毛夢祺 丁忠義 董麗麗 賈斐斐

摘要：在熵權法求權重的基礎上，運用模糊線性規(guī)劃方法，建立適用于研究區(qū)高標準基本農田利用結構的模糊線性規(guī)劃模型，引入隸屬函數(shù)，求出模糊最優(yōu)解，從而得到項目區(qū)建設方案；采用逼近理想解排序法，構建TOPSIS模型對優(yōu)化設計后的高標準基本農田綜合效益進行評價。結果表明，4個行政村綜合效益水平為優(yōu)秀，3個行政村綜合效益水平為良好，2個行政村綜合效益水平一般，此方案為在經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益三方面有機統(tǒng)一的可行方案。

關鍵詞：土地整理；高標準基本農田；模糊線性規(guī)劃；逼近理想解排序

中圖分類號：F301.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）11-2813-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.11.065

Research on Comprehensive Evaluation of High-Standard Basic Farmland Construction Scheme Implementation Benefits——Take Damiao Township of Lingbi County as An Example

MAO Meng-qi， DING Zhong-yi， DONG Li-li， JIA Fei-fei

（School of Environment Science and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China）

Abstract： This paper build fuzzy linear programming model suitable for studying the use structure of high-standard basic farmland， based on seeking weight with entropy weight method， then import the subjection function to obtain fuzzy optimal solution so as to get the construction scheme of project areas. TOPSIS model is constructed to evaluate comprehensive benefit of high-standard basic farmland after the optimization design. The results show that four of the administrative villages comprehensive benefits reach excellent level， three of them are good level and the others are middle level. The scheme is feasible with organic unity of economic， social and ecological benefit.

Key words： land consolidation； high-standard basic farmland； fuzzy linear programming； TOPSIS

在國務院正式批準《全國土地整治規(guī)劃（2011-2015）》，明確“十二五”土地整治目標任務，部署2 666.67萬hm2高標準基本農田建設的嚴峻形勢下，建設旱澇保收高標準基本農田是鞏固農業(yè)發(fā)展基礎的核心，確保國家糧食安全的重要手段，是未來一段時期耕地保護和土地整治工作的重要內容[1]。農地整理在我國各地廣泛開展的時間較早，理論方法都比較成熟，但高標準基本農田建設可借鑒的方法和理論還比較少[2]。并且我國目前的絕大多數(shù)高標準基本農田建設項目是按照規(guī)劃實施，規(guī)劃方案的合理性與科學性沒有一定的量化標準，其中人為因素較多。高標準基本農田建設方案實施效益綜合評價，可以避免規(guī)劃區(qū)域內在經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益方面因項目實施而產生的負面影響；同時，以研究的結果科學地、合理地調整規(guī)劃方案，使規(guī)劃方案更加符合規(guī)劃區(qū)域的實際情況，促進規(guī)劃區(qū)域內的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[3]，更好地保護高標準基本農田和提高耕地質量。

本研究采用模糊線性規(guī)劃的方法，建立適用于研究區(qū)高標準基本農田利用結構的模糊線性規(guī)劃模型，提出相應的建設方案，并運用逼近理想解排序法，構建TOPSIS模型對高標準基本農田建設方案的綜合效益進行評價，盡可能消除過程中的人為因素，以期為同類型高標準基本農田建設項目的規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省靈璧縣大廟鄉(xiāng)，涉及沙灘、王場、馬莊、騎張、溝涯、殷莊、胡場、大廟、沙南等9個行政村，項目區(qū)東邊界是騎張村、殷莊村和大廟村村界，西邊界是大路鄉(xiāng)鄉(xiāng)界，北邊界是高樓鎮(zhèn)鎮(zhèn)界，南邊以302省道為界（東經(jīng)117°37′37″～117°43′50″，北緯33°45′13″～33°49′20″）。項目區(qū)總面積3 373.12 hm2，建設規(guī)模2 515.12 hm2，基本農田面積2 067.58 hm2。

項目區(qū)內部有徐明高速、鮑虞路等主要交通干道，南端有302省道，項目區(qū)內部農村路網(wǎng)已經(jīng)初步形成，現(xiàn)狀水泥路狀況良好，但長度有限；現(xiàn)狀砂石路面由于修建時間長久，部分砂石已風化，加之農機長期碾壓，導致區(qū)內砂石路面坑洼不平；現(xiàn)狀土路條件較差，不能滿足群眾的出行要求，嚴重妨礙了農業(yè)生產。

項目區(qū)地勢平坦，溝渠、河流比較多，因此，排澇是項目區(qū)內部農業(yè)生產的主要問題。項目區(qū)內有紅泥溝南北向貫穿全境，并且有利民溝和老濉河兩條重要排水渠系。區(qū)內已有錯綜的排水斗溝、農溝及坑塘水面，總體上來說項目區(qū)內澇水排水較為通暢。但項目內仍存在部分排水溝淤積的情況，水草叢生，樹根盤結，阻水現(xiàn)象嚴重，導致排水溝蓄水能力和排澇能力下降。

2 研究方法與模型

2.1 模糊線性規(guī)劃

1970年，Bellman等在多目標決策的基礎上，提出模糊決策的基本模型，在該模型中，凡決策者不能精確定義的參數(shù)、概念和事件等，都被處理成某種適當?shù)哪：蟍4]。1977年，Zimmerman首先討論了模糊線性規(guī)劃，把線性規(guī)劃的約束條件或目標函數(shù)模糊化，引進隸屬函數(shù)，從而導出一個新的經(jīng)典線性規(guī)劃問題。本研究從田間道面積、生產路面積、斗溝面積和農溝面積等變量出發(fā)，建立約束條件，以經(jīng)濟利益為主要目標，構建目標函數(shù)，形成模糊線性規(guī)劃模型，獲得高標準基本農田建設方案。

2.2 選取約束條件

項目要求在不改變原有土地利用空間布局與性質的基礎上，進行補缺性規(guī)劃設計，盡可能保留原有主干道與農田水利設施，所以研究區(qū)內存在農村宅基地、殯葬用地、內陸灘涂，河流水面等大片不動工區(qū)，不在本次優(yōu)化設計考慮范圍之內。

綜合各類優(yōu)化設計變量，高標準基本農田建設中主要的影響因素有田間道面積、生產路面積、斗溝面積、農溝面積、田間道防護林面積、生產路防護林面積。選取的約束條件分為土地總面積約束、項目資金約束和項目施工約束3個方面[5]。

2.2.1 土地總面積約束 x1+x2+x3+x4+x5+x6≤n，其中，土地總面積約束n為扣除原有道路面積、溝渠面積和其他不動工區(qū)面積之后的項目區(qū)總面積。

2.2.2 項目資金約束 r1x1+r2x2+r3x3+r4x4+r5x5+r6x6≤m，其中，r1為每修建1 m2田間道所需要的資金，r2為每修建1 m2生產路所需要的資金，r3為每清淤1 m2斗溝所需要的資金，r4為每清淤1 m2農溝所需要的資金，r5為每種植1 m2田間道防護林帶所需要的資金，r6為每種植1 m2生產路防護林帶所需要的資金，m為約束條件。

2.2.3 耕地面積約束 ■≥P，S總為項目區(qū)土地總面積，x7為建設后耕地面積，x0為原有耕地面積，該高標準基本農田建設項目不要求有新增耕地，但是按照保護耕地的原則，項目實施后，耕地面積也不得減少。

2.2.4 項目施工的約束 主要分為田間道工程約束、生產路工程約束、斗溝工程約束、農溝工程約束，依次建立約束條件為：e1≥a1；e2≥a2；e3≥a3；e4≥a4。其中，a1，a2，a3，a4為模糊數(shù)，相應隸屬度函數(shù)為：

Ua1（x）=（x-13 000）/（14 000-13 000）

Ua2（x）=（x-32 000）/（33 000-32 000）

Ua3（x）=（x-7 000）/（75 000-7 000）

Ua4（x）=（x-9 000）/（10 000-9 000）

2.3 構建目標函數(shù)

本研究以經(jīng)濟利益為主要目標，在兼顧研究區(qū)土地利用結構與布局要求的基礎上[6]，構建目標函數(shù)：ymax（x）=c1vx1+c2vx2+c3vx3+c4vx4+c5vx5+c6vx6 （1）

式（1）中，c1，c2，c3，c4，c5，c6分別表示田間道工程、生產路工程、斗溝清淤工程、農溝清淤工程、田間道防護林工程、生產路防護林工程對耕地總收益的貢獻率，滿足c1+c2+c3+c4+c5+c6=1，v為每公頃農地的收益。

2.3.1 v的確定 項目的耕地經(jīng)濟效益分析以種植小麥、玉米為主，根據(jù)項目區(qū)相關統(tǒng)計資料，項目區(qū)復種指數(shù)180%，小麥單產6 750 kg/hm2，售價1.9元/kg，玉米單產7 050 kg/hm2，售價2元/kg，確定y取值3.96萬元。

2.3.2 c1，c2，c3，c4，c5，c6系數(shù)的確定 目前確定評估指標權重涉及到的方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法，主觀賦權法的客觀性較差，本研究采用客觀賦權法中的熵權法確定目標函數(shù)系數(shù)。具體步驟如下：

①數(shù)據(jù)標準化。假設給定了k個指標x1，x2，...，xk，其中xi=x1，x2，…，xn。假設對各個指標的數(shù)據(jù)進行標準化處理后的值為p1，p2，...，pk，那么pij=■。②求取各指標信息熵，第i個指標的信息熵Hi可定義為：Hi=-a■fijlnfij，其中，fij=■，a=■（假定當fij=0時，fijlnfij=0）。③確定各指標權重。根據(jù)求出的各指標信息熵，求取各指標權重（表2）：wi=■（i=1，2，...，k）。

2.3.3 確定目標函數(shù)

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （2）

2.3.4 確定模糊線性規(guī)劃模型

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （3） x1≥（a1，d1）x2≥（a2，d2）x3≥（a3，d3）x4≥（a4，d4）0.010 04x1+0.006 01x2+0.000 6x3+0.000 32x4≤（a5，d5）x1+8x2+5.5x3+6x4+3x5≤（a6，d6）■≥P2.4 模型求解

模糊線性規(guī)劃模型求解步驟如下[7，8]：①約束條件伸縮指標di取0，模糊約束退化為普通約束，求解普通線性規(guī)劃；②構造模糊目標集，使目標函數(shù)模糊化；③模糊判決，利用單純形法求解新的普通線性規(guī)劃。

求得x1=2 067.58 hm2，x2=5.45 hm2，x3=11.49 hm2，x4=4.28 hm2，x5=2.92 hm2，即新修田間道13 625 m，新修生產路32 830 m，斗溝清淤7 130 m，農溝清淤9 734 m。

3 優(yōu)化后土地綜合效益評價

3.1 建立評價指標體系

以綜合效益為目標層，經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益為評價準則，選取耕地凈收益、產出投入比、交通長度增加率、溝渠長度增加率、農田防護林覆蓋率和植被覆蓋率6個指標構建評價指標體系[9]，采用熵權法賦權重（表3）。

3.2 綜合效益評價

采用逼近理想解排序方法建立綜合效益評價模型，正理想解是一設想的最優(yōu)的解，它的屬性值都達到最好的值；而負理想解是一設想的最劣的解，它的屬性值都達到各最壞的值，通過檢測評價對象與正理想解、負理想解的距離來進行排序，若評價對象最靠近正理想解同時又最遠離負理想解，則為最好；否則不為最優(yōu)[10]。

3.2.1 構建加權決策矩陣 在熵權法確定評價指標權重的基礎上，將標準化決策矩陣的每一個指標與相應的指標權重相乘，得到加權決策矩陣。

V=v11 v12 … v1nv21 v22 … v2n■vm1vm2…vmn=b11·w1 b12·w1 …b1n·w1b21·w2 b22·w2 …b2n·w2■bm1·wm bm2·wm…bmn·wm（4）

（2）確定正、負理想解

當各指標值都達到各評價指標的最優(yōu)值時，取正理想解V+；當各指標值都達到各評價指標的最差值時，取負理想解V-。

V+=v1+，v2+，…，vm+ （5）

V-=v1-，v2-，…，vm- （6）

（3）計算距離

分別計算各礦區(qū)評價向量到正理想解的距離Dj+和負理想解的距離Dj-。

Dj+=■ （7）

Dj-=■ （8）

（4）計算貼近度

各礦區(qū)評價對象與最優(yōu)方案的貼近度為

Cj=■，0≤Cj≤1 （9）

當Cj=1時，高標準基本農田綜合效益最好，道路出行、灌溉排水等農田配套設施的布局優(yōu)化較優(yōu)良；當Cj=0時，高標準基本農田綜合效益極差，道路出行、灌溉排水等農田配套設施的布局優(yōu)化亟需改善。結合本研究區(qū)的實際情況，將貼近度劃分為4個等級標準，用以反映項目區(qū)高標準基本農田綜合效益情況（表4）。

4 結果與分析

利用逼近理想解排序法對項目區(qū)9個行政村高標準基本農田建設后的綜合效益進行評價，得到9個村與最優(yōu)方案的貼近度（表5）。

由表5可見，胡場村、馬莊村、沙灘村和王場村的道路出行、灌溉排水等農田配套設施的布局優(yōu)化與理想值貼近度較高，溝涯村、騎張村、殷莊村的貼近度達到良好的標準，沙灘村和胡場村的綜合效益為中等水平，該方案綜合效益的優(yōu)秀率達到44.4%，33.3%為良好。其中與最優(yōu)方案貼近度最高的是王場村，貼近度最低的是沙南村。

大廟村和沙南村與理想值的貼近度均不高，處于中等水平。沙南村僅有約一半的行政村面積在項目區(qū)范圍內，而大廟村同樣只有小部分面積在研究區(qū)內，且多數(shù)為建設用地。項目區(qū)內大廟村和沙南村的土地利用類型不完整，是導致與理想值貼近度不高的主要原因。

溝涯村、騎張村與殷莊村的綜合效益處于良好水平，3個行政村原有的基本農田配套設施就比較完備，規(guī)劃前現(xiàn)狀已達到一定水平。溝涯村原有的道路體系已十分完善，大多數(shù)田間道路已經(jīng)硬化，生產路情況完好，所以其交通長度增加率比較低；加上溝涯村內有一片面積較大的連片林地，所以其生態(tài)效益也相對較優(yōu)。騎張村與殷莊村現(xiàn)有的交通現(xiàn)狀良好，同時有一條紅泥溝南北貫穿兩行政村項目區(qū)，騎張村境內還有條主要灌排渠系利民溝，且兩村的灌排網(wǎng)絡已經(jīng)比較順暢，無需過多規(guī)劃排水溝渠，其溝渠長度增加率不是很高。

沙灘村、胡場村、馬莊村和王場村的綜合效益水平達到優(yōu)秀，與理想值貼近度較高。這4個行政村的基本情況比較類似，沙灘村和馬莊村現(xiàn)有水泥路面路況優(yōu)良，但長度有限，砂石路面損壞較嚴重，其規(guī)劃的田間道、生產路較多；同時兩村毗鄰，設計一條灌排斗溝東西向貫穿兩行政村，極大地改善了其灌排情況。王場村面積較大，位于整個項目區(qū)的中心位置，是整個項目區(qū)的樞紐，規(guī)劃設計了多條連接村莊的道路，胡場村與王場村毗鄰，其交通條件與灌排情況也得到較大改善，高標準基本農田的經(jīng)濟收益明顯提高。

5 結論

在安徽省靈璧縣相關部門提供各項有關資料和查閱項目區(qū)統(tǒng)計年鑒、現(xiàn)場調查踏勘的基礎上，深入剖析了項目區(qū)內9個行政村的高標準基本農田現(xiàn)狀，進行定性分析，并運用數(shù)學模型進行定量分析，采用基于熵權的模糊線性規(guī)劃方法，根據(jù)研究區(qū)實際情況，構建約束條件，引入隸屬度函數(shù)，求出最優(yōu)解，獲得各項約束條件下路、溝、渠的優(yōu)化方案。構建優(yōu)化后高標準基本農田綜合效益的評價指標體系，利用逼近理想解排序法對項目區(qū)9個行政村高標準基本農田建設后的綜合效益進行評價。結果表明，4個行政村的綜合效益水平達到優(yōu)秀的標準，3個行政村的綜合效益水平為良好，2個行政村的水平為中等，此方案通過對田、水、路、林的統(tǒng)一整治，保護了高標準基本農田的生態(tài)環(huán)境，在此基礎上，有效地提高了項目區(qū)經(jīng)濟利益，促進了農村經(jīng)濟的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展，同時改善了農業(yè)生產條件，穩(wěn)定農業(yè)生產，是生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益相統(tǒng)一的可行性規(guī)劃建設方案。這與該項目的承擔單位、實施單位、管理單位以及評審專家的評價一致，也與項目區(qū)實際相符合。

本研究采用系統(tǒng)化的數(shù)學模型來優(yōu)化高標準基本農田建設方案，在土地規(guī)劃各項規(guī)程的基礎上，盡可能地消除人為主觀因素，使規(guī)劃方案更加科學合理，為皖北地區(qū)類似高標準基本農田綜合效益的定量評價和定性分析提供了更加科學的依據(jù)和理論參考。但在模糊線性規(guī)劃模型的構建中，約束條件的限定仍存在一些主觀意見，加上研究對象本身的復雜性，導致該模型還有需要改進之處。

參考文獻：

[1] 雪 劍，韓 娟，張鳳榮，等.高標準基本農田建設評價模型的構建及建設時序的確定[J].農業(yè)工程學報，2014，30（5）：193-202.

[2] 鄭世杰，陳 英，白志遠，等.高標準基本農田建設精細評估—以臨夏縣北源地區(qū)為例[J].中國農學通報，2014，30（9）：207-212

[3] 于 躍，張延軍，宋廣偉，等.土地整治規(guī)劃綜合效益評價[J].中國農學通報，2014，30（23）：70-74.

[4] 譚 俊.模糊線性規(guī)劃解法探討與運用[D].廣州：廣州大學，2010.

[5] 時文卿.土地整理中路溝渠優(yōu)化設計研究（[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2012.

[6] 劉 琳，余 莉，李 正，等.基于改進模糊層次模型的土地整理效益評價研究[J].水土保持研究，2012，19（3）：204-208.

[7] 謝季堅，劉承平.模糊數(shù)學方法及其應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.

[8] 譚云峰.帶模糊約束的模糊線性規(guī)劃的一種新解法[D].汕頭：汕頭大學，2006.

[9] 李 巖，趙庚星，王璦玲，等.土地整理效益評價指標體系研究及其應用[J].農業(yè)工程學報，2006，22（10）：98-101.

[10] 李 燦，張鳳榮，朱泰峰，等.基于熵權TOPSIS模型的土地利用績效評價及關聯(lián)分析[J].農業(yè)工程學報，2013，29（5）：217-227.