论文题目：面向生态的灌区节水改造综合效益评价方法研究
摘要：灌区作为农业生产的主战场,不仅是粮食安全的稳定器、国家安全的压舱石,同时也是用水大户,其节水改造对缓解我国淡水资源的紧缺程度具有重要的推动作用。在推进生态文明建设的背景下,灌区节水改造的生态效益日益得到重视,开展充分考虑生态效益的灌区节水改造综合效益评价研究,对灌区节水改造的健康发展具有重要的指导意义。鸭河口灌区是全国十大水库自流灌区之一,本文以鸭河口灌区为例,采用典型调研、理论分析和模型优化相结合的方法,研究灌溉用水、增粮、增收和地下水埋深等时空演变规律及其主要影响因子;结合灌区节水改造的生态效益,并考虑其对灌区外影响,建立面向生态的灌区节水改造综合效益指标评价体系,利用优化云模型和生态服务价值模型逐步解决现阶段研究的不足;针对评价结果精确度和不确定度难以兼顾的弊端,耦合优化云模型和生态服务价值估算模型,层层递进地分析了灌区节水改造综合效益。主要成果如下:（1）解构出灌区节水改造的主要单项效益及影响因子剖析了灌区节水改造历程,以面积代替长度重新核算了渠道衬砌率,分析了灌区节水改造工程时空特点和影响因子。1998-2021年间鸭河口灌区节水改造工程由北向南推进,2007-2018年间的工程量占总工程量的71.35%,资金投入为其主要影响因子（r=0.617*;B=33.712;R~2=0.381）。61.75%的农户、75%的专家和灌区管理人员认可灌区节水改造。年总用水量(r=-0.538**;B=-18.669;R~2=0.290)、总灌溉增粮效益（r=0.784*;B=3.781E-3;R~2=0.614）、单位面积增粮效益（r=0.960*;B=7.266;R~2=0.921）和单位水增粮效益（r=0.886*;B=5.096E-3;R~2=0.786）受灌区节水改造影响显著。1998-2021年间,年总用水量减少约60.74%,其他3类效益分别增加2.19倍、1.91倍和6.40倍。灌区节水改造的节水增粮效益显著但对地下水埋深的影响不明显。（2）构建了基于优化云模型的节水改造综合效益评价模型兼顾生态、经济和社会效益,构建了灌区节水改造综合效益的评价体系,引入云模型算法,对权重云模型中熵和超熵进行动态调整并结合形状相似度对传统云模型进行了优化,建立了基于优化云模型算法的节水改造综合效应评价模型,在充分考虑生态效益和保证评价结果精度的同时,兼顾了各指标因子间的随机性和模糊性。鸭河口灌区节水改造综合效益云模型为（0.6161,0.1970,0.0919）,其与评语集云模型中Ⅱ级“良”（0.625,0.1062,0.01）相似度最高,达到0.5012。（3）构建了基于生态服务价值的灌区节水改造综合效益评价模型引入生态服务价值理论,构建了基于生态服务价值的灌区节水改造综合效益评价模型,分析了综合效益的主要影响因子,进一步考虑了灌区节水改造工程对灌区外水环境和大气环境等方面的影响。鸭河口灌区节水改造工程平均每年所产生的生态服务价值约为4.9175亿元,是其年经济成本的6.20倍,综合效益显著。作物生育期内降水量、降水时空分布以及节水改造工程进度是灌区节水改造工程综合效益的重要影响因子。节水改造工程综合效益与作物生育期内的降水量呈负相关关系（r=-0.913*;B=-0.10;R~2=0.833）。（4）构建了面向生态兼顾精确度和不确定度的节水改造综合效益评价模型以优化后的云模型为主要技术手段,对基于生态服务价值模型得到的精确评价结果进行模糊化处理,耦合优化云模型和生态服务价值模型,构建了面向生态兼顾精确度和不确定度的节水改造综合效益评价模型,在充分考虑生态及灌区内外各方面效益的同时,兼顾了综合评价结果的精确度和不确定度,提高了评价结果的真实性、实用性和客观性。鸭河口灌区节水改造工程每年所产生的综合效益区间约为[1.3293,9.5249]亿元,该效益区间的可靠性约为68.26%。
关键词：灌区;节水改造;生态;云模型;综合效益;评价方法
学科专业：水利工程
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 灌区是我国粮食安全和国家稳定的重要保障
1.1.2 灌区节水改造是我国解决水资源短缺问题的关键途径
1.1.3 灌区与生态环境的交互关系密切
1.1.4 节水改造综合效益评价是国家重点工程承前启后推动的需要
1.2 国内外研究进展
1.2.1 灌区节水改造效益研究
1.2.2 灌区节水改造单项效益评价
1.2.3 灌区节水改造综合效益评价
1.3 存在的主要问题
1.4 研究内容
1.5 研究方法及技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
1.6 数据来源
第2章 研究区节水改造概况
2.1 研究区概况
2.1.1 自然条件
2.1.2 社会经济条件
2.1.3 灌区工程
2.2 节水改造历程
2.2.1 空间变化
2.2.2 时间变化
2.2.3 影响因子
2.3 本章总结
第3章 灌区节水改造单项效益评价
3.1 灌区节水改造多视角评价
3.1.1 模型参数
3.1.2 结果与分析
3.1.3 讨论
3.1.4 本节小结
3.2 灌溉用水量时空演变
3.2.1 空间演变规律
3.2.2 时间演变规律
3.2.3 本节小结
3.3 增粮效益时间演变
3.3.1 增粮效益各指标解释
3.3.2 各指标时间演变分析
3.3.3 本节小结
3.4 灌区地下水埋深时空演变
3.4.1 空间演变规律
3.4.2 时间演变规律
3.4.3 本节小结
3.5 讨论
3.6 本章总结
第4章 基于优化云模型的节水改造综合效益评价
4.1 评价体系
4.2 评价指标
4.3 评价模型的建立与优化
4.3.1 评语集云模型构建
4.3.2 权重云模型构建及优化
4.3.3 隶属度云模型构建
4.3.4 结果评价方法及优化
4.4 实例研究
4.4.1 评语集云模型
4.4.2 权重云模型
4.4.3 隶属度云模型
4.4.4 评价结果
4.5 讨论
4.5.1 权重可靠性检验
4.5.2 指标评价结果分析
4.5.3 模型优化效果分析
4.6 本章总结
第5章 基于生态服务价值的节水改造综合效益评价
5.1 基于生态服务价值评价模型
5.1.1 经济效益评价方法
5.1.2 生态效益评价方法
5.1.3 社会效益评价方法
5.2 实例研究
5.2.1 经济效益评价
5.2.2 生态效益评价
5.2.3 社会效益评价
5.2.4 综合效益评价
5.3 讨论
5.3.1 评价结果与指标效益
5.3.2 影响因子及响应机制
5.4 本章总结
第6章 面向生态兼顾精确度和不确定度的节水改造综合效益评价
6.1 效益评价的不确定因素
6.2 综合效益逆向云模型构建
6.3 实例研究
6.3.1 样本扩充
6.3.2 模糊化处理
6.3.3 组合筛选
6.3.4 效益范围及可靠性
6.4 本章总结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 研究不足和展望
参考文献
致谢