红兴隆分局地下水补给方法研究及实践

黑龙江省农垦红兴隆分局位于黑龙江省东部——三江平原中部，地跨佳木斯、双鸭山、七台河等4市7县，总面积0.88万km2，其中耕地面积40万hm2。红兴隆分局下辖12个国营农场，机械化程度达到95%以上，盛产小麦、大麦、大豆、水稻、玉米，是国家重要的商品粮生产基地。随着粮食作物种植结构的调整，寒地水稻栽培新技术的推广应用，以及水稻本身所具有的经济效益，垦区水稻的种植面积迅速增加。红兴隆分局的水稻种植面积由1996年的7.7万hm2激增到2005年的17.1万hm2（其中66%以上为井灌水田）。随着水田面积的迅速增加，红兴隆分局的地下水位普遍下降，平均年降幅为0.5～1.0m/a，局部地区形成暂时性的降落漏斗。地下水位持续下降已经严重地破坏了当地地下水资源的供需平衡。按此趋势发展下去，必然会对当地的工农业生产和居民用水产生严重威胁。因此，结合国内外地下水修复工作的经验，为了实现区域农业的可持续发展，应加强地下水人工补给研究。本节以红兴隆分局为例，采用改进AHP对该地区的地下水人工补给方法进行评价和选择。

8.3.4.1　地下水人工补给方法识别

在参考大量国内外文献并对有丰富地下水工作经验的水利专家进行访谈的基础上，对地下水人工补给方法进行识别，见前述。

8.3.4.2　构造地下水人工补给方法评价模型

按照目标层、准则层、方案层几个层次将已经识别出的地下水人工补给方法层次化，从而构成黑龙江省农垦红兴隆分局地下水人工补给方法评价模型，如图8.2所示。

图8.2　红兴隆分局地下水人工补给方法评价模型

8.3.4.3　构造判断矩阵

1.调研及统计方法

采用问卷调查方法，要求受调查者［黑龙江省水利厅、农垦总局水务局决策者、红兴隆分局（含下属12个农场）水务局技术人员、黑龙江省科研、设计院所水利专家及高校水利专家］根据经验对已经识别出的各种地下水人工补给方法的重要性做出评价，在问卷调研及修改阶段，接受调查人员普遍反映问卷中所列举的地下水人工补给方法还是相当全面的。

本次调查总共发放问卷270份，回收率达到37.8%，见表8.5，与类似问卷调查的回收率15%（BingRL等，1996）进行比较，结果是可以接受的。受调查人员的职称结构及从业年限情况见表8.6和图8.3。表8.6和图8.3中的数据说明受调查者具有相当丰富的从事地下水工作的经验，对三江平原特别是井灌水稻区的地下水状况有相当清晰的了解，这确保了本次问卷调查最终结果的可靠性。

2.判断矩阵

根据问卷调查的结果，对专家意见汇总后进行加权平均，就可以给出第二层B中各因素对应于第一层A的判断矩阵（MA-B）及第三层C中各因素对应于第二层B中各因素的判断矩阵（MB1-C和MB2-C）：

表8.5　问卷回收率

表8.6　受调查人员的职称结构及从业年限

图8.3　受调查人员的职称结构及从业年限状况

（a）职称结构；（b）从业年限比例

8.3.4.4　建立权重集

采用前述方根法计算第二层B中各因素对于A的权重WBi及第三层C中各因素对于B的权重WCi，从而可以确定第二层B中各因素对于A的重要性排序及第三层C中各因素对于B的重要性排序，即层次单排序，见表8.8和表8.9。然后根据式（8.7）计算第三层C中各因素对于A的组合权重，从而可以确定第三层C中各因素对于A的重要性排序WA-Ci，即层次总排序，见表8.10。(www.xing528.com)

8.3.4.5　一致性检验按照前述方法，对层次单排序和层次总排序进行一致性检验，计算结果见表8.7。

表8.7　传统AHP一致性检验计算结果

由表8.7可知，各判断矩阵的C·R均小于0.1，符合一致性要求，所以层次单排序和层次总排序有效。

8.3.4.6　AHP的改进

根据专家意见，第二层B中各因素对应于第一层A的重要性差距不应超过3倍，第三层C中各因素（C1～C8）对应于第二层B1的重要性差距不应超过5倍，第三层C中各因素（C9～C11）对应于第二层B2的重要性差距不应超过4倍。因此，分别引入修正系数c1=log93、c2=log95和c3=log94，按照前述方法得到修正后的判断矩阵：

采用前述方根法计算第二层B中各因素对于A的修正后的权重及第三层C中各因素对于B的修正后的权重，从而可以确定第二层B中各因素对于A的重要性排序及第三层C中各因素对于B的重要性排序，即层次单排序，见表8.8和表8.9。然后根据式（8.7）计算第三层C中各因素对于A的修正后的组合权重，从而可以确定第三层C中各因素对于A的重要性排序，即层次总排序，见表8.10。

表8.8　第二层B中各因素对于A的层次单排序

注　代表改进后的权重。

表8.9　第三层C中各因素对于B的层次单排序

表8.10　第三层C中各因素对于A的层次总排序

注　代表改进后的权重。

由表8.8和表8.9可以看出，传统AHP和改进AHP所得的层次单排序结果是一致的。红兴隆分局在进行地下水人工补给实践时，应首选直接补给法。采用直接补给法进行地下水人工补给时，应首选大口井补给方法。采用间接补给法进行地下水人工补给时，应首选激发江河补给方法。由表8.9可以看出，在传统AHP中，直接补给法中大口井补给（C7）权重（0.3526）约为管井补给（C8）权重（0.0211）的17倍，而引入修正系数后，在改进AHP中，　（C7）权重（0.2853）仅为（C8）权重（0.0362）的8倍左右。因此，引入修正系数后，各因素权重间的差距得到了有效的控制，各因素在系统中的重要性更接近于实际。

由表8.10可以看出，与传统AHP相比，改进AHP的层次总排序结果发生了一定变化。在传统AHP中，红兴隆分局选择地下水人工补给方法的顺序为：第一是首选大口井补给；第二是河道补给；第三是水土保持补给；第四是水盆地补给；第五是激发江河补给；第六是渠道补给；第七是激发渠水补给；第八是水库补给；第九是灌溉补给；第十是管井补给；第十一是激发周边地下水补给。而在改进AHP中，红兴隆分局选择地下水人工补给方法的顺序为：第一是首选大口井补给；第二是激发江河补给；第三是河道补给；第四是水土保持补给；第五是激发渠水补给；第六是水盆地补给；第七是渠道补给；第八是水库补给；第九是灌溉补给；第十是激发周边地下水补给；第十一是管井补给。在传统AHP中，最大组合权重（WA-C7）约为最小组合权重（WA-C11）的33倍，而在改进AHP中，最大组合权重（）仅为最小组合权重（）的8倍左右。因此，引入修正系数后，各因素组合权重间的差距得到了有效的控制，各因素在系统中的重要性更接近于实际。

按照前述方法，对改进AHP层次单排序和层次总排序进行一致性检验，计算结果见表8.11。

表8.11　改进AHP一致性检验计算结果