宁波市农业节水区划中模糊聚类分析与应用_杨路华
DOI: 10.13522/j. cnki. ggps. 2003. 05. 012
灌溉排水学报
Journal of Irrigation and Drainage
文章编号：1000 - 646X(2003)05 - 0052 - 04
杨路华王文元】，韩振中3,杨军4
(1.河北农业大学，河北保定071001； 2.武汉大学，湖北武汉430072；
3.水利部灌排中心农村水利设计研究所，北京100073; 4.宁波市水务局，浙江宁波315000)
摘 要：农业节水区划是农业水资源高效利用规划和实能的重要依据。根据宁波市自然与社会情况，选取地貌形 态、土壤类型、农业结构、缺水程度等指标组成农业节水分区指标体系，并建立相应评判标准，专家评议确定各项指 标权重。采用模栩聚类方法，将宁波市划分5大类型区，针对各类型区特点提出相应的农业节水措施，用于指导农 业灌流和生产。
关 键 词；节水区划，指标体系,权重；模糊聚类
中图分类号：S274 文献标识码：A
农业节水区划综合考虑自然、经济、技术条件等各方面因素，制定出不同地区农业节水发展的模式和方 向，减少发展农业节水的盲目性，对农业节水发展起着指导性作用，因此农业节水区划是发展农业节水不可 缺少的前期规划工作。
农业节水区划是在农业生产和水资源利用现状基地上，研究农业水资源利用规律，综合考虑影响农业水 资源利用的各种因素，对农业生产划分不同的类型区，提出各类型区的高效利用农业水资源的措施、方向和 战略布局，为制定农业节水规划提供依据。农业节水区划既与农业区划、水利区划有密切联系，又有自身特 点。农业节水区划不仅要与整个水利建设发展方向一致，更要反映农业节水的要求。农业节水区划直接服务 于农业生产，对农业节水发展起着重要的指导作用。我国幅员辽阔，由于自然条件和经济技术条件的因素，各 地农业节水发展极不平衡,农业节水区划的编制将具有现实而重大的意义。
农业节水区划分区方法很多，有经验法、指标法、重叠法、聚类法等。模糊聚类法有较严格的理论基础和 计算方法，能够揭示因素间的内在本质差别和联系，消除了定性分析的主观性和任意性。当资料获取较充分 时,分析结果可靠、准确，能反映客观实情。以宁波市为例，釆用模糊聚类法进行农业节水区划分区。
模糊聚类法釆用数学统计方法进行分区，其基本原理是首先计算各个基本单元的相似性测度，合并测度 最小的单元为一类，同时计算本类与其它单元的距离，保证测度的最小性，根据距离和相似系数进行归类。 1.1建立指标分等评分表
根据农业节水区划指标体系，对基本单元的各项指标分等级进行评分。同时给各项指标在农业节水分区 中的重要性赋权,得出节水分区的基本资料。
[i = 1,2, I
知=Wi , I . ] o I (1)
\ J = 1 >2,••- ,ml
式中:与表示基本单元的综合评分;X,,表示考虑指标影响权重后的评分值;”，表示指权重M表示农业节水 分区评价指标个数,m表示单元个数。
收稿日期:2003 - 05 - 21
基金项目，国家自然科学基金项目(59839320)；河北省教育厅项目(2002243)
作者简介，杨路华(1970 -),男，河北内邱人，副教授，主要从事节水灌漑与水资源规划方面的研究.
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1.2原始矩阵构成
以基本单元称为样本，分区评价指标称为特性指标，一个样本为一行，所有单元构成模糊聚类的原始矩 阵A。
z侦
^2m
式中:五表示第j个指标的均值;S,表示第;个指标的均方差表示标准化变换后的数值;其它符号符号 参前。
1.4模糊相似矩阵
通过计算样本间的欧氏距离，建立相似关系，形成样本间的相似矩阵，并计算相似系数。
(7)
2 (工睑
K= 1
｛［支6 -正,淀］・［支（工旳-而），］｝
K~ 1 2C= 1
式中：7”表示向量M与勺之间的相关系数；当= j时，表示指标的自相关系数,七=1;当z尹丿时，相关系数 七的取值在0〜1之间。
1. 5褶积聚类
釆用SOKAL和MICHENE类平均法（平均联结法）进行褶积聚类。二类之间的距离定义为二类元素二
二之间的平均平方距离：
以=宀•京
% =驻％ +吃％
nr % "
式中:表示第p与q类之间的距离;「为表示任意k类与P、q类合并后的r类的距离（& =勺+臨叫、％、七
分别表示第P与q类以及P与g类合并后的中的样本个数。
2农业节水区划分区指标体系与权重
农业节水分区指标的设置必须满足全面性、概括性、易于取得等要求。分区指标从与农业节水密切相关 的地形地貌、气侯、土壤、农业结构、灌区类型、缺水程度等方面选取，一般选取4〜6个指标。宁波地区气候相 近，为典型的亚热带季风气候区,从降雨划分属湿润带，从径流划分属多水带;灌区类型主要为地上水，农业 开釆地下水很少。因此，气候特征、灌区类型不作为分区指标，而农业结构与土壊差异对农业节水措施有明显 影响，所以，宁波市农业节水区划分区指标釆用地貌形态、土壤类型、缺水程度和农业产业结构等4项指标组 成节水灌溉分区的指标体系。这4项指标基本上概括了宁波农业节水的主要影响因素，以此为依据进行的农
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业节水区划，可以反映宁波市农业节水主要类型及特点，指导农业节水工作。
表1宁波市农业节水区划指标体系
分成5个区。根据各区基本单元共有属性，由分区指标综合分析每区所代表的类型，并按中国区划命名原则 进行命名，分区命名由地理位置、地形地貌、缺水程度、种植类型、节水措施等5个方面组成。并计算各区的综 合指标，综合指标反映了该区各个乡镇的共有特征,详见表3。
表3模糊聚类法分区结果及综合指标
分区 |
分区名称 |
分区位置 |
综 |
合指标 |
||
地形 |
土壤 |
缺水程度 |
作物结构 |
|||
1 |
宁东北平原缺水观光休闲农业 微灌区 |
宁波市所辖镇海、江东、江北、海曙、北仑各区 29个乡镇 |
1. 24 |
2. 38 |
2. 14 |
1. 00 |
II |
宁北平原缺水蔬菜、棉油喷灌一 微灌区 |
分布在慈溪大部、余姚北部、象山南部共25个 乡镇 |
1.04 |
3. 30 |
1.68 |
2. 00 |
ni |
宁中平原河网微缺水水稻、蔬菜 管灌一微灌区 |
郵州区大部、余姉东半部、慈溪南部、奉化北部 共26个乡镇 |
1.46 |
2. 62 |
3. 23 |
3. 00 |
IV |
宁西南山地丘陵林特花卉喷灌 区 |
郭州区南部、余姚西南部、奉化西部、宁海西 部、象山北部共31个乡镇 |
2.39 |
1. 39 |
3. 58 |
4. 00 |
V |
宁南港湾微缺水养殖、水果综合 农业喷灌区 |
象山湾、三门湾、杭州湾、东南沿海共28个乡 镇 |
1. 54 |
1. 93 |
3. 18 |
5. 00 |
注表中综合指标栏目中的数字为指标评分的平均值.
根据分类结果，宁波市农业节水分为5个类型区。针对每区特点，特别是农业种植和水资源情况,确定适 合该区的农业节水措施和发展方向。宁波市区市郊工业发达，农业以设施农业、观光农业为主,工业与生活用 水量大，分配给农业的用水不足,应重点发展微灌节水技术；宁波北部平原经济作物区，相对全市降水量最 少，水资源不足，重点发展喷灌和微喷灌技术；中部河网区，地势低洼，稻作区适宜发展管道灌溉，蔬菜地则以 微喷灌为主；宁波南部山丘林特区适宜发展喷灌，果树区还可适当发展滴灌和微喷灌。
由表中可以看岀，作物结构是影响分区的主导因素，这是因为作物结构对农业节水有直接重要影响，故 分区时赋予作物结构较大的指标权重。土壤、水资源、地形地貌与农业节水有一定关联，权重差距相对较小。 模糊聚类分区结果较好地反映了宁波市农业节水现状与未来发展方向，与宁波市土地利用规划、农业发展规 划、水利区划等相吻合，可作为农业节水规划的依据。
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Application of Fuzzy Cluster to Agricultural Water Saving Zoning
YANG Lu-hua1'2, WANG Wen-yuan1, HAN Zhen-zhong3
(1. Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China； 2. Wuhan University, Wuhan 430072, China； 3. China Irrigation & Drainage Development Center, Beijing 100073, China)
Abstract: Agricultural water saving zoning is an Important reference of agricultural water resources programming. Based on natural and social situation of Ningbo city, an index system and criteria about agricultural water saving zoning were build in the paper, fuzzy cluster was used in water saving zoning, Ningbo was divided into five crop zones. And some agricultural water saving approaches was brought forward. It is a guideline for agricultural irrigation and production.
Key words: water saving zoning； index system； weight; fuzzy cluster
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Synthetic Evaluation on Management Reform Performances of
Guanzhong Irrigation District
SHANG Hu-jun 9 WANG Zhi-nong, WANG Mi-xia
(Institute of Agricultural Soil and Water Engineering of Northwest Sci-Tech University
of Agriculture & Forestry,Yangling 712100, China)
Abstract: The monitoring and evaluation (M&E) indices of Guanzhong Irrigation Districts are processed by analytic hierarchy, and an analytical hierarchy process (AHP) is applied which combines a hierarchy of both measurable and qualitative indices. The model of synthetical evaluation also is formed, and the factors taken into account include poEcy evaluation, evaluation of irrigation effect, evaluation of irrigation project performance and social evaluation. Moreover, the evaluation values of effects on management system reform of each irrigation district in the past years are calculated 5 and the evaluation results can objectively and fully reflect the management reform performance.
Key words: Guanzhong irrigation district； management system reform； the analytic hierarchy process (AHP)； synthetic evaluation
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