位山灌區(qū)節(jié)水改造工程效益評(píng)價(jià)

付成讓

（蘭陵縣水利局，山東 蘭陵277731）

為了解決我國水資源分布不均勻， 局部區(qū)域干旱缺水的問題，近幾十年來修建了大量的灌區(qū)工程，為灌區(qū)覆蓋區(qū)域的工農(nóng)業(yè)及生活提供了源源不斷的水源。 隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用水量急速上升，且原有工程的老化造成輸水效率降低，因此，灌區(qū)改造工程逐漸受到重視。 目前常用的灌區(qū)改造工程措施主要包括：原有渠道襯砌［1］、泵站改造［2］、農(nóng)田節(jié)水配套措施［3-4］等。 快速準(zhǔn)確地對(duì)灌區(qū)改造工程效益進(jìn)行評(píng)價(jià)可以快速獲取工程建設(shè)的績效指標(biāo)， 為后續(xù)改造提供參考。目前，較為常用的評(píng)價(jià)方法主要包括云模型［5-6］、TOPSIS法［7-8］、模糊綜合法［9-10］等。 本文在大量收集資料的基礎(chǔ)上， 使用蝙蝠算法結(jié)合未確知測(cè)度方法進(jìn)行灌區(qū)改造工程效益評(píng)價(jià)。

1 灌區(qū)節(jié)水改造工程效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取必須客觀、 全面才能保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。 影響灌區(qū)改造工程效益評(píng)價(jià)的因素眾多，主要包括：

（1）節(jié)水灌溉面積率：節(jié)水灌溉面積與有效灌溉面積的比值。

（2）灌溉保證率：指設(shè)計(jì)灌溉用水量的保證程度， 可用設(shè)計(jì)灌溉用水量全部獲得滿足的年數(shù)占計(jì)算總年數(shù)的百分率來表示。

（3）渠道襯砌率：渠道襯砌長度與總長度的比值。

（4）排澇達(dá)標(biāo)率：指現(xiàn)有排水渠道能通過設(shè)計(jì)排水量的數(shù)量占排水渠道總數(shù)量的百分比。

（5）田間工程配套率：田間工程配套率指現(xiàn)有完好田間工程數(shù)量與應(yīng)設(shè)田間工程數(shù)量之比。

單指標(biāo)工程效益等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 灌區(qū)工程效益單指標(biāo)等級(jí)

續(xù)表1

1.2 基于蝙蝠算法評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重獲取

1.2.1 蝙蝠算法基本原理

在蝙蝠捕食的啟發(fā)作用下， 所建立的一種基于全局搜索的優(yōu)化算法。 該算法主要是通過不斷進(jìn)行更新蝙蝠的運(yùn)動(dòng)速度， 從而獲取蝙蝠追捕獵物的位置。 蝙蝠算法的基本原理如下：

假設(shè)在已知空間內(nèi)的某一時(shí)刻點(diǎn)t，蝙蝠出現(xiàn)在空間范圍內(nèi)隨機(jī)分配的某一位置Lit， 且該蝙蝠進(jìn)行捕食的速度為Vit，假設(shè)該蝙蝠發(fā)出的超聲波頻率為fi。在下一個(gè)時(shí)刻t+1時(shí)，蝙蝠所在的位置和捕獵的運(yùn)動(dòng)速度如下：

式中 fi為編號(hào)i的蝙蝠在t時(shí)刻所發(fā)出超聲波的頻率；fmax，fmin分別為蝙蝠群所發(fā)出的最大和最小超聲波的頻率；β為［0，1］范圍內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)；L*為在該情況下的最優(yōu)解。

在捕獵初期，蝙蝠與獵物相距較遠(yuǎn)，此時(shí)，蝙蝠若想快速接近獵物則需加快飛行速度 （增大響度）。當(dāng)蝙蝠與獵物距離較近時(shí)，則需降低飛行速度，加大搜索頻率（提高脈沖），從而可獲取獵物的準(zhǔn)確位置。響度和脈沖速率的變化計(jì)算如下：

1.2.2 指標(biāo)權(quán)重獲取

通過蝙蝠算法，尋找各指標(biāo)的最優(yōu)權(quán)重，結(jié)果如表2。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2 基于未確知測(cè)度方法的灌區(qū)改造工程效益評(píng)價(jià)

2.1 未確知測(cè)度理論

假設(shè)有n個(gè)待評(píng)價(jià)灌區(qū)改造工程，用空間向量集R表示，R={R1，R2，R3，…Rn}。 對(duì)于每個(gè)待評(píng)價(jià)工程有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：X={X1，X2，X3，…Xm}。 Xij代表灌區(qū)改造工程Ri的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值。 則灌區(qū)改造工程Ri的工程效益等級(jí)為：R={Ri1，Ri2，Ri3，…Rim}。 Xij的工程效益等級(jí)評(píng)價(jià)向量為：U={C1，C2，C3，…Cp}，設(shè)Ck為第k級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)且Ck＞Ck+1。 若C1＞C2＞C3，…Cp，則{C1，C2，C3，…Cp}，為一個(gè)有序分割類。

2.2 單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣

設(shè)μijk=μ（Xij∈Ck）表示指標(biāo)Xij隸屬于第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ck的程度該程度滿足可加性和歸一性， 則稱為未確知測(cè)度。 單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣為：

2.3 多指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣

設(shè)μijk=μ（Ri∈Ck）表示Ri屬于第k級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ck的程度。

式中 ωj為指標(biāo)Xj的權(quán)重。 多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)矩陣為：

2.4 置信度識(shí)別準(zhǔn)則

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

位山灌區(qū)始建于1958年，并于1981年進(jìn)行了改建。黃河水為位山灌區(qū)主要水源，設(shè)計(jì)灌溉面積36萬hm2，其中有效灌溉面積為34.4萬hm2。 改建后位山灌區(qū)渠首的引水流量240m3/s，有東西兩個(gè)渠道，其中東渠引水流量80m3/s。 目前，位山灌區(qū)正在進(jìn)行節(jié)水改造工程，主要是對(duì)已有結(jié)構(gòu)的襯砌改造，提升防滲效果，截至目前，共襯砌渠道247.2km，其中干渠139.7km，分干87.2km，支渠20.3km，引黃濟(jì)津襯砌67km。 干渠襯砌率為50.98%，灌溉保證率為50%，田間工程配套率91%，排澇達(dá)標(biāo)率94%；灌溉水利用系數(shù)0.54，節(jié)水灌溉面積率73%，采用“高水位、大流量、速灌速?！钡裙喔确绞剑?減少了水資源浪費(fèi)。 同時(shí)對(duì)黃淮海灌區(qū)、東北平原農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)灌溉改造項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。 單指標(biāo)評(píng)價(jià)測(cè)度函數(shù)如圖1，各灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值和評(píng)價(jià)結(jié)果如表3和表4。 通過對(duì)位山灌區(qū)和其他兩大灌區(qū)各4個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，位山灌區(qū)工程效益為Ⅱ級(jí)。

圖1 單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

表3 各灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值

表4 各灌區(qū)改造工程效益評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語

（1）通過資料收集選取了6個(gè)指標(biāo)作為灌區(qū)改造工程效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)， 搜集多個(gè)灌區(qū)改造情況作為蝙蝠算法的輸入數(shù)據(jù)， 通過蝙蝠算法強(qiáng)大的搜索功能，確定了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，渠道襯砌率和田間工程配套率是影響灌區(qū)改造效益的重要指標(biāo)。

（2） 使用未確知測(cè)度的方法對(duì)位山灌區(qū)和黃淮海灌區(qū)、東北平原農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)灌區(qū)各4個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行灌區(qū)改造工程效益評(píng)價(jià)， 表明位山灌區(qū)的工程效益等級(jí)為Ⅱ級(jí)。