王石灌区工程健康状况分析评价_李佳.pdf

：王王石石灌灌区区工工程程健健康康状状况况分分析析评评价价李佳（绥中县水利事务服务中心，辽宁 绥中）摘要以葫芦岛市绥中县境内王石灌区为例，结合灌区实际情况和现代化改造要求构建骨干工程健康评价体系，将层次分析与模糊数学法相结合综合评价灌区骨干工程健康状况。结果表明：王石灌区泵站与水闸工程达到“较差”、“中等”、“良好”等级的比例为 、和 、，其中信息化水平达到“较差”等级的比例为 、；灌区节水改造工程较少应用信息化技术，基本能够达到灌排要求，研究成果可为辽宁省灌区现代化改造以及推动农业现代化发展提供参考依据。关键词王石灌区；健康状况；模糊数学法；评价分析；改造方案中图分类号文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介李佳（），男，辽宁葫芦岛人，工程师，主要从事高效节水及水利工程建设管理方面工作。灌区是建设美丽乡村和保护生态环境的基本依托，也是促进经济发展的重要支撑、现代农业发展的主要基地以及保障国家粮食安全的重要基础，在农村经济和农业发展中占据重要地位 。现代灌区建设是一个涉及水文气象、生态环境、经济社会、农业水利等多领域的复杂性系统工程，其核心和基础是灌区工程。现代灌区具有生态良好、管理科学、设施完善、高效节水等特征，通过评价灌区灌溉工程健康状况，全面查找薄弱环节和存在的问题，加快推动现代化改造，为保障粮食安全以及增强灌区综合生产水平提供可靠支撑。我国诸多学者从不同角度做了深入探讨了灌区评价体系，如杨柳等从灌区生态环境的角度选择 项指标构建评价体系，并利用层次分析法计算指标权重，识别出关键评价指标；李飞等选用 个准则指标反映灌区可持续发展状况，将层次分析法与模糊数学法结合定量评价了节水改造后的宝鸡峡灌区可持续发展水平。因此，现有研究主要集中于节水改造效益、运行管理水平和灌区硬件等方面，所构建的评价体系无法反映现代灌区的具体内涵。因此，本文结合灌区实际情况和现代化改造要求构建骨干工程健康评价体系，利用层次分析法计算各指标权重，选用模糊数学法定量评价骨干工程健康状况，在此基础上提出适用于王石灌区现代化改造方案。研究方法 灌区概况王石灌区地处葫芦岛市绥中县境内，地理位置介于东经 ，北纬 之间，规划灌溉面积 万亩。全灌区水源工程现有大风口、龙屯两座大（）型水库，拦河引水工程有六股河、狼洞子、大官、长江、古塔、新开河、程家、选将、前卫等九处。渠系工程现有总干 渠条，长 ，建筑物 座，已衬砌渠道长 ；干渠 条长 ，建筑物 座，已衬砌渠道长 。灌区种植作物以旱田为主，并开发部分水田，灌区作物种类分五种，水稻和麦、套种玉米的灌水方式为畦灌；果树采用管道灌溉；土豆复种大豆、油菜复种萝卜采用喷灌。王石灌区工程大多数建于 世纪 年代，受当时资金不足和社会因素的影响，工程设计标准低，施工质量低劣，部分渠系建筑物没有建完，留下大量尾工，当时部分渠道就不能正常通水。虽然，、进行了一些投资，但由于资金有限，只对部分工程进行抢救性维修，对干渠上部分严重渗漏段进行混凝土板式衬砌，但这些衬砌有半数以上已冻胀破坏或人为破坏需重建，渠道严重渗漏问题一直未解决。同时，随着工程的不断运行，新的险工险段又在出现。渠道工程为土渠或衬砌已坏，对于未进行衬砌的渠段和未维修改造的建筑物渗漏依然严重，水资源没有得到充分利用，为建设成为现代灌区需要优化调整骨干灌排工程布局，有必要先评价灌区工程健康状况。方法选择目前，评价灌区现状比较常用的方法有灰色关联法、模糊数学法、熵值法、层次分析法等单一方法，评价结果受主观判断的影响较大。因此，为保证结论的准确性与科学性，最大程度地降低人为干扰，综合利用层次分析法和模糊数学法评价灌区骨干工程健康状况。层次分析法是将人的主观判断利用数学方式转变成清晰有序的逻辑关系，经合理的编译整理确定相应的权重，其基本原理是通过逐步分解目标问题，运用数学运算法排序和计算各层次中的指标权重。模糊数学法是一种综合考虑多层次、多因素评价模糊对象的数学方法，其基本原理是对模糊对象利用量化手段进行总体评价。将层次分析与模糊数学法相结合评价灌区健康状况的主要流程如下：（）结合灌区实际情况构建多层次梯阶框架体系，并利用层次分析法计算参评指标全综合功能；（）依据灌区现代化改造要求，运用模糊数学法定量评估灌区的健康现状。划分评价等级现代灌区应紧紧围绕生态良好、管理科学、设施完善、节水高效等要求，从标准化管理、信息化建设、生态工程、田间 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.和骨干工程等角度开展建设。其中，灌区现代建设的关键是对骨干工程的改造升级，并且灌排体系布局在很大程度上取决于骨干工程的建设规模及其改造内容。因此，为实现投资效益最大化，本文结合灌区实际情况构建综合评价体系，全面掌握灌区骨干工程健康状况，如表。表 灌区骨干工程健康状况评价体系与等级目标层准则层指标层灌区骨干灌排工程健康状况评价功能状况 生态环境 信息化水平 地基基础 结构变形 结构破损 水力条件 金属结构 机电设备 安全防护 水环境 工作环境 周边环境 信息监测 自动化控制 应用水平 信息化保障 结果与分析 计算指标权重针对表 中的各项参评指标，利用 标度法两两比较其优劣程度或相对重要度，标度准则如表。表 标度准则标度 评语含义相同重要因素 与 重要程度相同稍微重要因素 重要程度略高于 明显重要因素 明显重要于 强烈重要因素 强烈重要于 极端重要因素 极端重要于、相邻标度中间值以上相邻判断的中值倒数反比较分析因素 与 相比取、与 取 然后利用公式 计算判断矩阵 （）的行乘积，其中 代表因素 相对于 的重要程度即标度值。采用公式?计算 的 次方根，通过计算公式?构造特征向量，其中 代表矩阵阶数，。结合以上计算结果，利用下式求解判断矩阵的最大特征根，即：（）（）表 离散一致性指标值 阶数 值 实际上，采用数字化判断矩阵描述决策者的主观思维具有一定随意性，为了保证结论的合理性必须检验矩阵的一致性，通过其它特征值的平均值（不考虑最大特征根）指标反映判断矩阵的偏离一致性，其计算公式如下：（）（）式中：、分别为判断矩阵的离散一致性程度指标和各阶数矩阵的平均随机一致性指标，值按照表 确定，则矩阵通过一致性检验。邀请灌区现代化建设领域内的数位专家，对表 中的各层次指标按照 标度准则判定其相对重要度，从而构造判断矩阵。结果显示，在评判准则层相对于目标层的相对重要度时，功能状况稍重要于信息化水平和生态环境准则，而信息化水平与生态环境的重要程度相同，准则层判断矩阵如表。表 准则层判断矩阵权重 经计算，准则层判断矩阵的最大特征根 ，通过一致性检验，故参评指标、的权重为 、。同理，依次确定指标层相对于准则层的相对重要度，并计算确定最终的权重如表。表 灌区骨干工程健康状况评价指标权重目标层准则层权重指标层权重综合权重 灌区骨干灌排工程健康状况评价功能状况 生态环境 信息化水平 地基基础 结构变形 结构破损 水力条件 金属结构 机电设备 安全防护 水环境 工作环境 周边环境 信息监测 自动化控制 应用水平 信息化保障 评价分析根据灌溉与排水工程状况评价标准和灌区实际情况，将所有参评指标划分成较差、中等、良好、优秀 级（如表），各等级量化数值依次为 、，从而构建模糊判断矩阵。最后，将权重向量 和相应的模糊判断矩阵 加权处理，可得到最终的评价结果。第 卷第 期地下水 年 月表 健康状况评价等级划分指标层等级划分较差（）中等（）良好（）优秀（）地基基础 沉降 沉降沉降 沉降结构变形 严重影响一般影响轻微影响无影响结构破损 贯穿性裂缝非贯穿性裂缝局部剥蚀无剥蚀水力条件 贯穿性漩涡非贯穿性漩涡 流态相对平稳流态平稳金属结构 严重损坏一般损坏轻微变形无变形机电设备 用电无保障、机械费正常电气设备一般、机械非正常电气设备一般、机械运行正常电气设备良好、机械运行正常安全防护 存在安全缺陷尚未完善基本完善完善到位水环境 污染物聚集存在污染物无明显污染物清澈无污染工作环境 差中良优周边环境 差中良优信息监测 信息无效或无监测设备设备未完善信息后效、设备基本完善信息采集及时无误、设备完善自动化控制 无自动化控制自动化控制运行不良自动化控制基本有效及时无误应用水平 差中良优信息化保障 资金、制度无保障保障不足资金、制度基本保障资金充足、制度完善设、代表王石灌区龙屯总站的功能状况、生态环境、信息化水平的模糊判断矩阵，针对各项指标邀请领域内专家进行打分，并利用下述公式计算评价工程健康状况，具体如下：（）|；|；|王石灌区龙屯总站的功能状况、生态环境、信息化水平的评价结果如下：将、构成隶属度矩阵，则龙屯总站的健康状况评价结果为：按照最大隶属度原则龙屯总站的健康状况达到“中等”，其中功能状况、生态环境、信息化水平达到“中等”、“良好”、“中等”等级。同理，对灌区所有骨干工程按照上述方法构造模糊评价矩阵，结果如表。表 王石灌区骨干工程健康状况骨干工程指标等级 较差中等良好优秀泵站工程水闸工程功能状况生态环境信息化水平综合评价等级功能状况生态环境信息化水平综合评价等级结果表明，对于泵站工程和水闸工程，综合评价达到“良好”等级的占比为 和 ，达到“中等”等级的占比为、，达到“较差”等级的占比为 、，其中综合评价达到“较差”等级的信息化水平和生态环境评价等级大多也为“较差”。因此，王石灌区大多数工程的生态环境、功能状况和综合评价结果达到“中等”等级，较现代灌区要求还有较大差距，尤其是信息化水平整体较低，尚未实现智能化、信息化。由此表明，前期的续建配套与节水改造工程保证了灌排要求，但灌区改造中尚未应用信息化技术，信息化建设应成为未来建设的重点。现代化改造方案根据以上评价结果，经节水改造王石灌区的水生态、水安全保障能力和灌排能力等有了较大提升，但与生态经济带建设、灌区现代农业发展要求还具有一定差距，并且灌区信息化管理水平有待进一步提升。因此，在现代化改造时仍需提升灌区信息化水平、注重农业节水技术的推广应用以及灌排工程的配套完善，具体如下 ：标准化管理和信息化建设。根据当地管理水平、硬性条件和经济基础，系统研究王石灌区标准化建设改革的内容和现代灌区信息化体系，构建灌区墒情、气象、水情、基础资料等数据库，注重智能控制系统的研发应用，逐步实现自动化控制灌排骨干工程；推动工程管理体制改革，进一步明确灌区管护责任，保证工作程序的系统完善；设立信息公开公众号或网站，确保管理公开透明以及灌区相关信息的及时发布。水环境保护与节水减排。王石灌区应大力推广管理、农业、工程等节水一体化技术的应用，加强渠系标准化和防渗衬砌建设，改造配套水源工程；根据旱、涝、渍综合治理和高标准农田建设要求，合理利用水土资源，配套完善条件量水、配水装置以及灌排渠系管理设施，进一步提升灌溉管理水平；加强农村河网河道和骨干渠系治理，改善易渍易涝低洼地农田水土环境，增强河网自净和调蓄功能，开展塘堰、排（蓄）水沟渠生态化改造和排（退）水再利用，扩大水域湿地坑塘面积，发挥湿地塘堰沟渠净化功能，增强灌区水环境承载力。巩固提升灌排工程。充分考虑骨干工程健康状况，逐步推进信息化水平提档升级、工程设施拆除重建和工程设施维修改造。针对评价结果为“较差”的工程，对其进一步维修改第 卷第 期地下水 年 月造非常困难，建议直接拆除重建该部分工程；对于评价结果为“中等”的工程，可以维修改造存在隐患的部分，对部分工程按重要程度提档升级；针对评价结果为“良好”的工程，对部分工程按重要程度提档升级。结语本文在全面研究归纳现代灌区评价指标和方法的基础上，从信息化水平、生态环境和功能状况的角度选择 项典型指标构建评价体系，并利用层次分析模糊数学法评价了王石灌区骨干工程健康状况。结果表明，王石灌区泵站与水闸工程达 到“较 差”、“中 等”、“良 好”等 级 的 比 例 为 、和 、，其中信息化水平达到“较差”等级的比例为 、。针对王石灌区现代化改造的薄弱环节和关键问题，从标准化管理和信息化建设、水环境保护与节水减排、巩固提升灌排工程等角度提出灌区现代化改造措施。参考文献姚天银 农业大型灌区续建配套节水改造项目管理存在的问题及对策 乡村科技 （）：李佑亮 赣抚平原灌区渠道整治设计分析 黑龙江水利科技（）：阿扎提古丽扎克 灌区节水改造工程灌溉水利用系数的确定 水利技术监督（）：，杨柳，汪妮，解建仓，等 基于多源信息融合决策的灌区生态环境评价指标优选 农业工程学报 （）：李飞，贾屏，张运鑫，等 区域水资源可持续利用评价指标体系及评价方法研究 水利科技与经济（）：（上接第 页）参考文献田东方，郑宏，刘德富 考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用 岩土力学 （）：孙建平，刘青泉，李家春，等 降雨入渗对深层滑坡稳定性影响研究 中国科学（辑：物理学 力学 天文学）（）：胡冉，陈益峰，周创兵 降雨入渗过程中土质边坡的固 液 气三相耦合分析 中国科学：技术科学 （）：o ，o o o o o o o （）：骆文进，郑晓蕾，王丽英 考虑降雨入渗效应的高边坡开挖数值模拟研究 水力发电 （）：汪益敏，陈页开，韩大建，等 降雨入渗对边坡稳定影响的实例分析 岩石力学与工程学报（）：付宏渊，曾铃，王桂尧，等 降雨入渗条件下软岩边坡稳定性分析 岩土力学 （）：李宁，许建聪 基于 的三维边坡降雨入渗模块的开发及其应用 岩土工程学报 （）：（上接第 页）降水量、强度、分布会影响蒸发，因为降水会干扰水分子的逸出和破坏水面结构。浅水水温因气候变化明显，对蒸发的影响显著。深水水温受冷热变化，会产生对流作用，但水温变化缓慢，滞后气温时间较长，且深水蕴热较多，对水温有一定的调节作用，故蒸发量在时间上的变化比较稳定。图 气温及太阳总幅射瞬时值随时间变化曲线、图 风速随时间变化曲线，是采用了每日：观测值，太阳总幅射瞬时值在 月下旬至 月上旬达到最大，随后呈现下降趋势；气温由 月份升高，、月份最大，随后逐渐下降；风速呈现了 月下旬、月份较大，、月份下降趋势。水面蒸发在一年内的变化，主要受气温、湿度、风力的影响，冬季气温最低，水面蒸发量最小。、月份，气温已升高而雨季尚未来临，相对湿度低，风速大，蒸发量大。水面蒸发不同影响因素叠加的作用，正是蒸发量变化规律的体现。结语（）蒸发器口径 、，水深的蒸发量，月份最大 左右，月份为 左右，、月份为 左右，月份为 左右，月份为 左右，月份量为 左右。月份蒸发量为 左右。（）蒸发器口径 、，不同水深 、中，水体温度与气温变化同步，、月份水温最大；降雨对水体温度变化影响明显，表现在 月初降雨，水温降低、蒸发量减小。蒸发器口径 、水深 的水体温度受气温影响显著。（）水面蒸发不同影响因素的叠加作用，是蒸发量变化规律的体现。（上接第 页）参考文献潘汀超 淮河干流防洪保护区洪水智能计算模型及灾害风险评价 天津大学 丁泽霖，朱轩毅，张宏洋，等 基于响应面法的移动式防洪墙优化分析 人民黄河 （）：魏炳乾，杨坡，罗小康，等 半干旱无资料中小流域设计洪水方法研究 自然灾害学报 （）：谢平，陈广才，李德，等 乌鲁木齐地区小流域设计山洪推理公式的参数规律 山地学报（）：汪建武，薛晓鹏，杨让瑕 推理公式法在无资料地区小流域洪水计算中的应用 地下水 （）：高士麟 四川省小流域设计洪水分析及应用 四川建筑（）：包璐华 多种计算在西北城市防洪工程设计洪水中的对比研究 地下水 （）：孙毅 基于 的推理公式法参数敏感性分析 水力发电 （）：张小潭，孙秋戎 基于推理公式原理的小流域洪水计算方法异同分析 水利技术监督（）：韩秀丽 推理公 式法在 推求宁 家河 渠首设 计洪水 中的 运用 水利科技与经济 （）：魏国晋，何灼伦，王统旭，等 推理公式法在青海省应用的误差分析 人民黄河 （）：第 卷第 期地下水 年 月