樂(lè)志華，邵東國(guó)，李浩鑫，徐保利(武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072)

0 引 言

1998年，我國(guó)啟動(dòng)大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在解決灌區(qū)渠系及建筑物工程老化不配套、灌區(qū)管理體制不完善等問(wèn)題，提高灌區(qū)用水效率及抗災(zāi)減災(zāi)能力，保障灌區(qū)糧食生產(chǎn)安全。由于灌區(qū)節(jié)水改造涉及因素多、投資大，其實(shí)施方案是否經(jīng)濟(jì)合理、工程建設(shè)是否發(fā)揮效益，都需要有科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)分析[1-5]，為決策部門(mén)制訂合理的灌區(qū)管理措施和節(jié)水改造措施提供依據(jù)。

大型灌區(qū)節(jié)水改造綜合評(píng)價(jià)屬于多指標(biāo)、多目標(biāo)評(píng)價(jià)問(wèn)題，用直觀對(duì)比分析法往往難以獲得理想結(jié)果，需要采用綜合評(píng)價(jià)方法[6,7]。而指標(biāo)權(quán)重的確定對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性起著至關(guān)重要的作用，目前諸多的綜合評(píng)價(jià)方法中所依據(jù)的權(quán)重主要采用兩類(lèi)方法確定，即主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法。其中主觀賦權(quán)的方法主要有層次分析法、專(zhuān)家評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)法等，客觀賦權(quán)的方法主要有因子分析法、突變理論、熵值法等[8,9]。主觀賦權(quán)依賴于專(zhuān)家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，權(quán)重確定受人為因素干擾較大；而客觀賦權(quán)單純利用指標(biāo)的客觀信息確定權(quán)重，可以有效消減人為干擾?？紤]到主觀賦權(quán)的缺點(diǎn)，本文選用客觀賦權(quán)方法-改進(jìn)熵值法進(jìn)行灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)，既可以克服主觀賦權(quán)法無(wú)法避免的隨機(jī)性、臆斷性問(wèn)題，還可以有效解決多指標(biāo)變量間信息的重疊問(wèn)題。

本文依據(jù)漳河灌區(qū)節(jié)水改造以來(lái)2000-2013年的工程建設(shè)與管理運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)熵值法，對(duì)灌區(qū)節(jié)水改造后的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析灌區(qū)改造后用水效率以及綜合效益的變化，尋找灌區(qū)綜合效益的主控因素，為調(diào)整灌區(qū)改造的目標(biāo)、布局、投資方向提供參考。

1 漳河灌區(qū)基本概況

漳河灌區(qū)地處湖北江漢平原西北部，水資源豐富，耕地面積達(dá)17.368萬(wàn)hm2，以水稻、小麥、棉花、油菜為主要種植作物，是湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)之一。灌區(qū)建成于1966年，形成以漳河水庫(kù)為骨干，中小型水利設(shè)施為基礎(chǔ)，提水泵站作補(bǔ)充的大、中、小相結(jié)合，蓄、引、提相配合的水利灌溉網(wǎng)。運(yùn)行多年后，灌區(qū)渠系及建筑物工程老化失修、灌溉面積萎縮、水資源浪費(fèi)等問(wèn)題突出。為保障灌區(qū)的供水、灌溉、糧食生產(chǎn)等功能，從1998年開(kāi)始實(shí)施灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)，規(guī)劃工程總投資18.36億元。

2 基于改進(jìn)熵值法的漳河灌區(qū)合評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立

灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要能綜合反映灌區(qū)運(yùn)行狀況，投資效果[10]。本文依據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造對(duì)作物種植結(jié)構(gòu)、輸水灌水過(guò)程、灌區(qū)運(yùn)行管理，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出四個(gè)方面的作用，遵循指標(biāo)選取的實(shí)用性、代表性、科學(xué)性等原則，結(jié)合節(jié)水改造項(xiàng)目的特點(diǎn)及工程項(xiàng)目管理的目標(biāo)要求，構(gòu)建漳河灌區(qū)節(jié)水改造綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[11-14]。改進(jìn)熵值法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1)從種植情況、節(jié)水效益、運(yùn)行管理、經(jīng)濟(jì)效益4個(gè)角度(準(zhǔn)則層)選取11個(gè)指標(biāo)(指標(biāo)層)作為灌區(qū)節(jié)水改造綜合評(píng)價(jià)(目標(biāo)層)的依據(jù)。各指標(biāo)的涵義見(jiàn)表1。

圖1 灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation indexes of the comprehensive benefit evaluation

2.2 改進(jìn)熵值法的基本原理和計(jì)算步驟

在信息論中，信息熵描述了樣本數(shù)據(jù)變化的相對(duì)速率，數(shù)據(jù)的離散程度越大，信息熵越小，其提供的信息量越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大，其權(quán)重也應(yīng)越大；反之，各指標(biāo)值差異越小，信息熵就越大，其提供的信息量則越小，該指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響也越小，其權(quán)重亦應(yīng)越小，改進(jìn)熵值法即是依據(jù)該原理來(lái)確定權(quán)重的一種評(píng)價(jià)方法[15-17]。在綜合評(píng)價(jià)中由此得到的指標(biāo)權(quán)重描述了指標(biāo)數(shù)值變化的相對(duì)幅度[15]。

表1 灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)涵義Tal.1 Definitions of indexes of the comprehensive benefit evaluation

傳統(tǒng)熵值法計(jì)算過(guò)程中包含對(duì)數(shù)和熵的運(yùn)算，常因指標(biāo)數(shù)據(jù)中的負(fù)值或極端值不能直接計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重值，而改進(jìn)熵值法彌補(bǔ)了這一缺陷。所以本文依據(jù)熵值法改進(jìn)的研究成果[18-20]，使用改進(jìn)熵值法對(duì)漳河灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)。

改進(jìn)熵值法計(jì)算步驟：

(1)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)處理。

越大越優(yōu)指標(biāo)，x′ij=xij

(1)

(2)

(2)借助標(biāo)準(zhǔn)化處理法消除指標(biāo)的量綱差異：

(3)

式中：μj代表該指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值；σj代表該指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差；x″為經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；m為方案?jìng)€(gè)數(shù)；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值常存在負(fù)數(shù)，需要將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值進(jìn)行平移：

Zij=x″ij+k

(4)

式中：Zij為平移后的指標(biāo)值；k為平移值。一般地x″ij的范圍在-5～5之間，k的取值可以在0～5之間；

(3)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)年份的占該指標(biāo)的比重pij：

(5)

(4)第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值ej：

(6)

(5)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重ωj：

(7)

(6)計(jì)算第i個(gè)年份綜合評(píng)價(jià)得分Fi：

(8)

2.3 基于改進(jìn)熵值法的漳河灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)改進(jìn)熵值法對(duì)漳河灌區(qū)節(jié)水改造后14個(gè)年份11個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各年份占指標(biāo)的比重值、指標(biāo)的權(quán)重值以及14個(gè)年份的綜合評(píng)價(jià)得分排序，見(jiàn)表2和表3。

由式(5)求出的第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)年份占該指標(biāo)的比重值反應(yīng)的是不同年份在同一指標(biāo)下的差異,該值越大，說(shuō)明節(jié)水改造后第i個(gè)年份的該指標(biāo)現(xiàn)狀相對(duì)于其他年份越好。結(jié)果顯示，灌區(qū)節(jié)水改造后，11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)現(xiàn)狀除水費(fèi)實(shí)收率之外，都有大幅度改善。糧食作物比例、渠道防滲率、田間水利用系數(shù)、單位灌溉面積糧食產(chǎn)量均在2012、2013年該值達(dá)最大，即這兩個(gè)年份該項(xiàng)指標(biāo)現(xiàn)狀優(yōu)于其他年份。說(shuō)明灌區(qū)自1998年節(jié)水改造以來(lái)，作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、渠道的襯砌防滲、田間節(jié)水等改造成效顯著。分析漳河灌區(qū)2000-2013年農(nóng)業(yè)灌溉引水量的變化，發(fā)現(xiàn)灌區(qū)節(jié)水改造后農(nóng)業(yè)灌溉引水量整體呈下降趨勢(shì)，這為緩解日益加劇的工農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水矛盾以及擴(kuò)大灌區(qū)供水效益提供了機(jī)會(huì)。

表2 灌區(qū)各指標(biāo)的權(quán)重值及第j個(gè)年份在第i項(xiàng)指標(biāo)下占的比重Tab.2 The weight value and proportion of each index of irrigation district

表3 灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)得分與排序Tab.3 Goals and rankings of the comprehensive evaluation

指標(biāo)的權(quán)重反映了指標(biāo)在評(píng)價(jià)過(guò)程中的重要程度，權(quán)重越大，說(shuō)明該指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用越大。從表2可以看出指標(biāo)的權(quán)重值范圍在0.80～0.94，差異較小，即各指標(biāo)在評(píng)價(jià)中對(duì)節(jié)水改造綜合效益貢獻(xiàn)均衡，說(shuō)明灌區(qū)節(jié)水改造均衡發(fā)展。

表3為灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)的最終結(jié)果，得分越高，表示灌區(qū)節(jié)水改造綜合效益就越好。從2000-2010年灌區(qū)的綜合得分逐步上升，說(shuō)明該階段灌區(qū)經(jīng)過(guò)節(jié)水改造工程建設(shè)，各水利設(shè)施得到修復(fù)，管理運(yùn)行結(jié)構(gòu)得到完善，綜合效益持續(xù)增長(zhǎng)。2010-2013年灌區(qū)綜合效益呈下降趨勢(shì)，分析原因發(fā)現(xiàn)灌區(qū)區(qū)域內(nèi)自2010起連續(xù)5年干旱，導(dǎo)致灌區(qū)整體效益下降。由于灌區(qū)本身屬低丘陵區(qū)，沖溝短淺、蓄水有限，其抗旱能力低；但從評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌區(qū)2010年雖受干旱影響，但相對(duì)2009年綜合效益依然先有增長(zhǎng)，隨后才逐漸下降，說(shuō)明灌區(qū)節(jié)水改造后，抗旱能力得到提升，但依然不足，需要繼續(xù)加強(qiáng)灌區(qū)抗旱蓄水工程的建設(shè)。

2.4 灌區(qū)綜合效益主控因素分析

為分析影響灌區(qū)綜合效益的主要因素，利用改進(jìn)熵值法對(duì)灌區(qū)種植情況、節(jié)水效益、運(yùn)行管理、經(jīng)濟(jì)效益4項(xiàng)指標(biāo)(準(zhǔn)則層)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)得分計(jì)算并排序，最終評(píng)價(jià)排序結(jié)果見(jiàn)表4。分析準(zhǔn)則層4項(xiàng)指標(biāo)各年份的排序與相應(yīng)年份灌區(qū)綜合排序，發(fā)現(xiàn)灌區(qū)的運(yùn)行管理該指標(biāo)的排序波動(dòng)對(duì)灌區(qū)綜合排序影響小，如2000、2013年運(yùn)行管理排序分別為5和13,2000、2013年灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)排序卻分別為12和4；但各年份灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)排序與作物種植、節(jié)水效益、經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)指標(biāo)排序相當(dāng)，說(shuō)明作物種植、節(jié)水效益、經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)指標(biāo)排序?yàn)橛绊懝鄥^(qū)綜合排序的主要因素。所以灌區(qū)綜合效益的主控因素為作物種植、節(jié)水效益、經(jīng)濟(jì)效益，在作物種植結(jié)構(gòu)、節(jié)水、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出3個(gè)方面情況的改善可促進(jìn)灌區(qū)綜合效益的提高。

表4 灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層排序Tab.4 Ranks of the comprehensive evaluation of criterion layer

3 結(jié) 論

本文在構(gòu)建灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，建立了基于改進(jìn)熵值法的灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)方法。主要結(jié)論有：

(1)根據(jù)漳河灌區(qū)的實(shí)際情況，選取能綜合反映灌區(qū)綜合效益的11個(gè)指標(biāo)，并根據(jù)指標(biāo)的屬性將指標(biāo)分類(lèi)，建立灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。

(2)應(yīng)用改進(jìn)熵值法評(píng)價(jià)漳河灌區(qū)綜合效益，得到灌區(qū)11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重以及14個(gè)年份的綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果。結(jié)果分析表明漳河灌區(qū)節(jié)水改造工程取得良好的成效，糧食生產(chǎn)能力及用水效率都得到提高，灌區(qū)水利設(shè)施狀況得到改善。評(píng)價(jià)結(jié)果與灌區(qū)實(shí)際情況相符合，也驗(yàn)證了改進(jìn)熵值法應(yīng)用與灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)的合理性。

(3)通過(guò)分析灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)得分與準(zhǔn)則層排序，得到灌區(qū)綜合效益的主控因素為種植情況、節(jié)水效益、經(jīng)濟(jì)效益三個(gè)方面，說(shuō)明漳河灌區(qū)整體建設(shè)水平依然不高，并依此提出灌區(qū)建設(shè)意見(jiàn)。

(4)本文在綜合評(píng)價(jià)時(shí)，缺乏衡量灌區(qū)生態(tài)環(huán)境效益的指標(biāo)，需要在后續(xù)的討論研究中進(jìn)一步完善。

□

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