胡建橋，王錦輝，成自勇，薛連謙，高凱

（1.隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅慶陽745000；2.甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及應(yīng)用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅慶陽745000；3.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710003；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070）

大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件開發(fā)研究

胡建橋1，2，王錦輝3，成自勇4，薛連謙1，2，高凱3

（1.隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅慶陽745000；2.甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及應(yīng)用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅慶陽745000；3.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710003；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070）

結(jié)合陜西省大型抽水灌區(qū)——交口抽渭的實(shí)際，在對交口抽渭灌區(qū)全面調(diào)查基礎(chǔ)上，建立了6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，27個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再運(yùn)用博弈論法將主、客觀權(quán)重進(jìn)行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對交口抽渭灌區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并開發(fā)出大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算軟件，以交口抽渭為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)價(jià)軟件結(jié)果顯示：交口抽渭灌區(qū)在2007，2008，2009，2010，2011，2012年的相對貼近度分別為0，0.1166，0.2468，0.4275，0.6102，0.7783，運(yùn)行狀況級(jí)別分別為差、中等、中等、良好、良好、良好。其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果基本一致，即隨著時(shí)間的推移，交口抽渭灌區(qū)評(píng)價(jià)級(jí)別從差逐漸變?yōu)榱己?，運(yùn)行狀況越來越好，這也符合交口抽渭灌區(qū)的客觀實(shí)際和發(fā)展規(guī)律。大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件評(píng)價(jià)結(jié)果可靠，可大幅度提高灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)的效率。

大型灌區(qū)；運(yùn)行狀況；綜合評(píng)價(jià)；灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法；計(jì)算軟件

大型灌區(qū)水源相對穩(wěn)定，具有相對完善的田、水、路、林、村、電等配套基礎(chǔ)設(shè)施，有利于促進(jìn)大型灌區(qū)所屬區(qū)域漁業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。大型灌區(qū)不僅在農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)設(shè)施的作用，還帶動(dòng)著與農(nóng)業(yè)相關(guān)的其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展繁榮有很大的促進(jìn)作用。陜西省共有12個(gè)大型灌區(qū)，有效灌溉面積約801.01萬hm2，是陜西省主要的糧棉油果菜生產(chǎn)基地。大型灌區(qū)不僅擔(dān)負(fù)著農(nóng)田灌溉任務(wù)，而且部分灌區(qū)水源還擔(dān)負(fù)著向城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)供水的任務(wù)。2004年大型灌區(qū)提供的供水量為1 865億m3，約占全國供水總量的1／3，其灌溉用水量達(dá)到1 373億m3［1］，約為全國灌溉用水總量的38%［2］。但由于年久失修，加上多年來資金投入不足，管理體制不順等原因，目前我國大部分灌區(qū)存在的主要問題有工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低［3］、灌排設(shè)施老化損壞嚴(yán)重、灌溉可利用水量減少、灌溉技術(shù)落后、灌區(qū)工程建設(shè)缺乏合理的規(guī)劃、水價(jià)制度不健全、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問題突出等［4］。所以，需要對大型灌區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以診斷出其存在的問題。

美國農(nóng)業(yè)部推薦了幾種節(jié)水灌溉系統(tǒng)評(píng)價(jià)的方法，即根據(jù)系統(tǒng)的灌水強(qiáng)度、灌水深度、系統(tǒng)的供水能力、灌水均勻度、水量損失、管網(wǎng)造價(jià)與能耗以及灌水可能對作物產(chǎn)生的損害等7個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。2007年Lilienfeld A等［5］用數(shù)據(jù)包絡(luò)法對美國堪薩斯農(nóng)業(yè)灌溉棄水進(jìn)行了估算研究。2008年Komaragiri Srinivasa Raju A.Vasan用多指標(biāo)效用理論對灌溉系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估，取得了良好的效果。H.Okada等用層次分析法對灌區(qū)工程改造進(jìn)行了分析研究。國內(nèi)外廣泛運(yùn)用的評(píng)價(jià)大型灌區(qū)運(yùn)行狀況的方法，如層次分析法［6］、可拓評(píng)價(jià)法［7］、生態(tài)足跡法［8］、數(shù)據(jù)包絡(luò)法［5］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等［9］，這些方法計(jì)算過程都比較復(fù)雜繁瑣。本文結(jié)合陜西大型灌區(qū)的實(shí)際，采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對大型抽水灌區(qū)交口抽渭的運(yùn)行狀況進(jìn)行客觀的綜合評(píng)價(jià)，并開發(fā)出大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算軟件，可大幅度提高灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)的效率，使大型灌區(qū)可持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 評(píng)價(jià)軟件開發(fā)的目標(biāo)及原則

大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件是針對整個(gè)大型灌區(qū)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)信息收集、處理、瀏覽和管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對其資料收集、計(jì)算和管理是其基本功能，為了能夠充分節(jié)約評(píng)價(jià)時(shí)間，提高評(píng)價(jià)效率，并使評(píng)價(jià)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化，建立了大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)功能模塊，形成數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的綜合系統(tǒng)［10－11］。為了達(dá)到軟件預(yù)期的功能，該軟件的開發(fā)還應(yīng)遵循以下原則：

（1）專一性原則

要系統(tǒng)、全面地收集、整理、挖掘大型灌運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的相關(guān)數(shù)據(jù)、參考文獻(xiàn)等資料。

（2）安全可靠性原則

保障數(shù)據(jù)信息的安全可靠是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要功能，而數(shù)據(jù)信息的可靠性是數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)、處理以及利用的前提。

2 評(píng)價(jià)軟件開發(fā)平臺(tái)、運(yùn)行環(huán)境及結(jié)構(gòu)

（1）開發(fā)平臺(tái)

開發(fā)平臺(tái)的選擇及開發(fā)語言的熟練應(yīng)用是該評(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)的前提。VB（Visual Basic）是Microsoft公司推出的基于Basic語言的可視化編程環(huán)境，以其簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大而備受廣大電腦愛好者青睞。VB具有面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計(jì)工具、面向工具的設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言、事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)等特點(diǎn)。因此，該軟件的編寫采用VB語言。

（2）運(yùn)行環(huán)境

軟件運(yùn)行環(huán)境采用WindowsXP或Windows 7和8系統(tǒng)。

（3）評(píng)價(jià)軟件結(jié)構(gòu)

大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件結(jié)構(gòu)思路圖：以灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法［13］為例，見圖1。

3 評(píng)價(jià)軟件功能介紹

3.1 評(píng)價(jià)軟件的主界面

大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件的主界面如圖2，主菜單包括三種類型的大型灌區(qū)即自流灌區(qū)、抽水灌區(qū)、井渠雙灌灌區(qū)。遵循系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合原則、代表性與獨(dú)立性相結(jié)合原則、動(dòng)態(tài)性與靜態(tài)性相結(jié)合原則、定量與定性相結(jié)合原則、可操作性與指導(dǎo)性相結(jié)合原則，采用綜合法、分解法和交叉法相結(jié)合的方法，確定大型灌區(qū)6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，27個(gè)二級(jí)指標(biāo)，還有各類灌區(qū)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。在二級(jí)指標(biāo)中，每個(gè)指標(biāo)值都有其各自的計(jì)算公式，通過輸入灌區(qū)資料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即可得到各指標(biāo)值。通過G1法［13－14］及變異系數(shù)法［15－16］分別計(jì)算出各級(jí)指標(biāo)的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再用博弈論法［17－18］對其進(jìn)行集合，使得到的綜合權(quán)重更加準(zhǔn)確、可靠。該軟件的主界面反映了該軟件的主要功能。

圖1 大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of the comprehensive evaluation software for operation condition in large-scale ID

圖2 大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件主界面Fig.2 Themain interface of comprehensive evaluation software for operation condition in large-scale ID

3.2 大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)

交口抽渭灌區(qū)主要工程由渠首樞紐、各級(jí)泵站、配電系統(tǒng)、灌溉渠系、排水溝系等組成。樞紐工程由進(jìn)水閘、一級(jí)泵站和河道控導(dǎo)工程三部分組成。灌區(qū)共建有抽排水泵站31座，安裝機(jī)組137臺(tái)（套），總裝機(jī)容量2.96萬kW。其中抽灌泵站25座，安裝機(jī)組108臺(tái)，總裝機(jī)容量2.49萬kW。灌區(qū)分八級(jí)抽水，累計(jì)凈揚(yáng)程86.25 m（總揚(yáng)程39.2 m）；沿渭河左岸建有排水泵5座，主要用于排出灌區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)匯集的地下水，消除內(nèi)澇災(zāi)害。

灌區(qū)灌溉渠系和排水溝系設(shè)置完善。其中灌溉渠系分為干（分干）、支（分支）、斗、分、引五級(jí)，建有總干渠1條，長度36.2 km；分干渠4條，長度55.7 km；事故退水渠1條，長度5.2 km；支渠34條，長度250.5 km；干支渠建筑物1 714座。建有田間斗渠501條，長度935 km；分渠4 944條，長度2 040 km。灌區(qū)排水系統(tǒng)由相排、西排、東排、孝排、南排及直排六大排水系統(tǒng)組成，共有干溝4條，長度87.05 km；支溝55條，長度323.01 km；干支溝各類建筑物1 802座，排水干支溝控制排水面積8.047×104hm2。修建分毛溝592條，長660.65 km，分毛溝建筑物2 018座。

在各灌區(qū)分析研究基礎(chǔ)上，以陜西省交口抽渭灌區(qū)運(yùn)行狀況為例［19］，對灌區(qū)運(yùn)行狀況運(yùn)用軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

表1 大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 The index system for comprehensive evaluation of operation condition in large-scale ID

3.2.1 各級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值以大型抽水灌區(qū)交口抽渭運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)中的2007年節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況為例進(jìn)行軟件開發(fā)研究，各二級(jí)指標(biāo)分別輸入該交口抽渭灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的實(shí)際資料，如圖3所示。截圖時(shí)只以軟件的功能界面為主，而評(píng)價(jià)過程內(nèi)嵌在運(yùn)行程序中。

3.2.2 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算該軟件開發(fā)中在后臺(tái)運(yùn)行計(jì)算過程中嵌入G1法、變異系數(shù)法以及博弈論方法，即用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再用博弈論法將主、客觀權(quán)重進(jìn)行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。以大型抽水灌區(qū)中的交口抽渭灌區(qū)為例，對其一級(jí)權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算運(yùn)行，其計(jì)算界面如圖4所示。同理，可以用該軟件計(jì)算出三類典型灌區(qū)（大型自流灌區(qū)、大型抽水灌區(qū)、大型井渠雙灌灌區(qū)）中的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值、二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值。

二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算如上，以節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況為例，為了方便對比分析，在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了各級(jí)權(quán)重計(jì)算的結(jié)果，以抽水灌區(qū)交口抽渭灌區(qū)為例，其二級(jí)權(quán)重結(jié)果如圖5所示。

表2 交口抽渭灌區(qū)指標(biāo)實(shí)際值Table 2 The actual value of index in Jiaokou ID pumping Weihe River

圖3 交口抽渭灌區(qū)2007年節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況評(píng)價(jià)界面Fig.3 The evaluation interface for water-saving，energy-saving and increasing production in 2007 of Jiaokou ID

圖4 交口抽渭灌區(qū)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算界面Fig.4 The weight calculating interface of first level index in Jiaokou ID

3.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算該軟件開發(fā)中在后臺(tái)運(yùn)行計(jì)算過程中嵌入灰色關(guān)聯(lián)理論理想解法的計(jì)算程序，以大型抽水灌區(qū)中的交口抽渭灌區(qū)為例，可以得到交口抽渭灌區(qū)在2007年—2012年的評(píng)價(jià)結(jié)果相對貼進(jìn)度Bi和級(jí)別，見圖6。

圖5 交口抽渭灌區(qū)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算界面Fig.5 The weight calculation interface of secondary index in Jiaokou ID

圖6 交口抽渭灌區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算界面Fig.6 The calculation interface of evaluation results in Jiaokou ID

從圖6和表4都可以看出：隨著年份的持續(xù)，相對貼近度呈逐步上升趨勢，說明交口抽渭灌區(qū)運(yùn)行狀況隨時(shí)間持續(xù)越來越好。其中2007年交口抽渭灌區(qū)綜合運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)級(jí)別為差，2008—2009年運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)級(jí)別為中等，2010—2012年灌區(qū)運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)級(jí)別為良好，且從2009年以后，相對貼近度的增長幅度較大，表明灌區(qū)的運(yùn)行狀況好轉(zhuǎn)的速度越來越快。這是因?yàn)樽?999年以來，持續(xù)地對灌區(qū)進(jìn)行了續(xù)建配套與節(jié)水改造，其中包括水源工程、輸水設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施和配水系統(tǒng)等方面，同時(shí)對灌區(qū)的運(yùn)行管理力度也不斷加強(qiáng)，將現(xiàn)代化的信息技術(shù)投入管理之中，對灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的重視程度也逐步提高，節(jié)水改造措施的實(shí)施使得灌溉水利用率逐步提高。這些綜合措施的實(shí)施使得灌區(qū)的運(yùn)行狀況朝著健康的方向發(fā)展。

表3 交口抽渭灌區(qū)實(shí)際計(jì)算的指標(biāo)權(quán)重值Table 3 The actual calculated weight values of index in Jiaokou ID

通過大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件計(jì)算得出的交口抽渭灌區(qū)結(jié)果與表3、表4實(shí)際計(jì)算的結(jié)果比較，可以看出評(píng)價(jià)軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果一致，提高了灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的效率。

表4 交口抽渭灌區(qū)在不同年份實(shí)際計(jì)算的評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 The actual calculated evaluation result in different years in Jiaokou ID

4 結(jié)論和討論

（1）目前，可用于大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)研究的方法較多，每種方法都存在自身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。運(yùn)用各種不同的評(píng)價(jià)方法模型，雖然得到的評(píng)價(jià)結(jié)果大致相同，但其評(píng)價(jià)結(jié)果所體現(xiàn)的側(cè)重點(diǎn)有所不同，所以運(yùn)用不同評(píng)價(jià)方法所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果反映灌區(qū)存在的問題也有一定的差異。對于哪種方法最適合灌區(qū)評(píng)價(jià)還需進(jìn)一步研究。此外，對灌區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算過程都比較復(fù)雜，急需開發(fā)大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件。

（2）本文結(jié)合陜西省交口抽渭灌區(qū)的實(shí)際，在全面調(diào)查基礎(chǔ)上，建立了6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，27個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再用博弈論法將主、客觀權(quán)重進(jìn)行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對交口抽渭灌區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行客觀的綜合評(píng)價(jià)，并開發(fā)了適合三類典型灌區(qū)（自流灌區(qū)、抽水灌區(qū)、井渠雙灌灌區(qū)）的運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件。通過實(shí)例驗(yàn)證，可以看出評(píng)價(jià)軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果基本一致，說明該軟件較可靠，提高了灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)的效率。以后應(yīng)結(jié)合不同的評(píng)價(jià)方法努力研究開發(fā)操作性較好的計(jì)算機(jī)軟件，方便灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)者的使用，并在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)軟件的正確性。

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Development research of the comprehensive evaluating software for operation condition of large-scale irrigation district

HU Jian-qiao1，2，WANG Jin-hui3，CHENG Zi-yong4，XUE Lian-qian1，2，Gao Kai3
（1.Civil Engineering Institute，Longdong University，Qingyang，Gansu 745000，China；2.Provincial Key Laboratory of Loess Engineering Properties and Applications，Qingyang，Gansu 745000，China；3.Northwest Survey and Design Institute，Xi’an，Shaanxi 710003，China；4.College of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou，Gansu 730070，China）

Combined with the actual condition of Jiaokou large-scale irrigation district（ID）pumping Weihe River in Shaanxi Province，based on the overall survey，established the evaluation index system as 6 first-level indicators and 27 secondary indicators，utilized the G1 method and variation coefficient method to determine the subjective and objective weights respectively，and then utilized the game theory to fuse and gather the subjective and objective weights，finally determined a set of reasonable comprehensive weights.Using the ideal solution method of the grey relation theory，carried out the comprehensive evaluation for the operation condition of Jiaokou ID，and developed the calculating software of comprehensive evaluation for the operation situation in a arge-scale ID.Taking the Jiaokou ID as the case study，carried out the test and verify.The evaluation software results showed that in 2007，2008，2009，2010，2011 and 2012，the relative closeness degree in Jiaokou were 0，0.1166，0.2468，0.4275，0.6102 and 0.7783 respectively，and the operation status levels were poor，medium，medium，good，good and good，respectively.The evaluation results were basically in accordance with the actual calculated results.With time going，the evaluation level was gradually improved from poor to good and operation condition was better and better in Jiaokou ID.Which was also in accord with the objective reality and the developing rule in this ID.irrigation district The comprehensive evaluation software evaluation results for operation condition in large-scale ID was reliable and correct，itcan be greatly improved the efficiency of comprehensive evaluation in irrigation district.

large-scale irrigation district；operation condition；comprehensive evaluation；ideal solution of the grey relation theory；calculation software

S274.3

A

1000-7601（2016）06-0130-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.20

2016-02-18

甘肅省慶陽市科技局青年科技基金項(xiàng)目（ZJ2014－08）；慶陽市西峰區(qū)科研基金項(xiàng)目（2013－8）；陜西省水利科技項(xiàng)目（2011－8）

胡建橋（1987—），男，甘肅慶陽人，講師，主要從事水工結(jié)構(gòu)及水資源優(yōu)化配置等研究。E-mail：57268785＠qq.com。

王錦輝（1989—），男，陜西岐山人，碩士，主要從事水資源評(píng)價(jià)與土地整理方面的研究。E-mail：460033572＠qq.com。