姜 明 梁

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部節(jié)水灌溉工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002)

0 引 言

灌區(qū)信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志[1]。灌區(qū)信息化是指運(yùn)用無線傳感網(wǎng)技術(shù)、信息通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，深入挖掘和充分利用灌區(qū)設(shè)施和環(huán)境信息資源，全面提升灌區(qū)的管理效率和服務(wù)水平，促進(jìn)灌區(qū)的現(xiàn)代化發(fā)展。在大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，我國于2002年啟動(dòng)了灌區(qū)信息化試點(diǎn)建設(shè)，經(jīng)過十多年的建設(shè)發(fā)展，我國大型灌區(qū)的工程設(shè)施運(yùn)行狀況得到顯著改善，灌區(qū)用水管理更加科學(xué)，水資源利用更加節(jié)約高效，灌區(qū)信息化水平有了較大提升，但同時(shí)也存在著信息監(jiān)測不全面、信息資源共享程度低、用水決策不精準(zhǔn)和各地區(qū)發(fā)展不均衡等問題。為了科學(xué)地評(píng)價(jià)灌區(qū)的信息化水平，發(fā)現(xiàn)信息化建設(shè)中存在的瓶頸、難題，進(jìn)而指導(dǎo)灌區(qū)信息化發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)化調(diào)整，構(gòu)建一套灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系就顯得尤為重要。

目前我國對于灌區(qū)建設(shè)發(fā)展的評(píng)價(jià)研究大多側(cè)重于運(yùn)行水平綜合評(píng)價(jià)、節(jié)水改造效益評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境健康評(píng)價(jià)等等[2-8]，而對于灌區(qū)信息化發(fā)展水平的評(píng)價(jià)研究相對較少，已有的評(píng)價(jià)研究多是初步探索性的研究以及定性的分析討論，例如紀(jì)義勝[9]選取規(guī)范性、可靠性、安全性、全面性、先進(jìn)性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行了灌區(qū)的實(shí)例評(píng)估；田雨[10]構(gòu)建了包括3大類、7小類共計(jì)71個(gè)三級(jí)指標(biāo)的水利信息化發(fā)展水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并提出了指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法。上述研究往往缺少定量的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，可操作性不強(qiáng)，還存在著一定程度的指標(biāo)選取隨意性、指標(biāo)不全和交叉重復(fù)等弊端[11]，并且隨著現(xiàn)代信息技術(shù)日新月異的發(fā)展和推廣應(yīng)用，原有的灌區(qū)信息化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系已不能很好地適應(yīng)未來灌區(qū)建設(shè)發(fā)展的趨勢。本研究結(jié)合灌區(qū)信息化的建設(shè)內(nèi)容和運(yùn)行特點(diǎn)，通過探索定量選取和優(yōu)化灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的方法，構(gòu)建基于優(yōu)化選擇模型的灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使得灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置達(dá)到簡潔性和完整性的要求，以期為我國大型灌區(qū)的信息化試點(diǎn)建設(shè)情況做出客觀合理的評(píng)價(jià)和實(shí)例驗(yàn)證。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取原則

描述灌區(qū)信息化水平的指標(biāo)數(shù)量眾多，有的指標(biāo)相互之間有關(guān)聯(lián)性，有的無關(guān)聯(lián)性，所以在指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)依照科學(xué)性、代表性、可操作性、發(fā)展性等原則。

(1)科學(xué)性。選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)是否科學(xué)決定了灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)結(jié)果的好壞，因此首先應(yīng)充分理解和把握灌區(qū)信息化建設(shè)發(fā)展的屬性和內(nèi)涵，然后再從科學(xué)性的角度來選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2)代表性。描述灌區(qū)信息化某個(gè)方面水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)往往有多個(gè)，不同指標(biāo)所蘊(yùn)含的信息量是不同的，即指標(biāo)的代表性高低不一，為了用盡可能少的指標(biāo)來反映灌區(qū)信息化水平的總體情況，因此應(yīng)選擇代表性較高的指標(biāo)。

(3)可操作性?？刹僮餍允侵高x取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具有涵義明確、數(shù)值易獲取、易計(jì)算的特點(diǎn)，適用于我國大部分灌區(qū)，這樣才能高效簡便地進(jìn)行灌區(qū)信息化水平的評(píng)價(jià)工作。

(4)發(fā)展性。灌區(qū)信息化建設(shè)是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，隨著科技的發(fā)展以及灌區(qū)改造投資的加大，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也應(yīng)有所變化，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)能夠反映信息化系統(tǒng)發(fā)展變化的趨勢。

2 灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇模型的構(gòu)建

灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建過程分為指標(biāo)海選、指標(biāo)初選、優(yōu)化選擇3個(gè)步驟，如圖1所示。

圖1 灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建流程

2.1 指標(biāo)海選

本文以湖北省漳河灌區(qū)的信息化管理系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合文獻(xiàn)資料[12-16]、漳河灌區(qū)的具體情況及其信息化建設(shè)現(xiàn)狀，按照上述科學(xué)性、代表性、可操作性、發(fā)展性等原則進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的海選，初步構(gòu)建了灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包含信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用性能、效益效果3個(gè)方面共計(jì)40個(gè)指標(biāo)，如圖2所示。

圖2 灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)初選

本研究借鑒Virginia H. Dale等的研究成果[17]，Virginia H Dale等提出了系統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)單個(gè)指標(biāo)進(jìn)行選取的8個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)：①可測性 M；②敏感性V；③可預(yù)測性P；④典型性T；⑤可控性C；⑥響應(yīng)性R；⑦穩(wěn)定性S；⑧整體性I[17-20]。

海選得到的40個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)雖然滿足了體系的完整性，但仍不夠簡潔，且存在指標(biāo)交叉重復(fù)的現(xiàn)象，為此需要驗(yàn)證40個(gè)指標(biāo)對7個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的符合度，同時(shí)規(guī)定將不滿足5個(gè)符合度的指標(biāo)直接剔除。 經(jīng)過逐一確認(rèn)每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)符合度，結(jié)果如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)流速數(shù)據(jù)采集、水質(zhì)數(shù)據(jù)采集、土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)采集、渠道流量數(shù)據(jù)采集、管道壓力數(shù)據(jù)采集、管道流量數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、用水計(jì)量計(jì)費(fèi)模塊、可供水預(yù)報(bào)模塊、系統(tǒng)窗口數(shù)量、功能易于識(shí)別、操作步驟數(shù)量、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等13個(gè)指標(biāo)的符合度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目不足5個(gè)，因此可直接將它們刪除。

表1 40 個(gè)指標(biāo)的初選標(biāo)準(zhǔn)符合度

注：M、V、P、T、C、R、S 分別表示指標(biāo)的可測性、敏感性、可預(yù)測性、典型性、可控性、響應(yīng)性、穩(wěn)定性。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化選擇模型的實(shí)例分析

3.1 湖北漳河灌區(qū)信息化建設(shè)的基本情況

漳河灌區(qū)地處湖北省江漢平原西北部，地跨荊門、荊州、宜昌三市，灌區(qū)以水稻種植為主，在我國南方水庫自流灌區(qū)中具有一定的代表性[21]。漳河灌區(qū)的信息化系統(tǒng)建設(shè)始于1990年，經(jīng)過二十多年的灌區(qū)續(xù)建改造和信息化試點(diǎn)建設(shè)，目前已建成灌區(qū)信息采集與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、氣象多普勒雷達(dá)共享系統(tǒng)、區(qū)域精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)、防汛抗旱指揮系統(tǒng)、水庫三維仿真管理信息系統(tǒng)、庫渠聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、用水決策支持系統(tǒng)、電子政務(wù)系統(tǒng)、國家灌區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)等[12]，信息化系統(tǒng)的建設(shè)成果為漳河灌區(qū)水資源高效利用和環(huán)境保護(hù)提供了調(diào)度決策支持，充分發(fā)揮出漳河水利工程的防洪、灌溉、供水作用，從而使漳河灌區(qū)的信息化發(fā)展水平處于全國灌區(qū)的前列。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的設(shè)置

對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值是進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的重要步驟，根據(jù)灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，本研究采用層次分析法對指標(biāo)進(jìn)行賦值，并采用比較成熟的專家打分法來確定指標(biāo)權(quán)重，各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值如表 2所示。

表2 27個(gè)初選指標(biāo)的權(quán)重

3.3 優(yōu)化選擇

根據(jù)初選后的灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用涂武斌[11]、張領(lǐng)先[19]等提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化選擇方法和模型，分別構(gòu)造可用于灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)的入選標(biāo)準(zhǔn)度矩陣C(27×7)、關(guān)系矩陣R(7×27)和基準(zhǔn)向量L。

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化選擇模型和方法，進(jìn)矩陣運(yùn)算和分析：

由此可得：CI=[1，ci2，1，ci4，1，ci6，ci7，ci8，ci9，1，1，ci12，ci13，ci14，ci15，1，1，ci18，1，1，ci21，1，ci23，1，ci25，1，1〗，表明還有14個(gè)指標(biāo)需要進(jìn)一步確定能否保留。

為了保證指標(biāo)層之間的聯(lián)系性，需使CI×R′>0， 經(jīng)計(jì)算可得：CI×R′=[2+ci2+ci4，1+ci6+ci7，2+ci8+ci9+ci12+ci13+ci14+ci15，3+ci18，2+ci21+ci23，1+ci25，2]，因?yàn)閏im=0 或1，可知CI×R′>0的條件已滿足。

同時(shí)為了保證指標(biāo)體系具有完整性，需使CI×Wci′≥0.85，即：

CI×Wci′=[1，ci2，1，ci4，1，ci6，ci7，ci8，ci9，1，1，ci12，ci13，ci14，ci15，1，1，ci18，1，1，ci21，1，ci23，1，ci25，1，1]×Wci′=0.710 8+0.030 9ci2+0.036 8ci4+0.028 3ci6+0.020 9ci7+0.031 2ci8+0.029 1ci9+0.041 6ci12+0.018 8ci13+0.004 3ci14+0.003 0ci15+0.002 9ci18+0.008 3ci21+0.019 3ci23+0.013 8ci25≥0.85。

則0.030 9ci2+0.036 8ci4+0.028 3ci6+0.020 9ci7+0.031 2ci8+0.029 1ci9+0.041 6ci12+0.018 8ci13+0.004 3ci14+0.003 0ci15+0.002 9ci18+0.008 3ci21+0.019 3ci23+0.013 8ci25≥0.139 2， 因?yàn)閏im=0 或1，要使上式成立，則ci2、ci4、ci6、ci7、ci8、ci9、ci12、ci13、ci14、ci15、ci18、ci21、ci23、ci25不能全為0。

因此，最終優(yōu)化選擇后的灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包含4個(gè)層次、17個(gè)指標(biāo)，即：墑情數(shù)據(jù)采集CI1、地表水位數(shù)據(jù)采集CI2、氣象數(shù)據(jù)采集CI3、地下水位數(shù)據(jù)采集CI4、無線通信網(wǎng)絡(luò)CI5、閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)CI8、氣象預(yù)報(bào)預(yù)警模塊CI10、作物需水量計(jì)算模塊CI11、水資源調(diào)度模塊CI12、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度CI16、故障發(fā)生率CI17、設(shè)備使用年數(shù)CI19、系統(tǒng)操作簡便CI20、系統(tǒng)響應(yīng)速度CI22、建設(shè)投入CI24、增產(chǎn)增效CI26、節(jié)省人力CI27，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的灌區(qū)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 結(jié) 論

灌區(qū)信息化評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取對于評(píng)價(jià)我國灌區(qū)信息化乃至智慧化發(fā)展水平具有重要意義。由于目前我國缺少較成熟的灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和體系，造成灌區(qū)信息化評(píng)價(jià)指標(biāo)選取過程存在隨意性和指標(biāo)冗余的問題，這給評(píng)價(jià)工作的客觀性和合理性帶來較大困難。為降低這些問題造成的干擾，本研究參考前人等的成果，從海選指標(biāo)的入選標(biāo)準(zhǔn)符合度開始分析，將40個(gè)指標(biāo)初步減少到27個(gè)，然后根據(jù)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)和指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，運(yùn)用優(yōu)化選擇模型對指標(biāo)體系進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，進(jìn)一步將指標(biāo)優(yōu)化減少到17個(gè)。實(shí)例分析表明，該方法能夠有效降低指標(biāo)選取中的隨意性和重復(fù)性，本文構(gòu)建的指標(biāo)體系用42.5%的評(píng)價(jià)指標(biāo)表達(dá)了85.13%的整體信息，能全面反映出灌區(qū)信息化系統(tǒng)應(yīng)用的各種屬性，同時(shí)確保了指標(biāo)體系的簡潔性以及完整性，本研究為灌區(qū)信息化評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究提供了一個(gè)新的參考思路，并為后續(xù)灌區(qū)信息化多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)工作奠定了良好基礎(chǔ)。