郭 剛

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211）

基于AHP評(píng)價(jià)渠道輸水性能因素權(quán)重確定

郭 剛

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211）

文章通過AHP層析分析法，結(jié)合灌區(qū)具體干渠運(yùn)行情況，對(duì)影響渠道輸水性能的四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。利用Matlab7.0計(jì)算軟件分析得出：渠道糙率的權(quán)重為0.1089，滲透系數(shù)的權(quán)重為0.4405，渠道流量的權(quán)重為0.3703，環(huán)境影響的權(quán)重為0.0803。通過評(píng)價(jià)結(jié)果可以確定滲透系數(shù)和渠道流量對(duì)輸水性能的影響比較明顯，在今后的渠道運(yùn)行管理工作中，可以加強(qiáng)渠道的防滲處理工作，減低糙率，同時(shí)按照設(shè)計(jì)流量行水，確保渠道安全穩(wěn)定和提高水資源利用率，以此，不斷推進(jìn)灌區(qū)節(jié)水事業(yè)深入發(fā)展。

AHP；輸水性能；分析評(píng)價(jià)；權(quán)重系數(shù)

渠道輸水能力對(duì)灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益有直接的影響，渠道輸水性能越好，說明灌區(qū)渠道滲漏損失越小，越節(jié)約灌溉用水，水資源利用率越高。目前，反映灌區(qū)渠道輸水性能高低最直接的參數(shù)就是渠系水利用系數(shù)，系數(shù)越高，輸水性能越好。由于渠系水利用系數(shù)的測(cè)定過程比較繁瑣，不僅測(cè)定方法工作量大，而且測(cè)定時(shí)間、頻次也較多，相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間。近幾年，有人對(duì)渠道輸水性能進(jìn)行了大量研究，徐詩涵等［1-2］通過運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)的方法對(duì)響水灌區(qū)4條干渠輸水性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，渠道防滲處理作為降低渠道輸水損失最為重要的措施應(yīng)予以重視。本文通過結(jié)合昌馬灌區(qū)南干支渠渠道利用效率和灌溉水利用現(xiàn)狀，利用AHP層析分析法，建立具有安全性和渠系水利用率兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，并分析其影響因子所占的權(quán)重系數(shù)。最終，利用其分析結(jié)果了解影響灌區(qū)渠道輸水能力的主要因子，找出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)一步提高該因子所占的權(quán)重，以此加強(qiáng)渠道的輸水能力，節(jié)約水資源，并為灌區(qū)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。

1 層析分析法（AHP）

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是一種將定性問題進(jìn)行定量分析較實(shí)用的多準(zhǔn)則、多目標(biāo)的決策方法［3-6］，該方法將復(fù)雜的、主觀的問題進(jìn)行量化，用數(shù)量的方式表達(dá)和處理，把將要分析的問題分解為若干層次和若干因素，并且在各因素之間進(jìn)行簡單的比較和計(jì)算，利用模型計(jì)算每一層次相對(duì)重要性權(quán)重并加以排序，最后根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行決策和確定選擇解決問題的措施。

2 層析分析法確定權(quán)重及建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 渠道輸水性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

渠道輸水性能評(píng)價(jià)的主要目的在于評(píng)判渠道的安全性和利用率，在對(duì)渠道整體輸水性能評(píng)價(jià)時(shí)需先對(duì)每個(gè)影響因子進(jìn)行分析并確定自身評(píng)價(jià)結(jié)果，通過分析影響輸水性能的各項(xiàng)因子，利用層析分析法確定各個(gè)因素的相對(duì)重要性權(quán)重，進(jìn)而得出輸水性能整體評(píng)價(jià)結(jié)果。

層析分析法主要有3層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。渠道輸水性能評(píng)價(jià)主要分為確定輸水性能影響因子權(quán)重和分析整體輸水性能，準(zhǔn)則層主要包括安全性和利用率兩個(gè)判斷矩陣，評(píng)價(jià)對(duì)象層有渠道糙率、滲透系數(shù)、渠道流量和環(huán)境影響，在確定判斷矩陣時(shí)，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)評(píng)分等級(jí)計(jì)分，確定具體單個(gè)因子的權(quán)重值，最后，進(jìn)行權(quán)重組合確定綜合權(quán)重。用層次分析法確定的各個(gè)權(quán)重因子構(gòu)造遞階層次關(guān)系如圖1所示。

2.2 層次兩兩比較判斷矩陣

層次遞階結(jié)構(gòu)模型建立之后，按照1～9標(biāo)度法定義各個(gè)標(biāo)度見表1。

圖1 渠道輸水性能各個(gè)因子權(quán)重遞階層次結(jié)構(gòu)圖

表1 判斷矩陣標(biāo)度及定義

假設(shè)對(duì)象評(píng)價(jià)層有 n個(gè)對(duì)象 x=｛x1，x2，x3，x4，…，xn｝對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，每一次使用評(píng)價(jià)對(duì)象中的兩個(gè)因子進(jìn)行相互比較，也就是說，aij表示xi和xj所在準(zhǔn)則層中的影響之比，然后將對(duì)比結(jié)果按照矩陣標(biāo)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定判斷矩陣為A：

2.3 單一指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

對(duì)于判斷矩陣A=｛aij｝，應(yīng)該滿足以下兩個(gè)條件（1）正互反性： aij＞0； aij=1aji； aii=1； （2）一致性： aij·ajk=aik， i； j； k=1， 2， …n； 滿足上面條件的就是一致性判斷矩陣［3-4］。然后，采用方根法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并求得判斷矩陣歸一化特征向量和最大特征值，具體計(jì)算公式如下：

在判斷矩陣特征向量和最大特征值求出之后，需要對(duì)權(quán)重合理性進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性檢驗(yàn)采用的指標(biāo)為為一般一致性指標(biāo)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，一般而言，對(duì)于低階判斷矩陣（階數(shù)n≦15），其平均隨機(jī)一致性指標(biāo)可以查表2得到［7-8］。當(dāng) CR=0時(shí)，A具有完全一致性；當(dāng)CR＜0.1時(shí)，即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R I值

2.4 目標(biāo)綜合權(quán)重計(jì)算

在單一準(zhǔn)則條件下目標(biāo)權(quán)重確定之后，將上層權(quán)重?cái)?shù)與對(duì)應(yīng)本層各元素的權(quán)重?cái)?shù)進(jìn)行加權(quán)和，所得該層元素在總目標(biāo)當(dāng)中的組合權(quán)重，即渠道輸水性能在安全性指標(biāo)與利用率指標(biāo)下的綜合權(quán)重為wi

3 昌馬灌區(qū)支干渠輸水性能評(píng)價(jià)

3.1 建立遞階層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建兩兩判斷矩陣

根據(jù)以上方法和確定原則，以南干渠一分干渠作為評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)合近年來渠道運(yùn)行工況現(xiàn)狀值，利用專家和管理人員自上而下對(duì)渠道輸水性能各層指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，最終確定量化之后的判斷矩陣。首先根據(jù)安全性和渠道利用率進(jìn)行評(píng)分，結(jié)合標(biāo)度建立兩兩判斷矩陣A見表3。

表3 一級(jí)準(zhǔn)則層判斷矩陣A

一級(jí)準(zhǔn)則層判斷矩陣建立之后，進(jìn)一步建立二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣，根據(jù)專家和管理維護(hù)人員評(píng)分結(jié)果，對(duì)安全性指標(biāo)B1建立判斷矩陣見表4。

表4 二級(jí)安全性判斷矩陣B1

根據(jù)建立的遞階層次評(píng)價(jià)體系，綜合考慮各個(gè)因子對(duì)渠道利用率高低的影響，建立利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣 B2見表5。矩陣一致性要求需要對(duì)判斷矩陣特征解進(jìn)行單層次一致性檢驗(yàn)，以確定建立的判斷矩陣是否符合層次分析法確定權(quán)重的合理性要求。

表5 二級(jí)利用率判斷矩陣B2

3.2 計(jì)算各層指標(biāo)權(quán)重并做一致性檢驗(yàn)

按照層次分析法確定因素權(quán)重的的方法，建立一級(jí)準(zhǔn)則層判斷矩陣A并計(jì)算特征向量和最大特征值，并求得渠道輸水性能安全指標(biāo)和渠道利用率指標(biāo)的權(quán)重。

所以，渠道輸水性能評(píng)價(jià)安全性指標(biāo)和利用率指標(biāo)在整體評(píng)價(jià)中占的權(quán)重因子為A=［w1w2］=［0.83 0.17］。在考慮各個(gè)因子對(duì)安全性和利用率影響權(quán)重時(shí)，由于評(píng)價(jià)對(duì)象的個(gè)數(shù)為4，故建立的安全性判斷矩陣和利用率判斷矩陣都是4階矩陣，利用數(shù)學(xué)軟件Matlab7.0計(jì)算得到各因子權(quán)重值，見表6。

表6 渠道輸水性能各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

經(jīng)過計(jì)算安全性和利用率準(zhǔn)則判斷矩陣B1和B2的最大特征值分別為 λmax1=4和 λmax2=4.14，一致性指標(biāo)檢驗(yàn)，查一致性指標(biāo)RI=0.89，則一致性指標(biāo)檢驗(yàn) CR=CI2/RI=0.053＜0.1，符合單層次一致性要求。

3.3目標(biāo)綜合權(quán)重計(jì)算

渠道輸水性能各個(gè)影響因子在準(zhǔn)則層中所占的權(quán)重確定之后，計(jì)算得各因子渠道輸水性能中綜合權(quán)重見表7。說明判斷矩陣B1符合完全一致性要求；判斷矩陣 B2：cI2=

表7 渠道輸水性能各指標(biāo)綜合權(quán)重系數(shù)

通過分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)反映渠道輸水性能高低的幾個(gè)影響因子所起的作用各不相同，其中：渠道糙率的權(quán)重為0.1089，滲透系數(shù)的權(quán)重為 0.4405，渠道流量的權(quán)重為0.3703，環(huán)境影響的權(quán)重為0.0803。

4 結(jié)論

安全性和水資源利用率指標(biāo)作為評(píng)價(jià)渠道輸水能力的重要指標(biāo)，必須在建設(shè)過程和運(yùn)行管理中重視起來。本文通過結(jié)合灌區(qū)干渠運(yùn)行情況，重點(diǎn)對(duì)影響南干渠一分干渠輸水性能的各個(gè)因子進(jìn)行了AHP層析分析法權(quán)重確定。通過研究表明，渠道滲透系數(shù)和渠道流量對(duì)南干渠一分干渠道輸水性能的影響比較明顯，分別為0.4405和0.3703。后期，為了更好的提高一分干渠的輸水性能，管理人員不斷加強(qiáng)了部分渠道防滲處理，以及嚴(yán)格按照渠道設(shè)計(jì)流量行水，目前，渠道輸水性能良好，安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，可以把評(píng)價(jià)結(jié)果作為今后開展灌區(qū)管理和維護(hù)的依據(jù)，從最科學(xué)的角度，分清楚輕重緩急，降低主要影響因素對(duì)輸水性能的不穩(wěn)定影響。

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TV672

A

1672-2469（2017）10-0105-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.029

2017-04-02

郭 剛（1968年-）男，工程師。