基于可變模糊集的區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)研究

張麗娜，朱 瑋，于倩雯

(1.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院經(jīng)濟(jì)與環(huán)境資源學(xué)院，武漢 430205；2. 中國銀行常州新北支行，江蘇 常州 213000；3. 河海大學(xué) 商學(xué)院，南京 211100)

近年來，黨和政府高度重視節(jié)水灌溉工作。2012年1月，國務(wù)院正式頒布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，提出要加大農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，完善和落實(shí)節(jié)水灌溉的產(chǎn)業(yè)支持，大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉。2012年《國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要(2012-2020年)》(國辦發(fā)〔2012〕55號(hào))，提出要把節(jié)水灌溉作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略任務(wù)。2014年《水利部關(guān)于深化水利改革的指導(dǎo)意見》中提出建立健全的灌溉排水、農(nóng)村供水的專業(yè)化服務(wù)組織及專業(yè)化基層水利的服務(wù)體系。而對(duì)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀水平進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)是制定節(jié)水灌溉規(guī)劃的重要前提。因此，進(jìn)行區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)節(jié)水灌溉工程及技術(shù)存在的問題，有針對(duì)性地分類增加灌溉面積，有利于為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展提供用水保障。

目前，節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)主要思路包括單一的效益評(píng)價(jià)以及多層次多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。①單一效益評(píng)價(jià)。如李平[1]等結(jié)合積因子位次方法對(duì)節(jié)水灌溉效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。②多層次多指標(biāo)評(píng)價(jià)。Qassim Abdi等[2]對(duì)澳大利亞谷爾本山區(qū)采用小定額灌溉后的節(jié)水效率和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，馬建琴[3]等采用改進(jìn)層次分析的模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)不同灌水控制下夏玉米的耗水量及產(chǎn)量特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，于倩雯[4]等提出了基于區(qū)間直覺模糊TOPSIS法的節(jié)水灌溉工程方案優(yōu)選模型，鄭和祥[5]等引入基于信息熵的模糊物元評(píng)價(jià)模型，開展牧區(qū)節(jié)水灌溉工程后評(píng)價(jià)，樓豫紅[6]等采用集對(duì)分析方法對(duì)四川省各地區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展現(xiàn)狀為進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算，呂麗華[7]等運(yùn)用模糊集理論對(duì)黑龍港平原區(qū)3種節(jié)水技術(shù)模式進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)屬度評(píng)價(jià)，王蘭英[8]等構(gòu)建了農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用AHP法與Rough Set法對(duì)西北半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，Rodrigues等[9]指出滴灌的含濕量小于噴灌的含濕量使得該地區(qū)滴灌的節(jié)水效率要高于噴灌的節(jié)水效率，可變模糊集理論[10]作為解決系統(tǒng)中的模糊現(xiàn)象、模糊事物、模糊概念的一種有效方法，在工程、生態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)等綜合評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，柯麗娜[11]等建立基于可變模糊集理論的海島可持續(xù)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)遼寧省長海縣2001-2011年可持續(xù)發(fā)展的狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)驗(yàn)證，趙剛[12]等采用集對(duì)分析-可變模糊集評(píng)價(jià)模型和基于指數(shù)超標(biāo)法的賦權(quán)重方法分析研究2008-2011年間水利現(xiàn)代化指數(shù)的時(shí)空變化特征，潘爭偉[13]等構(gòu)建基于集對(duì)分析與可變模糊集的區(qū)域水資源系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)模型，驗(yàn)證了安徽省水資源系統(tǒng)脆弱性實(shí)際狀況為中度脆弱。

綜合可知，模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法以及其他定量指標(biāo)分析對(duì)我國節(jié)水灌溉水平評(píng)價(jià)具有重要的方法指導(dǎo)作用，但是區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)是一個(gè)具有不確定性和模糊性交互作用的復(fù)雜決策問題，現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果難以相互驗(yàn)證，評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性難以保障?；诖耍疚睦每勺兡：碚撛谠u(píng)價(jià)過程中具有相互驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)勢，構(gòu)建基于可變模糊集的區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)模型，以保證評(píng)價(jià)結(jié)果具有可靠性。

1 可變模糊集的基本原理

2 區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建的基本思路

在對(duì)區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，假設(shè)給定的評(píng)價(jià)對(duì)象集為u，由評(píng)價(jià)指標(biāo)所構(gòu)成的指標(biāo)集為O={o1,o2,…，om}，評(píng)價(jià)對(duì)象下各評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值構(gòu)成了區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值向量x={x1,x2,…,xm}=xj。首先，運(yùn)用基于綜合熵權(quán)法[14]及二元比較法[15]組合賦權(quán)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重，組合賦權(quán)過程為：在使用熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重之后，再征取專家意見，若客觀權(quán)重基本符合評(píng)價(jià)的判斷與偏好，則不需要對(duì)客觀權(quán)重進(jìn)行調(diào)整；若不符合評(píng)價(jià)的判斷與偏好，則采用二元對(duì)比法對(duì)客觀權(quán)重進(jìn)行調(diào)整。其次，建立區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)等級(jí)區(qū)間，對(duì)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)分別依據(jù)三角模糊數(shù)2級(jí)比例量化法和有關(guān)規(guī)劃、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的形式建立5級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；最后計(jì)算m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度，再對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行可變模糊評(píng)價(jià)，并得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。模型構(gòu)建的基本思路見圖1。

圖1 區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)模型構(gòu)建的基本思路

2.2 模型構(gòu)建的基本步驟

基于可變模糊集理論的區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)模型構(gòu)建的基本步驟如下：

步驟1：設(shè)區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)對(duì)象集為u，根據(jù)建立的m個(gè)指標(biāo)按照c個(gè)級(jí)別，運(yùn)用基于綜合熵權(quán)法及二元比較法組合賦權(quán)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重ωj。然后對(duì)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)分別依據(jù)三角模糊數(shù)2級(jí)比例量化法和有關(guān)規(guī)劃、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的形式建立5級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平等級(jí)區(qū)間矩陣Z=(zjh)m×c。

步驟2：依據(jù)c個(gè)級(jí)別的等級(jí)區(qū)間矩陣，計(jì)算指標(biāo)體系吸引區(qū)間[a,b]矩陣Iab=([a,b]jh)m×c，由此計(jì)算指標(biāo)體系排斥區(qū)間[c,d]矩陣Icd=([c,d]jh)m×c，其中，j=1,2,…,m；h=1,2,…,c。

步驟3：確定評(píng)價(jià)指標(biāo)j相對(duì)于級(jí)別h的矩陣IM=(mjh)m×c。

取λ=1，當(dāng)x處于M點(diǎn)左側(cè)時(shí)，相對(duì)差異函數(shù)模型可為：

(1)

當(dāng)x處于M點(diǎn)右側(cè)時(shí)，其相對(duì)差異函數(shù)模型為：

(2)

當(dāng)x處于X區(qū)域外時(shí)，其相對(duì)差異函數(shù)模型為：

(3)

式中：α為模型優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)，α=1為最小一乘方準(zhǔn)則，α=2為

最小二乘方準(zhǔn)則；p為距離參數(shù)，p=1為海明距離，p=2為歐式距離。

3 算例分析

3.1 數(shù)據(jù)收集及處理

截至2014年末，陜西省常用耕地面積達(dá)到286.699 萬hm2，占全省土地面積的13.9%，主要農(nóng)作物播種面積426.213 萬hm2；全年灌溉面積179.819 萬hm2，農(nóng)業(yè)有效灌溉率僅為42.79%，而且由于節(jié)水灌溉資金的投入不足，全省干、支、斗渠道防滲比例僅為65%左右，建設(shè)任務(wù)還十分繁重。因此，本文將陜西省作為節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)的區(qū)域，選擇2014年作為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)年，評(píng)價(jià)陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平，并分析陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展中存在的問題，為促進(jìn)未來陜西省節(jié)水灌溉的發(fā)展提出建議。根據(jù)陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃要求，綜合考慮各個(gè)區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展的現(xiàn)狀，結(jié)合區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，收集陜西省及各轄市、區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見表1。

在表1中，節(jié)水技術(shù)的表征指標(biāo)依次為噴微灌面積比例A11、灌溉水利用系數(shù)A12、每公頃灌溉用水量A13、已建渠道防滲率A14、作物種植結(jié)構(gòu)合理性A21、耐旱作物種植面積比例A22；節(jié)水管理的表征指標(biāo)依次為政府政策指數(shù)B11、用戶參與水平B12、水價(jià)合理性B21、計(jì)量收費(fèi)普及率B22、灌溉制度合理性B23；節(jié)水效益的表征指標(biāo)依次為灌溉水分生產(chǎn)率C11、單位水量農(nóng)業(yè)產(chǎn)值C12、主要農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量C13、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整水平C21、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改善程度C22、農(nóng)作物植被覆蓋率C31、水土流失治理水平C32；節(jié)水可持續(xù)性的表征指標(biāo)依次為技術(shù)推廣體系建設(shè)水平D11、農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)集成水平D12、農(nóng)業(yè)缺水指數(shù)D21、人均水資源量D22和人均耕地面積D23。

表1 陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采集

續(xù)表1 陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采集

注：定量數(shù)據(jù)來源為《陜西省水利統(tǒng)計(jì)年鑒》、《陜西省農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《陜西省水資源公報(bào)》和《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》，定性數(shù)據(jù)通過專家咨詢及機(jī)構(gòu)調(diào)查采集。

3.2 陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)

為了檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的穩(wěn)定性，變換模型中的參數(shù)組合。以下考慮可變模糊評(píng)價(jià)模型的其他3種組合情況，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平可變模糊集特征值結(jié)果

由此驗(yàn)證，基于可變模糊集的陜西省節(jié)水灌溉發(fā)展水平的評(píng)價(jià)結(jié)果介于 “一般”與“較好”之間。節(jié)水灌溉的發(fā)展取得了成效，總體呈現(xiàn)較好的發(fā)展趨勢，但其發(fā)展程度還相對(duì)較低，說明陜西省節(jié)水灌溉在發(fā)展中還存在一些問題。

同理，對(duì)陜西省各市、區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展水平進(jìn)行可變模糊評(píng)價(jià)(α=1且p=1)，得到評(píng)價(jià)的結(jié)果見表3。

表3 陜西省各市、區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展水平可變模糊評(píng)價(jià)級(jí)別特征值排序

從表3中可以看出楊凌區(qū)、銅川市、寶雞市、咸陽市的級(jí)別特征值較小，分別為2.121、2.302、2.373、2.488，說明這幾個(gè)地區(qū)的節(jié)水灌溉發(fā)展得較好，水平相對(duì)較高。而榆林市、安康市、商洛市幾個(gè)地區(qū)的級(jí)別特征值稍大，說明這幾個(gè)地區(qū)的節(jié)水灌溉發(fā)展水平相對(duì)較低一些。這主要是因?yàn)椋宏兾魇∈撬Y源十分緊缺的省份，自20世紀(jì)50年代推行節(jié)水灌溉技術(shù)以來，全省各個(gè)地區(qū)一直將發(fā)展節(jié)水灌溉作為緩解水資源矛盾，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的舉措之一，截止2014年，陜西省共發(fā)展節(jié)水灌溉面積85.062 萬hm2，全省農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)平均達(dá)到0.54，略高于全國的平均水平，不僅提高了水的利用率和農(nóng)田灌溉保證率，而且加快了農(nóng)民的致富步伐，推動(dòng)了農(nóng)民高效發(fā)展。但是，當(dāng)前農(nóng)村的生產(chǎn)方式落后，使推廣噴灌、微灌等高效節(jié)水形式受到一定制約，農(nóng)民對(duì)節(jié)水灌溉投入的積極性、農(nóng)民傳統(tǒng)的澆地習(xí)慣、水資源管理滯后、用水混亂、污染嚴(yán)重等因素限制了陜西省節(jié)水灌溉的發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

對(duì)區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，有利于分析影響區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展的主要限制因素，完善區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，推動(dòng)區(qū)域節(jié)水灌溉沿著科學(xué)、健康的軌道發(fā)展。本文提出了基于可變模糊集的區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平評(píng)價(jià)模型，以此來確定區(qū)域節(jié)水灌溉發(fā)展水平的等級(jí)。該模型可以充分利用所得到的信息，通過變換模型及模型參數(shù)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果得到相互驗(yàn)證，并提高評(píng)價(jià)成果的可 信度。通過對(duì)陜西省節(jié)水灌溉的發(fā)展水平進(jìn)行實(shí)證分析，驗(yàn)證模型的合理性與有效性。通過實(shí)證分析，得到該省節(jié)水灌溉發(fā)展的評(píng)價(jià)結(jié)果為一般偏向好。一方面，表明該省節(jié)水灌溉的發(fā)展取得了一些效果，但也存在節(jié)水技術(shù)研發(fā)應(yīng)用落后、節(jié)水管理有欠缺等問題。另一方面，也表明采用可變模糊評(píng)價(jià)方法來處理現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的一些不確定性的評(píng)價(jià)問題具有可行性。

為了提高陜西省節(jié)水灌溉的發(fā)展水平，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果，提出如下建議：①建議統(tǒng)籌安排，科學(xué)制定節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃。在制定節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃時(shí)，需充分體現(xiàn)節(jié)水灌溉的系統(tǒng)性，充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式、農(nóng)業(yè)作物種類及水資源的承載能力，以水土資源的優(yōu)化配置為目的，促進(jìn)多種水源的高效綜合利用。②完善灌溉政策，健全管理體制。省級(jí)政府應(yīng)及時(shí)頒布有利于全省節(jié)水灌溉發(fā)展的指導(dǎo)性文件，完善相應(yīng)的政策配套及法律法規(guī)。各級(jí)政府應(yīng)大力推進(jìn)水價(jià)改革，發(fā)揮價(jià)格的杠桿作用，并建立合理健全的獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)助制度，以充分調(diào)動(dòng)農(nóng)民的積極性。③加強(qiáng)科研，大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)。注重節(jié)水灌溉新技術(shù)、新材料、新工藝的自主研發(fā)與創(chuàng)新，因地制宜，促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷推廣。鼓勵(lì)政府和企業(yè)與高校及科研機(jī)構(gòu)合作，不斷完善產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新體系。

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