改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價法在灌區(qū)群節(jié)水改造效益綜合評價中的應(yīng)用

孔 博

(沈陽市渾蒲灌區(qū)管理中心,遼寧 沈陽 110024)

當(dāng)前,灌區(qū)節(jié)水改造后對區(qū)域灌溉效益評價的影響成為灌區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展研究的重點,國內(nèi)對于灌區(qū)節(jié)水改造的效益評價研究較多[1- 5],但是對區(qū)域灌區(qū)群進(jìn)行整體綜合評價的研究相對較少,近些年來,多目標(biāo)多層次模糊評價方法由于可以考慮不同目標(biāo)不同層次等級的指標(biāo)評價,在許多目標(biāo)評價領(lǐng)域中得到較為成熟的應(yīng)用[6- 9],但是傳統(tǒng)多目標(biāo)多層次模糊評價方法由于在指標(biāo)權(quán)重設(shè)定時存在一定的主觀性,使得其在多目標(biāo)評價中存在一定的局限。為此有學(xué)者對傳統(tǒng)多目標(biāo)多層次模糊評價方法進(jìn)行改進(jìn),對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行優(yōu)屬度的計算,提高了傳統(tǒng)方法在目標(biāo)評價的合理性。為此本文引入改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價法對遼寧中部某灌區(qū)群進(jìn)行節(jié)水改造的效益綜合評價。成果對于灌區(qū)群節(jié)水改造綜合評價提高參考。

1 改進(jìn)多目標(biāo)多層次模糊評價原理

改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價方法對灌區(qū)群節(jié)水改造的各個評價指標(biāo)進(jìn)行模糊評價,模糊評價矩陣的表達(dá)式為：

Xm×n=(xij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(1)

式中，xij—各個灌區(qū)節(jié)水改造評價的特征指標(biāo)值。

由于各個指標(biāo)具有各異性,改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價方法首先對各個評價指標(biāo)進(jìn)行特征排序,對不同指標(biāo)進(jìn)行隸屬度的賦值計算,按照隸屬度進(jìn)行優(yōu)化排序,評價指標(biāo)特征值越大,其排序相對越高,該指標(biāo)的隸屬度計算方程為：

(2)

對于特征值較小的指標(biāo),其對應(yīng)的特征值越小,其排序反而越高,這種評價指標(biāo)的隸屬度計算方程為：

(3)

相比于傳統(tǒng)方法,改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價方法對各指標(biāo)在隸屬度排序的基礎(chǔ)上,對各個指標(biāo)的優(yōu)屬度進(jìn)行計算,各個灌區(qū)不同評價指標(biāo)的優(yōu)屬度計算方程為：

Rm×n=(rij)m×n

(4)

式中，R—不同評價指標(biāo)的優(yōu)屬度；m—灌區(qū)序號；n—評價指標(biāo)的序號數(shù)。

結(jié)合各評價指標(biāo)的優(yōu)屬度,對區(qū)域灌區(qū)群各個評價指標(biāo)進(jìn)行模糊聚類分析,不同評價指標(biāo)下灌區(qū)群評價模糊矩陣為：

UC×n=(uhj)c×n

(5)

模型需要滿足以下約束條件：

(6)

式中，U—模糊評價矩陣；uhj—各節(jié)水灌區(qū)不同評價指標(biāo)的相對優(yōu)屬度值,其中h=1,2,…c。

在模糊評價矩陣確定后,則可以對灌區(qū)群的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行不同目標(biāo)不同層次的模糊綜合評價,評價矩陣方程為：

Sm×c=(sih)m×c

(7)

綜合考慮不同指標(biāo)的各異性,對各評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重控制計算,指標(biāo)的權(quán)重計算方程為：

本文考慮到不同指標(biāo)對模糊數(shù)學(xué)模型聚類的影響,引入各個指標(biāo)的權(quán)向量進(jìn)行控制計算,

w=(w1,w2,…wm)=(wi)

(8)

各權(quán)重需要滿足的約束條件為：

(9)

式中，ω—各個評價指標(biāo)的權(quán)重。

在各個指標(biāo)權(quán)重確定后,則可以對整個區(qū)域灌區(qū)群的節(jié)水改造效益進(jìn)行綜合評價,綜合評價度的計算方程為：

(10)

式中，a—模型優(yōu)化參數(shù)；P—目標(biāo)控制參數(shù)。結(jié)合綜合評價度,可以建立區(qū)域灌區(qū)群節(jié)水改造效益目標(biāo)的綜合評價方程：

F(u,s)=min(f1(u1,s),f2(u2,s),f3(u3,s)…fn(un,s)

(11)

式中，F(xiàn)(u,s)—區(qū)域整個灌區(qū)群的綜合評價度。

2 灌區(qū)群節(jié)水改造效益綜合評價

2.1 灌區(qū)群基本評價特征

本文以遼寧中部區(qū)域某灌區(qū)群為研究實例,該灌區(qū)群為遼寧中部主要的農(nóng)業(yè)灌溉用水灌區(qū),灌區(qū)內(nèi)主要有六個灌區(qū),各灌區(qū)渠系的長度在18.9～73.5km,節(jié)水改造率均在30%,各個灌區(qū)的主要評價特征見表1。本文結(jié)合該灌區(qū)的各個特征值,應(yīng)用改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價法對整個灌區(qū)群的節(jié)水灌溉效益進(jìn)行綜合評價。

2.2 各評價指標(biāo)權(quán)重值設(shè)定

本文主要選取6個評價指標(biāo)對灌區(qū)群的節(jié)水改造綜合效益進(jìn)行評價,選取的6個評價指標(biāo)的權(quán)重設(shè)定值見表2。

表1 區(qū)域內(nèi)各個灌區(qū)的主要評價特征指標(biāo)

表2 各個評價指標(biāo)的權(quán)重設(shè)定值

本文選取的評價的6個評價指標(biāo)分別為灌區(qū)用水保證率、灌區(qū)用水效率、灌溉節(jié)水改造比例、灌溉農(nóng)作物生產(chǎn)提高比例、灌溉農(nóng)作物用水提高比例、灌溉面積增長比例,從表2中可以看出,各個評價指標(biāo)的權(quán)重值設(shè)定不同,這主要和區(qū)域灌區(qū)節(jié)水改造后的實際效益有關(guān),本文對各個指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定均通過對實地進(jìn)行調(diào)查,并結(jié)合專家咨詢的方式,進(jìn)行合理設(shè)定。

2.3 各評價指標(biāo)優(yōu)屬度設(shè)定

在不同指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定的基礎(chǔ)上,對各個灌區(qū)不同評價指標(biāo)的優(yōu)屬度進(jìn)行了計算,計算結(jié)果見表3。

表3 各灌區(qū)不同評價指標(biāo)的優(yōu)屬度計算結(jié)果

從表3中可以看出,各灌區(qū)不同指標(biāo)的優(yōu)屬度不同。從1#灌區(qū)可以看出,其優(yōu)屬度在0.3245～0.6291,該灌區(qū)的灌溉農(nóng)作物用水提高比例指標(biāo)的優(yōu)屬度最高,而在2#灌區(qū),各指標(biāo)優(yōu)屬度在0.4195～0.8453之間,該灌區(qū)用水保證率指標(biāo)的優(yōu)屬度最高。在3#灌區(qū),其指標(biāo)優(yōu)屬度在0.5672～0.9147之間,該灌區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)提高比例指標(biāo)的優(yōu)屬度最高。在4#灌區(qū)各指標(biāo)優(yōu)屬度在0.4872～0.8431之間,在各指標(biāo)中灌區(qū)用水保證率優(yōu)屬度最高。5#灌區(qū)各指標(biāo)的優(yōu)屬度在0.3245～0.6843之間,該灌區(qū)的農(nóng)作物生產(chǎn)提高比例指標(biāo)的優(yōu)屬度最高。

2.4 各評價指標(biāo)特征值的設(shè)定

在各個指標(biāo)優(yōu)屬度確定的基礎(chǔ)上,對各灌區(qū)不同評價指標(biāo)的特征值進(jìn)行了計算,計算結(jié)果見表4。

表4 不同評價指標(biāo)的特征值計算結(jié)果

2.5 不同算法下灌區(qū)群節(jié)水改造效益評價結(jié)果

表5 改進(jìn)算法下灌區(qū)群節(jié)水改造效益綜合評價結(jié)果

表6 傳統(tǒng)算法下灌區(qū)群節(jié)水改造效益綜合評價結(jié)果

由表5和表6中可知,改進(jìn)算法下不同層級下各灌區(qū)的綜合評價度在0.3706～0.6066之間,整體綜合評價度在0.5065,從整體評價度可以看出,研究灌區(qū)群的節(jié)水改造效益綜合評價為良好,而傳統(tǒng)算法下不同層次下各灌區(qū)的綜合評價度在0.1996～0.3276之間,且不同層次各灌區(qū)的節(jié)水改造效益綜合評價度均小于改進(jìn)算法,在傳統(tǒng)算法下灌區(qū)群的整體綜合評價度為0.2654,經(jīng)評價灌區(qū)群的節(jié)水改造效益為中等偏小。通過對實地考察發(fā)現(xiàn),區(qū)域各灌區(qū)的節(jié)水改造率在32.5%～75.3%之間,節(jié)水改造率在30%以上,灌區(qū)的總體節(jié)水綜合效益逐步體現(xiàn),改進(jìn)算法下區(qū)域灌區(qū)群的節(jié)水改造效益綜合評價結(jié)果和實際較為吻合。

3 結(jié)語

本文引入改進(jìn)的多目標(biāo)多層次模糊評價方法對灌區(qū)群進(jìn)行節(jié)水改造效益的綜合整體評價,綜合評價得出：(1)改進(jìn)算法引入優(yōu)屬度對各指標(biāo)進(jìn)行隸屬度進(jìn)行優(yōu)化排序,改進(jìn)傳統(tǒng)算法指標(biāo)特征排序主觀的局限,可在其他區(qū)域目標(biāo)評價中進(jìn)行推廣和應(yīng)用；(2)改進(jìn)算法在區(qū)域灌區(qū)群節(jié)水改造效益綜合評價度均高于傳統(tǒng)算法,整體評價結(jié)果好于傳統(tǒng)算法,和灌區(qū)群實際情況更為吻合,可用于灌區(qū)群節(jié)水改造的效益綜合評價分析。

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