模糊層次綜合分析法在農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價中的應(yīng)用

王 鳳，徐征和，潘維艷

(濟南大學水利與環(huán)境學院，山東 濟南 250022)

0 引 言

我國是一個干旱缺水嚴重的國家，淡水資源總量為28 000 億m3，人均水資源量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一[1]。作為農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)業(yè)用水占用水總量的62%，其中90%以上用于灌溉，但我國灌溉用水的有效利用系數(shù)較低，僅為0.45左右。為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)節(jié)水已成為提高水利用率、解決水資源短缺、確保糧食安全的必然選擇[2,3]。農(nóng)業(yè)水價綜合改革是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要舉措，已成為當前社會關(guān)注的焦點。新中國成立以來，農(nóng)業(yè)水價政策雖經(jīng)數(shù)次變革，但是水價偏低、農(nóng)民節(jié)水意識淡薄、工程難以良性運行等問題仍普遍存在，制約著水利改革發(fā)展。2014年中央一號文件《關(guān)于全面深化農(nóng)村改革加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的若干意見》明確提出，要全面深化農(nóng)村改革，深入推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革。2016年1月21日，國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā)[2016]2號文下發(fā)了《關(guān)于推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革的意見》，明確要求：“省級人民政府對本行政區(qū)域農(nóng)業(yè)水價綜合改革工作負總責，要切實加強組織領(lǐng)導，結(jié)合實際制定具體實施方案，明確改革時間表和分步實施計劃，細化年度改革目標任務(wù)，建立健全工作機制，抓好各項措施落實?！?/p>

國內(nèi)外許多學者從不同層面對農(nóng)業(yè)水價綜合改革問題進行了定性和定量分析研究。Rogers等[4]研究指出科學合理的水價是提高用水效率的關(guān)鍵所在；Mahmoud等[5]從用水者的角度對水價改革政策進行研究，認為所有的水價政策都應(yīng)該將用水戶對于該項政策的感受考慮進去；Ohab-Yazdi等[6]研究發(fā)現(xiàn)合理的灌溉水價可以提高水的使用效率；Sumps等[7]研究了線性動態(tài)數(shù)學規(guī)劃模型在農(nóng)業(yè)水價以及農(nóng)戶用水行為中的應(yīng)用；Ramirez等[8]構(gòu)建了結(jié)構(gòu)方程模型來討論農(nóng)業(yè)用水和價格的關(guān)系。田圃德等[9]通過農(nóng)業(yè)用水價格對農(nóng)戶承受能力影響的研究發(fā)現(xiàn)核算供水成本，制定合理的用水水價是改革重點；年自力等[10]探討了云南和新疆農(nóng)戶對于不同水價政策調(diào)整時的反應(yīng)及所采取的相應(yīng)措施；李寶萍[11]運用模糊綜合評價模型對灌區(qū)水價進行了測算，并與現(xiàn)行水價進行比對。

目前針對農(nóng)業(yè)水價改革的研究主要集中在水價確定、農(nóng)民對水價的承受能力分析等方面。對改革實施效果的評價研究較少。本文以山東省某市農(nóng)業(yè)水價改革項目為研究背景，開展野外調(diào)研，探究該市目前農(nóng)業(yè)水價改革實施情況，引入模糊層次綜合分析模型[12-15]，從節(jié)水、經(jīng)濟、社會以及生態(tài)環(huán)境四個層面構(gòu)建了農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價的模糊層次綜合評價模型，并對農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果進行多級模糊評價，總結(jié)該市農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施過程中的不足，提出相應(yīng)的改進方法，為持續(xù)開展農(nóng)業(yè)水價綜合改革提供理論依據(jù)。

1 農(nóng)業(yè)水價改革效果評價模型的構(gòu)建

1.1 評價指標體系的確立

評價指標的選取是整個評價過程及其評價結(jié)果的關(guān)鍵。為科學合理進行農(nóng)業(yè)水價改革實施效果評價，評價指標的選取應(yīng)當遵循以下原則[16]：

(1)有效性原則：在體系的構(gòu)建中所使用的數(shù)據(jù)要盡可能采用國家統(tǒng)計部門對外公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以確保評價結(jié)果的準確性。

(2)系統(tǒng)性原則：農(nóng)業(yè)水價改革涉及范圍廣泛，故其評價體系要注重社會、經(jīng)濟、節(jié)水與生態(tài)環(huán)境四者效益的兼顧。

(3)代表性原則：所選取的改革效果評價指標要具有代表性，使其能夠反映農(nóng)業(yè)水價改革發(fā)展的方向與目標，選取的指標要便于進行檢驗與評價。

(4)定性與定量相結(jié)合的原則：農(nóng)業(yè)水價改革實施效果的綜合評價過程中引入模糊性概念，有些運用模糊數(shù)學進行定量處理，有些運用層次分析法進行定性與定量相結(jié)合處理。

農(nóng)業(yè)水價綜合改革涉及經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等多方面因素，而這些因素的指標種類繁多，因此，在效果評價過程中需要綜合考慮各個方面，根據(jù)試點市農(nóng)業(yè)水價改革的現(xiàn)狀，在評價指標體系確定時需要考慮到農(nóng)業(yè)節(jié)水是實施農(nóng)業(yè)水價改革的核心目標，因此將節(jié)水效果單獨作為一項指標，與經(jīng)濟效果、社會效果、生態(tài)環(huán)境效果共同構(gòu)成一級評價指標[17,18]。在此基礎(chǔ)上依據(jù)有效性、系統(tǒng)性、代表性等原則確定二級評價指標，從而構(gòu)建農(nóng)業(yè)水價改革實施效果綜合評價指標體系，如表1所示。

表1 農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價指標體系Tab.1 Agricultural water price comprehensive reform implementation effect evaluation index system

1.2 評價模型構(gòu)建

傳統(tǒng)的模糊層次綜合分析法在確定指標權(quán)重時存在難以檢驗判斷矩陣是否具有一致性、難以判斷指標重要性等問題，因此本文采用改進的模糊層次分析法對農(nóng)業(yè)水價改革實施效果進行評價[19]。該方法將傳統(tǒng)的九標度法確定各指標權(quán)重改為采用三標度法，使專家對指標之間的重要性判斷更為簡單，并且引入模糊一致性矩陣，利用和行歸一法得到各指標權(quán)重向量，再采用迭代法求精度較高的權(quán)重向量。其具體步驟如下[20]。

1.2.1 層次分析法確定各因素(指標)權(quán)重

(1)建立模糊判斷矩陣F=(fij)n×n。

采用三標度法：

(1)

式中：C(i)是指標fi的相對重要程度；C(j)是指標fj的相對重要程度。

(2)將判斷矩陣F=(fij)n×n轉(zhuǎn)化為模糊一致性判斷矩陣(優(yōu)先判斷矩陣)R=(rij)n×n，轉(zhuǎn)換公式如下：

(2)

(3)利用和行歸一法得到各指標權(quán)重向量，公式如下：

W(0)=(w1，w2，w3,…,wn)=

(3)

(5)運用迭代法進一步求精度較高的權(quán)重向量，以向量W(0)作為特征值法的迭代初值，利用迭代公式Vk+1=EVk，求特征向量Vk+1并求Vk+1的無窮范數(shù)‖Vk+1‖∞。

若‖Vk+1‖∞-‖Vk+1‖∞<ε(ε<0.001)，則‖Vk+1‖∞即為最大特征值λmax，將Vk+1進行歸一化處理，公式如下：

(4)

所得到的向量W(k)=Vk+1即為權(quán)重向量，迭代結(jié)束；

若不滿足誤差要求，則公式如下：

(5)

以此作為新初值，再次疊加。

1.2.2 模糊綜合評價法建立模糊關(guān)系矩陣

評價因素之間具有一定的相對性和不確定性，同時有些評價值難以量化。模糊綜合評價法即在評價過程中引入模糊性概念，對模糊性(不確定性)問題進行定量處理[21,22]。其具體步驟如下：

(1)建立評價因素(指標)集。評價因素集是根據(jù)評價指標體系所確立的，評價指標的集合即為因素集。農(nóng)業(yè)水價改革效果評價總的因素集為U={u1,u2,u3,u4}，依次代表節(jié)水效果，經(jīng)濟效果，社會效果，生態(tài)環(huán)境效果，其對應(yīng)的單因素集分別為u1={u11,u12,u13,u14}，u2={u21,u22,u23,u24}，u3={u31,u32,u33,u34}，u4={u41,u42,u43}。

(2)建立評語集。V={v1,v2,v3,v4,v5}，依次代表改革實施效果很好，較好，一般，較差，很差5個等級。

(3)確定模糊關(guān)系矩陣。確定農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價因素集中每個指標ui(i=1，2,…,m)隸屬于評語集V中不同評語分級的程度，即隸屬度Ri，得到模糊關(guān)系矩陣如下：

(6)

1.2.3 合成模糊層次綜合評價結(jié)果

將已經(jīng)求得的模糊關(guān)系矩陣R與權(quán)重向量W合成，得到模糊層次綜合評判結(jié)果為：

(b1，b2，…,bn)

(7)

式中：bi為在等級模糊子集Vj中被評價指標的隸屬度。實際中，常對評價結(jié)果采用最大隸屬度原則進行分析。

2 實例分析

該市地處魯西平原，水資源總量匱乏，水資源具有水質(zhì)性和資源型缺水的雙重特點。2015年該市農(nóng)業(yè)用水占全市總用水量的82.7%，但農(nóng)業(yè)用水灌溉利用系數(shù)只有0.57，比發(fā)達國家低20%～30%，該市農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大。為確定該市合理的農(nóng)業(yè)用水價格，保障供水工程良性運行，促進該市農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高農(nóng)業(yè)用水效率，緩解地下水超采問題，在該市5.73 萬hm2農(nóng)田有效灌溉面積范圍內(nèi)推行農(nóng)業(yè)水價綜合改革，具體改革內(nèi)容包括：建立合理的水價形成機制，完善農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施及管護機制，建立精準的補貼和節(jié)水獎勵機制等[23,24]。國家和省政府在農(nóng)業(yè)用水問題上投入了很大精力，而水價改革項目的實施效果評價作為檢驗農(nóng)業(yè)水價綜合改革成效的重要標準，其評價結(jié)果對于進一步深化農(nóng)業(yè)水價改革具有重要的意義。因此，為了對改革成效進行系統(tǒng)準確的評估，通過開展野外調(diào)研，發(fā)放問卷調(diào)查等方法對該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果進行研究，在充分收集數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建模糊層次指標體系，運用模糊層次分析法對改革效果進行系統(tǒng)評價。

2.1 確立指標權(quán)重

根據(jù)上文建立的模型，結(jié)合該市實際情況以及農(nóng)業(yè)水價改革實施方案，通過專家評分的方式對各指標進行重要性判斷，利用MATLAB軟件[25]按照式(1)～(5)所示模糊層次分析步驟對各級指標的綜合權(quán)重進行迭代計算，求得該市農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價指標權(quán)重，如表2所示。

2.2 建立模糊關(guān)系矩陣

按照該市農(nóng)業(yè)水價綜合改革的實際效果，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，邀請10位相關(guān)領(lǐng)域的專家對該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果評價各因素的隸屬等級評語集進行打分評價，回收有效問卷10份。整理統(tǒng)計問卷調(diào)查結(jié)果，分別計算出各評價指標的隸屬度，匯總得到模糊關(guān)系矩陣R，如表3所示。

根據(jù)表3中實施效果評價隸屬度的匯總，通過處理可以分別得到節(jié)水效果u1，經(jīng)濟效果u2，社會效果u3以及生態(tài)環(huán)境效果u4的二級隸屬度模糊關(guān)系矩陣，分別為R1，R2，R3，R4。

表2 某市農(nóng)業(yè)水價綜合改革效果評價指標體系權(quán)重表Tab.2 Weight table of agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index system

表3 某市農(nóng)業(yè)水價綜合改革實施效果評價指標隸屬度匯總表Tab.3 Agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index membership summary

2.3 農(nóng)業(yè)水價改革實施效果模糊綜合評價

2.3.1 一級指標模糊效果評價

根據(jù)求得的二級隸屬度模糊關(guān)系矩陣R1，R2，R3，R4及指標權(quán)重W1，W2，W3，W4，運用模糊評價公式計算，分別得到該市節(jié)水效果、經(jīng)濟效果、社會效果和生態(tài)環(huán)境效果的綜合評價結(jié)果。

(1)節(jié)水效果。

A1=W1·R1=

(2)經(jīng)濟效果。

A2=W2·R2=

(3)社會效果。

A3=W3·R3=

(4)生態(tài)環(huán)境效果。

A4=W4·R4=

按照最大隸屬度的原則，該市農(nóng)業(yè)水價改革節(jié)水效果，經(jīng)濟效果評價等級為較好，社會以及生態(tài)環(huán)境效果等級為一般。

2.3.2 綜合效果評價

根據(jù)2.3.1的一級指標模糊效果評價，可以對該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果進行模糊綜合評價，其中綜合評價矩陣為：

綜合權(quán)重為：

因此該市農(nóng)業(yè)水價改革模糊綜合效果評價結(jié)果為：

由上述農(nóng)業(yè)水價改革效果的模糊綜合評價結(jié)果可以看出，該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果等級中“很好”占32.04%，“較好”占42.71%，“一般”占22.00%，“較差”占3.69%，“很差”占0.75%。按照模糊綜合評價最大隸屬度的原則，該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果評價結(jié)果為較好。從總體上來看，該市農(nóng)業(yè)水價改革成效顯著，在節(jié)水、經(jīng)濟方面產(chǎn)生了較好的效益，但是在社會以及生態(tài)環(huán)境方面效果較一般。就目前改革中的不足之處，在進一步深化農(nóng)業(yè)水價改革過程中還需注意以下幾點[26,27]：

(1)完善供水計量設(shè)施建設(shè)。按照經(jīng)濟適用、滿足取用水管理和計量收費需要的原則，合理確定供水計量控制層級，加快計量體系建設(shè)。

(2)完善農(nóng)民用水自治組織。在下一步的改革中，強調(diào)用水戶的主體作用，完善用水戶參與管理決策的民主管理機制。

(3)進一步加強宣傳力度。讓廣大農(nóng)民充分了解改革的出發(fā)點、落腳點和具體舉措；讓全社會看到實施改革帶來的成效，廣大農(nóng)民享受到的改革成果。增強農(nóng)民乃至全社會有償用水、節(jié)約用水意識，積極營造有利于深化農(nóng)業(yè)水價綜合改革的良好輿論氛圍。

(4)資金支持。不斷加大對農(nóng)業(yè)水價綜合改革的投入力度，用以補助農(nóng)業(yè)用水計量設(shè)施建設(shè)、工程維修養(yǎng)護、農(nóng)村基層用水組織能力建設(shè)、農(nóng)業(yè)用水精準補貼以及節(jié)水獎勵等方面。

3 結(jié) 論

農(nóng)業(yè)水價綜合改革是一項系統(tǒng)的、復雜的工作，為科學系統(tǒng)地評價農(nóng)業(yè)水價綜合改革效果，本文構(gòu)建了農(nóng)業(yè)水價綜合改革效果評價指標體系，建立模糊層次綜合評價模型。并將該模型應(yīng)用于某試點市農(nóng)業(yè)水價改革效果評價過程，得到了系統(tǒng)、準確的評價結(jié)果，結(jié)果表明這種模糊層次綜合分析法在農(nóng)業(yè)水價綜合改革效果評價過程中切實可行。結(jié)合實例分析，針對試點市改革現(xiàn)狀得到以下主要結(jié)論：

(1)該市農(nóng)業(yè)水價改革實施效果評價結(jié)果為較好，農(nóng)業(yè)水價改革總體上效果突出，有較高的應(yīng)用與實踐意義，但是改革過程中還存在著一定的問題。

(2)在該市農(nóng)業(yè)水價改革實施評價結(jié)果中，節(jié)水效果、經(jīng)濟效果評價等級為較好，其中作物灌溉水利用率以及農(nóng)作物平均增產(chǎn)量較為突出，取得了良好的效益；其社會效果以及生態(tài)環(huán)境效果較為一般，尤其是政府與農(nóng)民的關(guān)系處理尚不到位。

(3)該市需加強節(jié)水宣傳力度，提高農(nóng)民的節(jié)水能動性，落實好水價改革中的獎勵與補貼制度，實現(xiàn)農(nóng)民與政府共同參與農(nóng)業(yè)節(jié)水改革的良好面貌。