大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件開發(fā)研究

胡建橋，王錦輝，成自勇，薛連謙，高凱

（1.隴東學院土木工程學院，甘肅慶陽745000；2.甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及應(yīng)用省級重點實驗室，甘肅慶陽745000；3.西北綜合勘察設(shè)計研究院，陜西西安710003；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學工學院，甘肅蘭州730070）

大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件開發(fā)研究

胡建橋1，2，王錦輝3，成自勇4，薛連謙1，2，高凱3

（1.隴東學院土木工程學院，甘肅慶陽745000；2.甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及應(yīng)用省級重點實驗室，甘肅慶陽745000；3.西北綜合勘察設(shè)計研究院，陜西西安710003；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學工學院，甘肅蘭州730070）

結(jié)合陜西省大型抽水灌區(qū)——交口抽渭的實際，在對交口抽渭灌區(qū)全面調(diào)查基礎(chǔ)上，建立了6個一級指標，27個二級指標的評價指標體系，運用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再運用博弈論法將主、客觀權(quán)重進行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對交口抽渭灌區(qū)運行狀況進行綜合評價，并開發(fā)出大型灌區(qū)運行狀況綜合評價的計算軟件，以交口抽渭為實例進行驗證，評價軟件結(jié)果顯示：交口抽渭灌區(qū)在2007，2008，2009，2010，2011，2012年的相對貼近度分別為0，0.1166，0.2468，0.4275，0.6102，0.7783，運行狀況級別分別為差、中等、中等、良好、良好、良好。其評價結(jié)果與實際計算結(jié)果基本一致，即隨著時間的推移，交口抽渭灌區(qū)評價級別從差逐漸變?yōu)榱己?，運行狀況越來越好，這也符合交口抽渭灌區(qū)的客觀實際和發(fā)展規(guī)律。大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件評價結(jié)果可靠，可大幅度提高灌區(qū)綜合評價的效率。

大型灌區(qū)；運行狀況；綜合評價；灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法；計算軟件

大型灌區(qū)水源相對穩(wěn)定，具有相對完善的田、水、路、林、村、電等配套基礎(chǔ)設(shè)施，有利于促進大型灌區(qū)所屬區(qū)域漁業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。大型灌區(qū)不僅在農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)設(shè)施的作用，還帶動著與農(nóng)業(yè)相關(guān)的其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟與社會的發(fā)展繁榮有很大的促進作用。陜西省共有12個大型灌區(qū)，有效灌溉面積約801.01萬hm2，是陜西省主要的糧棉油果菜生產(chǎn)基地。大型灌區(qū)不僅擔負著農(nóng)田灌溉任務(wù)，而且部分灌區(qū)水源還擔負著向城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)供水的任務(wù)。2004年大型灌區(qū)提供的供水量為1 865億m3，約占全國供水總量的1／3，其灌溉用水量達到1 373億m3［1］，約為全國灌溉用水總量的38%［2］。但由于年久失修，加上多年來資金投入不足，管理體制不順等原因，目前我國大部分灌區(qū)存在的主要問題有工程建設(shè)標準低［3］、灌排設(shè)施老化損壞嚴重、灌溉可利用水量減少、灌溉技術(shù)落后、灌區(qū)工程建設(shè)缺乏合理的規(guī)劃、水價制度不健全、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問題突出等［4］。所以，需要對大型灌區(qū)運行狀況進行綜合評價，以診斷出其存在的問題。

美國農(nóng)業(yè)部推薦了幾種節(jié)水灌溉系統(tǒng)評價的方法，即根據(jù)系統(tǒng)的灌水強度、灌水深度、系統(tǒng)的供水能力、灌水均勻度、水量損失、管網(wǎng)造價與能耗以及灌水可能對作物產(chǎn)生的損害等7個方面進行評價。2007年Lilienfeld A等［5］用數(shù)據(jù)包絡(luò)法對美國堪薩斯農(nóng)業(yè)灌溉棄水進行了估算研究。2008年Komaragiri Srinivasa Raju A.Vasan用多指標效用理論對灌溉系統(tǒng)進行了評估，取得了良好的效果。H.Okada等用層次分析法對灌區(qū)工程改造進行了分析研究。國內(nèi)外廣泛運用的評價大型灌區(qū)運行狀況的方法，如層次分析法［6］、可拓評價法［7］、生態(tài)足跡法［8］、數(shù)據(jù)包絡(luò)法［5］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等［9］，這些方法計算過程都比較復(fù)雜繁瑣。本文結(jié)合陜西大型灌區(qū)的實際，采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對大型抽水灌區(qū)交口抽渭的運行狀況進行客觀的綜合評價，并開發(fā)出大型灌區(qū)運行狀況綜合評價的計算軟件，可大幅度提高灌區(qū)綜合評價的效率，使大型灌區(qū)可持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 評價軟件開發(fā)的目標及原則

大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件是針對整個大型灌區(qū)運行狀況數(shù)據(jù)信息收集、處理、瀏覽和管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對其資料收集、計算和管理是其基本功能，為了能夠充分節(jié)約評價時間，提高評價效率，并使評價計算標準化，建立了大型灌區(qū)運行狀況綜合評價功能模塊，形成數(shù)據(jù)庫和運行狀況綜合評價的綜合系統(tǒng)［10－11］。為了達到軟件預(yù)期的功能，該軟件的開發(fā)還應(yīng)遵循以下原則：

（1）專一性原則

要系統(tǒng)、全面地收集、整理、挖掘大型灌運行狀況綜合評價的相關(guān)數(shù)據(jù)、參考文獻等資料。

（2）安全可靠性原則

保障數(shù)據(jù)信息的安全可靠是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要功能，而數(shù)據(jù)信息的可靠性是數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)信息存儲、處理以及利用的前提。

2 評價軟件開發(fā)平臺、運行環(huán)境及結(jié)構(gòu)

（1）開發(fā)平臺

開發(fā)平臺的選擇及開發(fā)語言的熟練應(yīng)用是該評價軟件設(shè)計和代碼實現(xiàn)的前提。VB（Visual Basic）是Microsoft公司推出的基于Basic語言的可視化編程環(huán)境，以其簡單易學、功能強大而備受廣大電腦愛好者青睞。VB具有面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計工具、面向工具的設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言、事件驅(qū)動的編程機制、支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)等特點。因此，該軟件的編寫采用VB語言。

（2）運行環(huán)境

軟件運行環(huán)境采用WindowsXP或Windows 7和8系統(tǒng)。

（3）評價軟件結(jié)構(gòu)

大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件結(jié)構(gòu)思路圖：以灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法［13］為例，見圖1。

3 評價軟件功能介紹

3.1 評價軟件的主界面

大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件的主界面如圖2，主菜單包括三種類型的大型灌區(qū)即自流灌區(qū)、抽水灌區(qū)、井渠雙灌灌區(qū)。遵循系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合原則、代表性與獨立性相結(jié)合原則、動態(tài)性與靜態(tài)性相結(jié)合原則、定量與定性相結(jié)合原則、可操作性與指導(dǎo)性相結(jié)合原則，采用綜合法、分解法和交叉法相結(jié)合的方法，確定大型灌區(qū)6個一級指標，27個二級指標，還有各類灌區(qū)各級指標權(quán)重的計算。在二級指標中，每個指標值都有其各自的計算公式，通過輸入灌區(qū)資料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即可得到各指標值。通過G1法［13－14］及變異系數(shù)法［15－16］分別計算出各級指標的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再用博弈論法［17－18］對其進行集合，使得到的綜合權(quán)重更加準確、可靠。該軟件的主界面反映了該軟件的主要功能。

圖1 大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of the comprehensive evaluation software for operation condition in large-scale ID

圖2 大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件主界面Fig.2 Themain interface of comprehensive evaluation software for operation condition in large-scale ID

3.2 大型灌區(qū)運行狀況綜合評價

交口抽渭灌區(qū)主要工程由渠首樞紐、各級泵站、配電系統(tǒng)、灌溉渠系、排水溝系等組成。樞紐工程由進水閘、一級泵站和河道控導(dǎo)工程三部分組成。灌區(qū)共建有抽排水泵站31座，安裝機組137臺（套），總裝機容量2.96萬kW。其中抽灌泵站25座，安裝機組108臺，總裝機容量2.49萬kW。灌區(qū)分八級抽水，累計凈揚程86.25 m（總揚程39.2 m）；沿渭河左岸建有排水泵5座，主要用于排出灌區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)匯集的地下水，消除內(nèi)澇災(zāi)害。

灌區(qū)灌溉渠系和排水溝系設(shè)置完善。其中灌溉渠系分為干（分干）、支（分支）、斗、分、引五級，建有總干渠1條，長度36.2 km；分干渠4條，長度55.7 km；事故退水渠1條，長度5.2 km；支渠34條，長度250.5 km；干支渠建筑物1 714座。建有田間斗渠501條，長度935 km；分渠4 944條，長度2 040 km。灌區(qū)排水系統(tǒng)由相排、西排、東排、孝排、南排及直排六大排水系統(tǒng)組成，共有干溝4條，長度87.05 km；支溝55條，長度323.01 km；干支溝各類建筑物1 802座，排水干支溝控制排水面積8.047×104hm2。修建分毛溝592條，長660.65 km，分毛溝建筑物2 018座。

在各灌區(qū)分析研究基礎(chǔ)上，以陜西省交口抽渭灌區(qū)運行狀況為例［19］，對灌區(qū)運行狀況運用軟件進行評價研究。

表1 大型灌區(qū)運行狀況綜合評價指標體系Table 1 The index system for comprehensive evaluation of operation condition in large-scale ID

3.2.1 各級指標評價值以大型抽水灌區(qū)交口抽渭運行狀況綜合評價中的2007年節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況為例進行軟件開發(fā)研究，各二級指標分別輸入該交口抽渭灌區(qū)運行狀況綜合評價的實際資料，如圖3所示。截圖時只以軟件的功能界面為主，而評價過程內(nèi)嵌在運行程序中。

3.2.2 各級指標權(quán)重計算該軟件開發(fā)中在后臺運行計算過程中嵌入G1法、變異系數(shù)法以及博弈論方法，即用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再用博弈論法將主、客觀權(quán)重進行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。以大型抽水灌區(qū)中的交口抽渭灌區(qū)為例，對其一級權(quán)重值進行計算運行，其計算界面如圖4所示。同理，可以用該軟件計算出三類典型灌區(qū)（大型自流灌區(qū)、大型抽水灌區(qū)、大型井渠雙灌灌區(qū)）中的一級指標權(quán)重值、二級指標權(quán)重值。

二級指標權(quán)重值計算如上，以節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況為例，為了方便對比分析，在數(shù)據(jù)庫中存儲了各級權(quán)重計算的結(jié)果，以抽水灌區(qū)交口抽渭灌區(qū)為例，其二級權(quán)重結(jié)果如圖5所示。

表2 交口抽渭灌區(qū)指標實際值Table 2 The actual value of index in Jiaokou ID pumping Weihe River

圖3 交口抽渭灌區(qū)2007年節(jié)水節(jié)能與增產(chǎn)情況評價界面Fig.3 The evaluation interface for water-saving，energy-saving and increasing production in 2007 of Jiaokou ID

圖4 交口抽渭灌區(qū)一級指標權(quán)重計算界面Fig.4 The weight calculating interface of first level index in Jiaokou ID

3.2.3 評價結(jié)果計算該軟件開發(fā)中在后臺運行計算過程中嵌入灰色關(guān)聯(lián)理論理想解法的計算程序，以大型抽水灌區(qū)中的交口抽渭灌區(qū)為例，可以得到交口抽渭灌區(qū)在2007年—2012年的評價結(jié)果相對貼進度Bi和級別，見圖6。

圖5 交口抽渭灌區(qū)二級指標權(quán)重計算界面Fig.5 The weight calculation interface of secondary index in Jiaokou ID

圖6 交口抽渭灌區(qū)評價結(jié)果計算界面Fig.6 The calculation interface of evaluation results in Jiaokou ID

從圖6和表4都可以看出：隨著年份的持續(xù)，相對貼近度呈逐步上升趨勢，說明交口抽渭灌區(qū)運行狀況隨時間持續(xù)越來越好。其中2007年交口抽渭灌區(qū)綜合運行狀況評價級別為差，2008—2009年運行狀況評價級別為中等，2010—2012年灌區(qū)運行狀況評價級別為良好，且從2009年以后，相對貼近度的增長幅度較大，表明灌區(qū)的運行狀況好轉(zhuǎn)的速度越來越快。這是因為自1999年以來，持續(xù)地對灌區(qū)進行了續(xù)建配套與節(jié)水改造，其中包括水源工程、輸水設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施和配水系統(tǒng)等方面，同時對灌區(qū)的運行管理力度也不斷加強，將現(xiàn)代化的信息技術(shù)投入管理之中，對灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的重視程度也逐步提高，節(jié)水改造措施的實施使得灌溉水利用率逐步提高。這些綜合措施的實施使得灌區(qū)的運行狀況朝著健康的方向發(fā)展。

表3 交口抽渭灌區(qū)實際計算的指標權(quán)重值Table 3 The actual calculated weight values of index in Jiaokou ID

通過大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件計算得出的交口抽渭灌區(qū)結(jié)果與表3、表4實際計算的結(jié)果比較，可以看出評價軟件計算結(jié)果與實際計算結(jié)果一致，提高了灌區(qū)運行狀況綜合評價的效率。

表4 交口抽渭灌區(qū)在不同年份實際計算的評價結(jié)果Table 4 The actual calculated evaluation result in different years in Jiaokou ID

4 結(jié)論和討論

（1）目前，可用于大型灌區(qū)運行狀況綜合評價研究的方法較多，每種方法都存在自身的優(yōu)點和缺陷。運用各種不同的評價方法模型，雖然得到的評價結(jié)果大致相同，但其評價結(jié)果所體現(xiàn)的側(cè)重點有所不同，所以運用不同評價方法所得到的評價結(jié)果反映灌區(qū)存在的問題也有一定的差異。對于哪種方法最適合灌區(qū)評價還需進一步研究。此外，對灌區(qū)運行狀況進行綜合評價的計算過程都比較復(fù)雜，急需開發(fā)大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件。

（2）本文結(jié)合陜西省交口抽渭灌區(qū)的實際，在全面調(diào)查基礎(chǔ)上，建立了6個一級指標，27個二級指標的評價指標體系，運用G1法和變異系數(shù)法分別確定出主、客觀權(quán)重，再用博弈論法將主、客觀權(quán)重進行融合、集化，最終確定出一組合理的綜合權(quán)重。采用灰色關(guān)聯(lián)理論的理想解法對交口抽渭灌區(qū)運行狀況進行客觀的綜合評價，并開發(fā)了適合三類典型灌區(qū)（自流灌區(qū)、抽水灌區(qū)、井渠雙灌灌區(qū)）的運行狀況綜合評價軟件。通過實例驗證，可以看出評價軟件計算結(jié)果與實際計算結(jié)果基本一致，說明該軟件較可靠，提高了灌區(qū)運行狀況綜合評價的效率。以后應(yīng)結(jié)合不同的評價方法努力研究開發(fā)操作性較好的計算機軟件，方便灌區(qū)綜合評價者的使用，并在實際應(yīng)用中驗證大型灌區(qū)運行狀況綜合評價軟件的正確性。

［1］吳景社，李久生，李英能，等.21世紀節(jié)水農(nóng)業(yè)中的高新技術(shù)重點研究領(lǐng)域［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2000，16（1）：9-13.

［2］張新玉.水利投資效益評價理論、方法與應(yīng)用［D］.南京：河海大學，2002.

［3］胡毓騏，李英能.華北地區(qū)節(jié)水型農(nóng)業(yè)技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1995.

［4］錢正英，張光斗.中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報告及各專題報告［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［5］Lilienfeld A，Asmild M.Estimation of excess water use in irrigated agriculture：A data envelopment analysis approach［J］.Agricultural Water Management，2007，94（1）：73-82.

［6］舒衛(wèi)萍，崔遠來.層次分析法在灌區(qū)綜合評價中的應(yīng)用［J］.中國農(nóng)村水利水電，2005，（6）：109-111.

［7］遲到才，馬濤，李松.基于博弈論的可拓評價方法在灌區(qū)運行狀況評價中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24（8）：37-39.

［8］Wackernagel M.Why sustainability analyses include biophysical assessments［J］.Ecological Economisc，1999，（29）：13-15.

［9］宋松柏，蔡煥杰.區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20（6）：89-92.

［10］史紀安.江河源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評級及數(shù)據(jù)庫研建［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2006.

［11］楊春霞.城市地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫設(shè)計與應(yīng)用研究——以浙江義烏市為例［D］.南京：南京師范大學，2006.

［12］謝芳.大型自流渠灌區(qū)運行狀況的綜合評價研究——以陜西洛惠渠灌區(qū)為例［D］.西安：西安理工大學，2014.

［13］遲國泰，祝志川，張玉玲.基于熵權(quán)－G1法的科技評價模型及實證研究［J］.科學學研究，2008，26（6）：1210-1220.

［14］王學軍，郭亞軍.基于G1法的判斷矩陣的一致性分析［J］.中國管理科學，2006，14（3）：65-70.

［15］郭文強，安裕倫，劉世曦.基于變異系數(shù)法的貴州省石漠化驅(qū)動力研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（15）：9158-9159，9223.

［16］高早亮.基于變異系數(shù)法的黑龍江省高新區(qū)競爭力綜合評價［J］.經(jīng)濟師，2012（2）：219-220.

［17］李建平，徐偉宣，石勇.基于主成分線性加權(quán)綜合評價的信用評分方法及應(yīng)用［J］.系統(tǒng)工程，2004，22（8）：64-68.

［18］朱小娟，程從從.Rough集綜合評價法在評標決策系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計算機與現(xiàn)代化，2009，（1）：126-129.

［19］陜西省水利廳.陜西省水利統(tǒng)計年鑒（2005－2012）［R］.西安：陜西省水利廳，2012.

Development research of the comprehensive evaluating software for operation condition of large-scale irrigation district

HU Jian-qiao1，2，WANG Jin-hui3，CHENG Zi-yong4，XUE Lian-qian1，2，Gao Kai3
（1.Civil Engineering Institute，Longdong University，Qingyang，Gansu 745000，China；2.Provincial Key Laboratory of Loess Engineering Properties and Applications，Qingyang，Gansu 745000，China；3.Northwest Survey and Design Institute，Xi’an，Shaanxi 710003，China；4.College of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou，Gansu 730070，China）

Combined with the actual condition of Jiaokou large-scale irrigation district（ID）pumping Weihe River in Shaanxi Province，based on the overall survey，established the evaluation index system as 6 first-level indicators and 27 secondary indicators，utilized the G1 method and variation coefficient method to determine the subjective and objective weights respectively，and then utilized the game theory to fuse and gather the subjective and objective weights，finally determined a set of reasonable comprehensive weights.Using the ideal solution method of the grey relation theory，carried out the comprehensive evaluation for the operation condition of Jiaokou ID，and developed the calculating software of comprehensive evaluation for the operation situation in a arge-scale ID.Taking the Jiaokou ID as the case study，carried out the test and verify.The evaluation software results showed that in 2007，2008，2009，2010，2011 and 2012，the relative closeness degree in Jiaokou were 0，0.1166，0.2468，0.4275，0.6102 and 0.7783 respectively，and the operation status levels were poor，medium，medium，good，good and good，respectively.The evaluation results were basically in accordance with the actual calculated results.With time going，the evaluation level was gradually improved from poor to good and operation condition was better and better in Jiaokou ID.Which was also in accord with the objective reality and the developing rule in this ID.irrigation district The comprehensive evaluation software evaluation results for operation condition in large-scale ID was reliable and correct，itcan be greatly improved the efficiency of comprehensive evaluation in irrigation district.

large-scale irrigation district；operation condition；comprehensive evaluation；ideal solution of the grey relation theory；calculation software

S274.3

A

1000-7601（2016）06-0130-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.20

2016-02-18

甘肅省慶陽市科技局青年科技基金項目（ZJ2014－08）；慶陽市西峰區(qū)科研基金項目（2013－8）；陜西省水利科技項目（2011－8）

胡建橋（1987—），男，甘肅慶陽人，講師，主要從事水工結(jié)構(gòu)及水資源優(yōu)化配置等研究。E-mail：57268785＠qq.com。

王錦輝（1989—），男，陜西岐山人，碩士，主要從事水資源評價與土地整理方面的研究。E-mail：460033572＠qq.com。