基于AHP法的灌區(qū)綜合效益影響評(píng)價(jià)

蘇晟霖

(大石橋市金橋水利服務(wù)站，遼寧 營(yíng)口 115100)

灌區(qū)效益綜合評(píng)價(jià)以灌區(qū)水資源高效利用為核心內(nèi)容，通過合理的方法，選擇合適的指標(biāo)，構(gòu)建多層次目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，從而綜合評(píng)價(jià)灌區(qū)效益及運(yùn)行水平[1]。因此，找出合適的評(píng)價(jià)方法，選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，是灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)的主要工作。合理評(píng)價(jià)灌區(qū)的綜合效益可為灌區(qū)水資源管理及優(yōu)化配置提供理論依據(jù)[2]。

關(guān)于灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)方法國(guó)內(nèi)已有了部分研究。周維博和李佩成[3]等在干旱和半干旱地區(qū)構(gòu)建了灌區(qū)綜合效益指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并采用AHP法對(duì)灌區(qū)綜合效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本一致；馮峰[4]等在陜西省構(gòu)建了半結(jié)構(gòu)性水資源綜合效益評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選理論對(duì)灌區(qū)的水資源效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

現(xiàn)如今評(píng)價(jià)灌區(qū)綜合效益的方法多采用AHP法或模糊評(píng)價(jià)理論，這種方法主要根據(jù)相關(guān)專家對(duì)指標(biāo)的認(rèn)識(shí)來(lái)制定權(quán)重，忽略了指標(biāo)本身存在的客觀聯(lián)系，因此，結(jié)論主觀性較強(qiáng)。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，本文在采用AHP法的基礎(chǔ)上，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法計(jì)算指標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)，綜合考慮指標(biāo)的主觀性和客觀性，從而保證了評(píng)價(jià)方法的公正性、全面性和科學(xué)性。

1 評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 層次分析法(AHP法)

層次分析法可根據(jù)不同指標(biāo)的影響程度，決定不同指標(biāo)的權(quán)重依照層次分析法提出的比例標(biāo)度(見表1)以及研究者對(duì)各品質(zhì)指標(biāo)重要性的定性評(píng)價(jià)，建立判斷矩陣。

表1 元素重要程度比例標(biāo)度

為了檢驗(yàn)由上述判斷矩陣所得各指標(biāo)權(quán)重是否合理，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算公式如式(1)、式(2)：

(1)

(2)

式中：CR為隨機(jī)一致性比率；CI為一致性指標(biāo)；RI為隨機(jī)一致性標(biāo)準(zhǔn)值；λmax為判斷矩陣特征值；n為判斷矩陣階數(shù)。若求得的CR值小于1，則證明判斷矩陣是合理的。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是近代新型綜合評(píng)價(jià)方法。由于其對(duì)樣本量的要求較低，計(jì)算簡(jiǎn)單，通俗易懂，結(jié)果可較強(qiáng)反映樣本之間的客觀關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸被廣泛應(yīng)用。其具體步驟如下：

對(duì)于一個(gè)最優(yōu)數(shù)列x0有若干個(gè)比較數(shù)列x1,x2,…,xn，關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ(xi)：

(3)

式中:ρ為分辨系數(shù)，一般在0～1之間，通常取0.5；Δmin為兩級(jí)最小差；Δmax為兩級(jí)最大差；Δ0i(k)為各值與最優(yōu)值之差。

由計(jì)算得到的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算關(guān)聯(lián)度，并以關(guān)聯(lián)度的大小排序。

2 工程實(shí)例分析

溝沿灌區(qū)位于遼寧省營(yíng)口市大石橋市西溝沿鎮(zhèn)，大遼河下游左岸，地處東經(jīng)122°14′35.61"北緯40°49′04.82″，東與大石橋市高坎鎮(zhèn)交界，南西與大石橋市水源鎮(zhèn)相鄰，西北隔大遼河與大洼縣相望，北與大石橋市石佛鎮(zhèn)相接壤，總土地面積87.7 km2。灌區(qū)轄區(qū)人口總計(jì)36 159人，飲水井19處，管道設(shè)施陳舊，現(xiàn)由于部分機(jī)井和管道運(yùn)行多年之久，已是超限運(yùn)行，維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，缺少資金，飲水不安全隱患較大，本研究以溝沿灌區(qū)為例，對(duì)溝沿灌區(qū)不同年份的綜合效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，找出合理方法，以期為當(dāng)?shù)厮Y源優(yōu)化配置提供參考。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

由于灌區(qū)綜合效益存在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)3個(gè)屬性，因此對(duì)灌區(qū)綜合效益的評(píng)價(jià)主要從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益3個(gè)層面考慮。本文基于AHP法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法，從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益3個(gè)方面，分別選取18項(xiàng)指標(biāo)，綜合判定區(qū)域水資源綜合效益。

圖1 水資源綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.2 不同年份灌區(qū)綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

分析2004年、2009年、2012年和2016年4 a的數(shù)據(jù)，首先利用AHP法的原理，根據(jù)第一次指標(biāo)的重要性，構(gòu)建判斷矩陣，結(jié)果見表2。表2中計(jì)算了第二層指標(biāo)所占的權(quán)重， 計(jì)算結(jié)果中的一致性指數(shù)CR為0.03，因此，該矩陣具有一定的合理性。根據(jù)第三層指標(biāo)的重要性，分別計(jì)算第二層指標(biāo)的權(quán)重，以經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)為例，其判斷矩陣見表3，可算出經(jīng)濟(jì)效益各指標(biāo)的權(quán)重，以此類推，可算出社會(huì)效益和生態(tài)效益指標(biāo)的最終權(quán)重，結(jié)果見表4。

表2 第二層指標(biāo)相對(duì)隸屬度矩陣

表3 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)判斷矩陣

根據(jù)表2和表4中的數(shù)據(jù)，綜合得出第二層指標(biāo)計(jì)算綜合權(quán)重，其中經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的權(quán)重為0.635，生態(tài)效益指標(biāo)的權(quán)重為0.260，社會(huì)效益的指標(biāo)權(quán)重為0.105。根據(jù)第二層指標(biāo)權(quán)重與第三層指標(biāo)的初始綜合權(quán)重，求得第三層指標(biāo)的最終權(quán)重，結(jié)果見表5。

表4 第三層指標(biāo)權(quán)重

表5 第三層指標(biāo)最終綜合權(quán)重

根據(jù)式(3)計(jì)算第三層指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表6。根據(jù)表5中的最終綜合權(quán)重，對(duì)表6中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合加權(quán)，得出每一年不同指標(biāo)的綜合加權(quán)關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表7。

表6 第三層指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

表7 不同年份灌區(qū)綜合效益排名

根據(jù)表7中的結(jié)果可知，將不同年份的水資源綜合效益按從大到小排列依次為：2016年0.974、2012年0.569、2009年0.230、2004年0.175，表明灌區(qū)水資源效益情況呈逐年上升趨勢(shì)，尤其是2012年之后，上升顯著，符合水資源優(yōu)化配置的要求，同時(shí)與灌區(qū)實(shí)際情況相符，因此計(jì)算過程正確，該方法具有一定的科學(xué)性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于AHP法與灰色關(guān)聯(lián)度法，構(gòu)建了灌區(qū)效益綜合評(píng)價(jià)的基本方法，并以溝沿灌區(qū)為例，對(duì)該灌區(qū)綜合效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并建立了涵蓋經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益共18項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過計(jì)算不同指標(biāo)的綜合權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，得出綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)，該方法引進(jìn)指標(biāo)之間的客觀灰色關(guān)聯(lián)度，最大程度上消除了AHP法的主觀性。同時(shí)對(duì)2004年、2009年、2012年和2016年的水資源綜合效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出2016年的灌區(qū)水資源綜合效益最高，符合實(shí)際要求，證明了該方法的準(zhǔn)確性。

[1] 馮峰，許士國(guó). 灌區(qū)水資源綜合效益的改進(jìn)多級(jí)模糊優(yōu)選評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 25(7)：56-61.

[2] 田浪，劉永強(qiáng)，王珍，等. 基于物元可拓模型的灌區(qū)水資源綜合效益評(píng)價(jià)[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，34(4)：351-356.

[3] 周維博，李佩成．干旱半干旱地域灌區(qū)水資源綜合效益評(píng)價(jià)體系研究[J]. 自然資源學(xué)報(bào)， 2003，18(5)：288-293.

[4] 馮峰，許士國(guó)．基于模糊優(yōu)選理論的水資源效益評(píng)價(jià)體系研究[J]．水利水電科技進(jìn)展， 2008，28 (2)：35-38.