程 雪

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125200)

水資源的高效利用為灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)的關(guān)鍵內(nèi)容，通過(guò)選擇合適的指標(biāo)構(gòu)建多目標(biāo)、多因素評(píng)價(jià)體系，利用科學(xué)的方法評(píng)價(jià)灌區(qū)運(yùn)行狀況和綜合效益，對(duì)于保證灌區(qū)水資源的高效利用和優(yōu)化配置具有重要意義[1]。因此，選擇科學(xué)的研究方法及構(gòu)建系統(tǒng)、全面的評(píng)價(jià)體系，為灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)過(guò)程中具有重要環(huán)節(jié)[2]。在灌區(qū)運(yùn)行狀態(tài)和綜合效益影響評(píng)價(jià)方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，如馮峰等[3]基于多目標(biāo)多層次優(yōu)選理論和半結(jié)構(gòu)性水資源效益評(píng)價(jià)體系，綜合評(píng)價(jià)了陜西省某灌區(qū)的用水效益；李佩成等[4]建立了適用于半干旱與干旱地區(qū)的灌區(qū)效益評(píng)價(jià)體系，對(duì)灌區(qū)效益利用AHP法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；邵付偉等[5]人則是對(duì)潘莊灌溉區(qū)的水利設(shè)施工程當(dāng)前的輸水情況、環(huán)境狀態(tài)等因素進(jìn)行了研究；費(fèi)良軍等[6]綜合評(píng)價(jià)了陜西省具有代表性的灌區(qū)運(yùn)行狀態(tài)，從而確定了灌區(qū)不同年份的運(yùn)行狀態(tài)。

目前，模糊評(píng)價(jià)理論和AHP法為灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)最為常用的方法，這些方法通常是根據(jù)專(zhuān)家判斷確定各參數(shù)權(quán)重，而未考慮各因素間的客觀(guān)聯(lián)系，因此評(píng)價(jià)結(jié)果具有較強(qiáng)的主觀(guān)性。另外，確定的指標(biāo)針對(duì)性較低且評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有模糊性特征，對(duì)于灌區(qū)綜合效益還未系統(tǒng)、完善的評(píng)價(jià)體系和研究方法[8- 13]。鑒于此，針對(duì)上述問(wèn)題本文提出了灰色關(guān)聯(lián)度和AHP法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)法，綜合考慮客觀(guān)性與主觀(guān)性評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系，然后以王石灌區(qū)為例，綜合評(píng)價(jià)了灌區(qū)運(yùn)行狀況和綜合效益水平。

1 研究方法

1.1 AHP層次分析法

層次分析法可將待評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素按照達(dá)到目標(biāo)的程度和問(wèn)題的性質(zhì)分解為若干個(gè)層次，通過(guò)對(duì)比分析兩兩元素間的相對(duì)重要性構(gòu)造具有一定關(guān)聯(lián)性的遞階層次結(jié)構(gòu)。換而言之，該方法是按照一定原則和流程將復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分解，然后根據(jù)各元素之間的隸屬度關(guān)系建立結(jié)構(gòu)層次模型，采用1～9標(biāo)度法對(duì)比分析兩兩因素的重要性，按照判斷準(zhǔn)則建立準(zhǔn)則層各因素的判斷矩陣A，其標(biāo)度準(zhǔn)則見(jiàn)表1，aij代表i與j評(píng)價(jià)因子的對(duì)比分析值。

表1 兩兩元素的重要性標(biāo)度準(zhǔn)則

通過(guò)對(duì)兩兩元素之間的相對(duì)重要性分析構(gòu)造判斷矩陣并確定各參數(shù)權(quán)重，為檢驗(yàn)各參數(shù)的合理性與科學(xué)性還需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其表達(dá)式如下：

(1)

(2)

式中，RI、CR、CI—分別代表隨機(jī)一致性標(biāo)準(zhǔn)值、比率與指標(biāo)值；λmax、n—分別代表判斷矩陣的特征值與階數(shù)。

選擇CR<0.10作為平均一致性檢驗(yàn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，符合該標(biāo)準(zhǔn)則各參數(shù)權(quán)重可用于灌區(qū)效益評(píng)價(jià)分析；若不滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)則重新調(diào)整判斷矩陣，直至滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)要求停止運(yùn)算。針對(duì)滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理即可確定為各參數(shù)權(quán)重。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)度法

灰色關(guān)聯(lián)度法可根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小、次序反映對(duì)比序列與參考序列之間的“優(yōu)劣關(guān)系”，因具有操作簡(jiǎn)便、理論清晰、機(jī)損簡(jiǎn)單及對(duì)樣本量要求低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多因素強(qiáng)弱、次序與大小的計(jì)算分析。因素間的關(guān)聯(lián)度越大則樣本數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)越相同，反之則變化趨勢(shì)相反。采用關(guān)聯(lián)度法評(píng)價(jià)灌區(qū)效益的具體步驟如下：

步驟一：歸一化處理。設(shè)影響灌區(qū)效益總目標(biāo)的參考序列為x0(k);k=1，2，3，…，M，其中灌區(qū)的分區(qū)數(shù)為M；比較指標(biāo)為xi(k);k=1，2，3，…，n，其中n為效益評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)。由于不同指標(biāo)的量綱不同而無(wú)法直接用于效益的計(jì)算，所以需要先采用下式進(jìn)行歸一化處理，即：

(3)

步驟二：計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。根據(jù)下式計(jì)算確定參考指標(biāo)x0(k)和比較指標(biāo)xi(k)之間灰關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ(xi)，即：

(4)

式中，ρ—能夠減少極值影響的分辨系數(shù)，ρ值通常在為0～1范圍，根據(jù)文獻(xiàn)資料取0.5；Δmin、Δmax—分別為兩級(jí)別間的最小差與最大差；Δ0i(k)—參考序列與綜合效益評(píng)價(jià)最優(yōu)指標(biāo)值之差。

步驟三：根據(jù)關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果和大小排序確定各比較序列相對(duì)于參考序列的“優(yōu)劣”程度，計(jì)算不同標(biāo)準(zhǔn)下灌區(qū)綜合效益狀況。

2 實(shí)例分析

王石灌區(qū)位于遼寧省葫蘆島市綏中縣境內(nèi)，東臨興城市，西至石河，北依燕山，南臨渤海，處于E119°34′-120°37′，N39°51′-40°32′范圍。屬于北溫帶大陸性氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑，多年平均溫度9.1℃。多年平均降雨量619.5mm且在年內(nèi)分配極不均衡，降水量最少與最多月份出現(xiàn)在12月和7月，其中82%的年降水量集中在每年的6—9月汛期。灌區(qū)年均蒸散發(fā)1227.0mm，而4—5月份蒸發(fā)量占全年的41.5～42.4%，經(jīng)常出現(xiàn)春旱現(xiàn)象。灌區(qū)內(nèi)無(wú)霜期181d，年均濕度62%，日照時(shí)數(shù)2693h，最大凍深度為1.1m。灌區(qū)土壤分為棕壤土、草甸土、沼澤土、水稻土、砂壤土五個(gè)土壤類(lèi)型，灌區(qū)北部及西部丘陵區(qū)系由前震旦系混合花崗巖組成的地區(qū)，表層巖石風(fēng)化程度很大，透水性好，粘性差，部分地段有堅(jiān)硬巖石裸露，丘陵區(qū)渠道多為挖方渠道，邊坡穩(wěn)定性差，滲漏損失大，浪費(fèi)水嚴(yán)重且容易淤積。

灌區(qū)東西長(zhǎng)36km，南北寬29km，區(qū)內(nèi)總耕地40.2萬(wàn)畝，規(guī)劃節(jié)水面積31.2萬(wàn)畝，其中水田、麥田、菜田、玉米以及其他作物面積分別為4.0、2.0、2.5、11.0與1.5萬(wàn)畝。天然降水為形成灌區(qū)內(nèi)河流徑流的主要因素，小河流多季節(jié)性河流，灌區(qū)內(nèi)有流域面積100km2以上河流5條，由東至西依次為：六股河、王寶河、貓眼河、狗河、石河。多年平均過(guò)境水量為3.216億m3，徑流量1.384億m3，總徑流量為4.6億m3。地表水資源可供水量為12989.1萬(wàn)m3，地下水可利用量4586.4萬(wàn)m3，水資源可利用總量為17575.5萬(wàn)m3。渠系工程現(xiàn)有總干渠2條長(zhǎng)53.9km，建筑物254座，已襯砌長(zhǎng)度7.9km；干渠17條長(zhǎng)113.94km，建筑物422座，已襯砌長(zhǎng)度16.88km；支渠57條長(zhǎng)114.5km，建筑物1142座，灌溉水利用系數(shù)0.58。水源工程以龍屯、大風(fēng)口兩座大(Ⅱ)型水庫(kù)和大官攔河引水、六股河攔河引水為骨干水源工程，灌區(qū)內(nèi)7處小型攔河引水工程為輔助水源工程。充分利用過(guò)境水量、區(qū)內(nèi)徑流量、灌區(qū)回歸水量，初步形成了能夠跨流域調(diào)，梯級(jí)開(kāi)發(fā)綜合利用的供水網(wǎng)絡(luò)。

王石灌區(qū)普遍存在灌溉方式粗放、灌水技術(shù)落后、渠系分布不合理、輸水損失大及工程設(shè)施老化失修等問(wèn)題，嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)灌溉的正常運(yùn)行和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。為有效降低灌區(qū)有限的水資源必須推廣高新節(jié)水灌溉、灌溉輸水、渠系防滲等連續(xù)配套節(jié)水改造。為了更好的了解灌區(qū)節(jié)水改造各項(xiàng)技術(shù)的綜合效益和運(yùn)行狀況，采用文中所述方法綜合評(píng)價(jià)了灌區(qū)不同年份的綜合效益，以期為提高灌區(qū)用水效率和水資源優(yōu)化配置提供一定參考依據(jù)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造相關(guān)資料及其實(shí)際運(yùn)行狀況，在遵循系統(tǒng)性、可行性、科學(xué)性、合理性及客觀(guān)性原則的基礎(chǔ)上，從生態(tài)、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)層面選擇灌溉水利用系數(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備占有率、森林覆蓋率等因素等18項(xiàng)典型指標(biāo)，然后結(jié)合層次結(jié)構(gòu)框架構(gòu)建灌區(qū)效益評(píng)價(jià)體系見(jiàn)表2。

表2 灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)體系

2.2 灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)

在實(shí)地調(diào)研過(guò)程中統(tǒng)計(jì)整理王石灌區(qū)2005年、2010年、2015年、2017年各參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，然后對(duì)層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)體系中因素層、準(zhǔn)則層各參數(shù)權(quán)重利用AHP法進(jìn)行計(jì)算，按照標(biāo)度準(zhǔn)則建立各層次評(píng)價(jià)因素的判斷矩陣見(jiàn)表3—4。

表3 準(zhǔn)則層相對(duì)隸屬度矩陣

表4 經(jīng)濟(jì)效益準(zhǔn)則下各參數(shù)的相對(duì)隸屬度矩陣

表3—4中，準(zhǔn)則層各參數(shù)的最大特征根λmax=3.30，按照文中所述計(jì)算式確定CR值為0.03，可見(jiàn)根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)和判斷準(zhǔn)則建立的判斷矩陣具有一定的科學(xué)性與合理性。結(jié)合因素層各指標(biāo)的具體內(nèi)涵和特征，對(duì)該層次各參數(shù)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，如經(jīng)濟(jì)效益準(zhǔn)則層下各參數(shù)的判斷矩陣見(jiàn)表3，經(jīng)一致性檢驗(yàn)計(jì)算確定滿(mǎn)足合理性要求的經(jīng)濟(jì)效益各指標(biāo)權(quán)重，依次類(lèi)推確定其他各參數(shù)的權(quán)重。采用文中所述一致性檢驗(yàn)方法，計(jì)算得到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益權(quán)重依次為0.633、0.262與0.105。通過(guò)對(duì)因素層、準(zhǔn)則層各參數(shù)權(quán)重的加權(quán)運(yùn)算，計(jì)算確定各參數(shù)最終的權(quán)重見(jiàn)表5。

表5 因素層權(quán)重與綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

結(jié)合關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式確定王石灌區(qū)不同年份各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度，然后將各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和權(quán)重值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算求得各指標(biāo)在每一年的綜合關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表6。

表6 王石灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表5可知，按照從大到小的次序?qū)⑼跏鄥^(qū)不同年份的綜合效益排序?yàn)椋?017年、2015年、2010年與2005年，所對(duì)應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)值依次為0.9725、0.5680、0.2312、0.1758。研究表明，王石灌區(qū)綜合效益在研究期間總體表現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，該評(píng)價(jià)結(jié)果與灌區(qū)實(shí)際狀況基本保持一致，灌區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益符合水資源優(yōu)化配置要求，所建立的評(píng)價(jià)體系和研究方法具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性，可為其他類(lèi)似灌區(qū)的效益評(píng)價(jià)和水資源管理提供一定參考。

3 結(jié)論

本文將灰色關(guān)聯(lián)法、AHP法相結(jié)合計(jì)算確定各參數(shù)的綜合權(quán)重，綜合考慮定量與定性指標(biāo)，從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)3個(gè)層次構(gòu)建了系統(tǒng)、全面的評(píng)價(jià)體系，以王石灌區(qū)為例綜合評(píng)價(jià)其效益狀況。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法和層次分析法計(jì)算確定的各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性與客觀(guān)性，有效解決了傳統(tǒng)的AHP法存在的主觀(guān)性影響。2017年王石灌區(qū)的綜合效益評(píng)價(jià)值最高，評(píng)價(jià)結(jié)果與灌區(qū)實(shí)際狀況基本保持一致，灌區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益符合水資源優(yōu)化配置要求，所建立的評(píng)價(jià)體系和研究方法具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性，可為其他類(lèi)似灌區(qū)的效益評(píng)價(jià)和水資源管理提供一定參考。由于目前還未形成普遍適用的評(píng)價(jià)體系，在具體的實(shí)踐工程中評(píng)價(jià)體系的建立還應(yīng)結(jié)合具體情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。