic study-covering concept, theory and application,
through analysis, calculation and comprehensive evaluation-of the comprehensive effect
evaluation indicators of water saving irrigation on a regional scale and the afterevaluation
methods and their application.
The results of the research are as follows:
1. The concept of sustainable development is incorporated into the connotation of water-saving irrigation.
Water-saving irrigation is the general term for all the technological measures taken, according to the law of crop water demand and the condition of local water supply, with the smallest possible input of water, to achieve the optimum comprehensive effect in economic benefit, social benefit and ecological and environmental benefit. The technological integration of various water-saving irrigation techniques which are suited to the local conditions and help to achieve the goals in irrigation-water saving can be termed water-saving irrigation technological system. This system generally comprises water-source tapping and optimal utilization technology, water-saving irrigation engineering technology, water-saving and efficient agronomic techniques, and water-saving irrigation management techniques.
2. The concepts of "flexible water-saving" and "inflexible water-saving" are advanced, and the water-saving and production-increasing potentialities in Northern China are calculated.
On the theoretical basis of water-saving irrigation-including systematics, biology and
physics-an analysis is made of the likely wastage nodes of irrigation water in the whole process of irrigation-starting from the water source to the uptake and utilization by the crops. In view of the two different cases, namely, sufficient water supply and insufficient water supply, the concepts of "flexible water-saving" and "inflexible water-saving" are
advanced. The water-saving and production-increasing potentialities in Northern China are calculated. A basis for decision making in water saving irrigation development is provided for the departments concerned.
3. The composition of the comprehensive technological system of water saving irrigation is analyzed.
To meet the requirement of sustainable development, the comprehensive technological system of water saving irrigation is divided into four subsystems. The relationship between them is analyzed. A foundation is laid for the formulation of comprehensive effect evaluation indicators of water-saving irrigation.
4. The zoning method for water-saving irrigation is studied.
In view of the characteristics of water-saving irrigation, a synthetic zoning method for water-saving irrigation and the zoning indicators are advanced, which integrate the strong points of both fuzzy clustering and principal components analysis. The corresponding computer program is written. The calculation is simplified by applying principal components analysis, i.e., by processing the zoning indicators by means of reduction of dimens
1、提出了具有可持续发展概念的节水灌溉内涵 节水灌溉是灌溉农业根据作物需水规律及当地供水条件，以尽可能少的灌溉水投入，实现经济效益、社会效益、生态环境效益最佳，而采取的各种技术措施的统称。各地因地制宜，将有利于实现灌溉节水目标的各种节水灌溉技术加以组装集成形成的技术综合体可称为节水灌溉技术体系。技术体系一般包括由水源开发与优化利用技术、节水灌溉工程技术、节水高效农艺技术和节水管理技术几大部分。
2、提出了“柔性节水”与“刚性节水”的概念，计算了我国北方地区节水潜力与增产潜力 根据节水灌溉的系统学基础、生物学基础、物理学基础，分析了灌溉水从水源到被作物吸收利用的诸环节中可能浪费水的节点，针对水资源充足及不足二种情况提出了“柔性节水”与“刚性节水”的概念，计算了我国北方地区节水潜力与增产潜力。为有关部门制定节水灌溉发展决策提供了依据。
3、阐释了节水灌溉综合技术体系的内容 根据节水灌溉可持续发展需求，将节水灌溉综合技术体系分为四个子系统，阐释了各子系统之间的关系，为制定节水灌溉综合效应评价指标体系奠定了基础。
4、进行了节水灌溉分区方法研究 针对节水灌溉特点，提出了集模糊聚类与主成分分析方法的各自优点为一体的节水灌溉综合分区方法与分区指标体系，编制了相应的计算程序，利用主成分分析法对分区指标进行降维处理，简化了计算，在对全国30余省(市、区)资料分析计算的基础上，运用模糊聚类方法将全国分为黄淮海区、东北区、内陆区、长江中下游区、珠闽江区、黄河中上游区和西南区等7个大区，36个亚区。
5、建立了区域节水灌溉综合效应评价指标体系 在大量调研与参考专家意见
的基础上，分析了节水灌溉效应的主要影响因素及表现形式，提出了影响社会、经济
与环境等3大效应的25个主要因素。提出了区域节水灌溉综合效应评价应遵循的科
学性、可操作性、针对性及简捷性等4项原则，采取理论分析与专家意见相结合方式，
建立了开展大尺度(区域)节水灌溉效应评价的综合评价指标体系。
6、基于国家及行业有关规范、标准和专家意见制定了节水灌溉综合效应评价指
标的评级标准标准包括12个定量指标和13个定性指标，经最终评价结果验证，
具有较高的可信度与客观性，为节水灌溉综合效应评价提供了较为客观的依据。
7、提出了将Delphi法、专家评价法、层次分析法和小波神经网络方法加以联合
运用的节水农业效应综合评价方法在用Delphi法确定了指标体系，用专家评价
法和层次分析法确定了指标权重的基础上，利用专家评价法和层次分析法对全国各分
区的节水灌溉综合效应进行了初步评价。最后利用本文制定的指标分级标准，生成小
波神经网络的学习、检验和测试样本，进行各区的节水灌溉效应的综合评价。两种方
法的评价结果，基本吻合，且与专家对全国情况的评价结果也基本相符。说明本文建
立的指标分级标准及建立的综合评价方法较为客观，可信度强，具有可推广性。为节
水灌溉综合效应评价提供了一种新方法。
8、进行了全国节水灌溉综合效应评价运用上述各章成果和合成评价方法对
全国七个大区的节水灌溉综合效应进行了宏观评价及分区评价。得出各区在社会、经
济、资源环境及综合方面的评价结果:从全国情况来看，除西南区处于W类(较差)
外，东北区、黄淮海区、黄河上中游区、西北内陆区、长江中下游区和珠闽江区等各
区均处于m类，即多居于中等水平。但发展并不平衡，其中黄淮海区、西北内陆区较
其他各区发展较快，综合效应评价结果居全国上等水平;黄河上中游区、珠闽江区和
东北区居全国中等水平:而长江中下游区和西南区居于全国下等水平。为上级部门编
制“十五”及2010年间节水灌溉的发展规划提供了依据。
9、提出了对《全国节水灌溉“十五”计划及2010年发展规划》的建议在
前述章节进行各分区评价及各省编制的《规划》的基础上，从全国今后5~10年的粮
食需求、环境需求、社会可持续发展需求出发，提出对《全国节水灌溉“十五”计划
及2010年发展规划》的建议，包括“十五”节水灌溉发展适宜面积与所需投资、重
点工程建设与各区的发展方向。这些建议为《规划》所采纳。
由于节水灌溉包括必要的定性评价，其评价指标的选取应尽可能地避免人为因素
造成的影响。本研究在一定范围征求了农业、水利等多方面专家的看法和建议，?
In the planning of water-saving irrigation and the evaluation of comprehensive effects of water-saving irrigation projects, much stress has been placed on the balance and coordination between technological objectives and economic objectives, which are known as the technology-economics principle. The evaluation scale is often confined to specific irrigation projects, whereas a comprehensive evaluation method on a regional scale is yet to be developed. Trying to solve this problem, guided by the principle of region wide sustainable development, partly based on the research assignment for The National Water Saving Irrigation Tenth Five-Year Plan and the Development Programme for 2010 and "the development and industrialization of efficient-agriculture-water-use material and equipment and the establishment of the technological service supporting system" which is a part of the national science-technology industrialization key project "Efficient Agricultural Water Use Science-Technology Industrialization Demonstrat
ion Project", the
dissertation makes a systematic study-covering concept, theory and application,
through analysis, calculation and comprehensive evaluation-of the comprehensive effect
evaluation indicators of water saving irrigation on a regional scale and the afterevaluation
methods and their application.
The results of the research are as follows:
1. The concept of sustainable development is incorporated into the connotation of water-saving irrigation.
Water-saving irrigation is the general term for all the technological measures taken, according to the law of crop water demand and the condition of local water supply, with the smallest possible input of water, to achieve the optimum comprehensive effect in economic benefit, social benefit and ecological and environmental benefit. The technological integration of various water-saving irrigation techniques which are suited to the local conditions and help to achieve the goals in irrigation-water saving can be termed water-saving irrigation technological system. This system generally comprises water-source tapping and optimal utilization technology, water-saving irrigation engineering technology, water-saving and efficient agronomic techniques, and water-saving irrigation management techniques.
2. The concepts of "flexible water-saving" and "inflexible water-saving" are advanced, and the water-saving and production-increasing potentialities in Northern China are calculated.
On the theoretical basis of water-saving irrigation-including systematics, biology and
physics-an analysis is made of the likely wastage nodes of irrigation water in the whole process of irrigation-starting from the water source to the uptake and utilization by the crops. In view of the two different cases, namely, sufficient water supply and insufficient water supply, the concepts of "flexible water-saving" and "inflexible water-saving" are
advanced. The water-saving and production-increasing potentialities in Northern China are calculated. A basis for decision making in water saving irrigation development is provided for the departments concerned.
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4. The zoning method for water-saving irrigation is studied.
In view of the characteristics of water-saving irrigation, a synthetic zoning method for water-saving irrigation and the zoning indicators are advanced, which integrate the strong points of both fuzzy clustering and principal components analysis. The corresponding computer program is written. The calculation is simplified by applying principal components analysis, i.e., by processing the zoning indicators by means of reduction of dimens
引文
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