盤山縣灌區(qū)節(jié)水改造效益的綜合整體評價(jià)

何 巍

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

0 引 言

當(dāng)前，灌區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展研究的重要依據(jù)為灌區(qū)節(jié)水改造后的灌溉效益評價(jià)，對此國內(nèi)外開展了大量的研究，而考慮各方面因素的綜合評價(jià)研究還鮮有報(bào)道。近年來，考慮了不同層次不同目標(biāo)的多要素模糊綜合法得到越來越廣泛的應(yīng)用，理論體系和模型方法日趨成熟[1-3]。在指標(biāo)權(quán)重設(shè)定時(shí)傳統(tǒng)的模糊數(shù)學(xué)法因具有一定的主觀性，針對多要素、多約束綜合性復(fù)雜問題仍存在一定局限性。為解決以上問題，有學(xué)者通過引入優(yōu)屬度的概念改進(jìn)了傳統(tǒng)的模糊評價(jià)法，對于目標(biāo)的評價(jià)提高了其科學(xué)合理性。鑒于此，文章對遼寧省盤山灌區(qū)節(jié)水改造效益運(yùn)用改進(jìn)的多層次多目標(biāo)模糊綜合法評價(jià)，可為提升灌區(qū)管理能力和水利設(shè)施灌溉效率提供科學(xué)的依據(jù)[4-7]。

1 改進(jìn)多目標(biāo)多層次模糊評價(jià)原理

灌區(qū)節(jié)水改造效益各項(xiàng)評價(jià)因子利用優(yōu)化的多層次多目標(biāo)模糊綜合法分析，從而構(gòu)造評價(jià)矩陣，即：

Xm×n=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(1)

式中：xij為各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的特征值。

由于不同指標(biāo)的內(nèi)涵和特征存在差異，要先對各項(xiàng)評價(jià)因子特征利用改進(jìn)的模糊綜合法排序，賦予各項(xiàng)因子相應(yīng)的隸屬度值，然后根據(jù)各因子隸屬度大小排序。對于特征值越大則排序越高型因子，利用下式確定隸屬度值，其表達(dá)式為：

(2)

對于特征值越小則排序越高型因子，利用下式確定隸屬度值，其表達(dá)式為：

(3)

通過對隸屬度的大小排序，改進(jìn)的模糊綜合法較傳統(tǒng)方法還要求解各因子優(yōu)屬度。采用下式確定各項(xiàng)評價(jià)因子的優(yōu)屬度，即：

Rmn=(rij)m×n

(4)

式中：R為各項(xiàng)評價(jià)因子的優(yōu)屬度；m、n為灌區(qū)序號和評價(jià)因子序號。

根據(jù)模糊聚類分析法和各評價(jià)因子的優(yōu)屬度，建立灌區(qū)群各評價(jià)指標(biāo)的模糊矩陣，其表達(dá)式為：

UC×n=(uhj)c×n

(5)

節(jié)水改造效益綜合評價(jià)模型應(yīng)滿足如下約束條件，即：

(6)

式中：U為灌溉效益模糊評價(jià)矩陣；uhj——為各評價(jià)因子關(guān)于不同灌區(qū)的相對優(yōu)屬度值，其中h=1，2，…，c。

構(gòu)造模糊評價(jià)矩陣后，運(yùn)用模糊綜合法評價(jià)分析灌區(qū)群的多目標(biāo)函數(shù)，由此建立評價(jià)矩陣：

Sm×n=(Sih)m×c

(7)

依據(jù)各項(xiàng)評價(jià)因子的具體內(nèi)涵和灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)際情況，利用科學(xué)的方法確定各因子權(quán)重，其基本流程如下：

2)根據(jù)各因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用模糊綜合法科學(xué)評價(jià)灌區(qū)群的整體效益，采用下述方程確定綜合評價(jià)度，即：

(8)

式中：P、a為目標(biāo)控制參數(shù)和模型優(yōu)化參數(shù)，其它參數(shù)含義同上。根據(jù)綜合評價(jià)度構(gòu)造節(jié)水改造效益評價(jià)模型，模型方程為：

(9)

式中：F(u,s)為灌區(qū)群的節(jié)水改造效益綜合評價(jià)度。

2 灌區(qū)節(jié)水改造效益評價(jià)

2.1 灌區(qū)特征分析

盤山灌區(qū)改造工程位于遼寧省盤錦市的西南面，設(shè)計(jì)灌溉面積3.91萬hm2，實(shí)灌面積3.71萬hm2。工程項(xiàng)目區(qū)具有良好的對外交通條件。根據(jù)地質(zhì)勘測資料和設(shè)計(jì)圖紙，工程下伏地層依次為含細(xì)粒黏土礫石層、中細(xì)砂層、低液限黏土層、砂巖層，該工程石方開挖量較大，大部分開挖至砂巖巖層。長期以來，渠系淤積現(xiàn)象嚴(yán)重，由于未能將淤泥及時(shí)清理外運(yùn)使得現(xiàn)狀渠堤、渠道寬窄存在較大差異，渠堤水毀、坍塌等較為常見；加之維修管理不善和干渠毀壞嚴(yán)重，河道斷流和自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。為了提高用水效率和減少渠系滲流損失，有必要對盤山灌區(qū)改造工程引入先進(jìn)的防滲技術(shù)[8-9]。以盤山灌區(qū)6個(gè)子灌區(qū)為研究對象，各子灌區(qū)的節(jié)水改造率為30%左右，渠系長度為18.5-73.0km之間，灌區(qū)的建成顯著改善了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，取得了巨大的社會與經(jīng)濟(jì)效益，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著重要的作用，各子灌區(qū)特征如表1。根據(jù)改進(jìn)的模糊綜合法和各子灌區(qū)特征值，綜合評價(jià)灌區(qū)節(jié)水灌溉效益[10]。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定

節(jié)水改造效果評價(jià)受權(quán)重計(jì)算的影響較為明顯，基于模糊綜合法確定的權(quán)重不僅可提高評價(jià)結(jié)果的可信度和可靠度，而且能夠彌補(bǔ)單一方法權(quán)重計(jì)算存在的不足。另外，選用節(jié)水改造前、后的指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算存在一定局限性，為進(jìn)一步提高評價(jià)結(jié)果的客觀真實(shí)性可將評價(jià)點(diǎn)以年為單位時(shí)段的平均值替代。對灌區(qū)群的節(jié)水改造效益選用6項(xiàng)評價(jià)因子分析，利用文中所述方法確定各因子權(quán)重，見表2。

根據(jù)表2可知，各灌區(qū)節(jié)水灌溉效益評價(jià)因子權(quán)重存在差異，其原因?yàn)椴煌鄥^(qū)的建設(shè)規(guī)模、渠系運(yùn)行狀況和節(jié)水改造工程等因素相關(guān)。通過咨詢專家意見和實(shí)地調(diào)查合理設(shè)定各因子權(quán)重，由此保證評價(jià)結(jié)果的客觀合理性。

2.3 評價(jià)指標(biāo)優(yōu)屬度

通過對各指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定，采用文中所述公式確定不同指標(biāo)關(guān)于各個(gè)灌區(qū)的優(yōu)屬度，結(jié)果見表3。

表2 節(jié)水灌溉效益各評價(jià)因子權(quán)重

表3 各灌區(qū)優(yōu)屬度運(yùn)算結(jié)果

根據(jù)表3可知，不同評價(jià)因子關(guān)于各個(gè)灌區(qū)的優(yōu)屬程度存在差異。從灌區(qū)A計(jì)算結(jié)果可知，各項(xiàng)評價(jià)因子關(guān)于A灌區(qū)的優(yōu)屬度介于0.3247-0.6295之間，其中農(nóng)作物用水提升比率X5、節(jié)水改造比例X3為該灌區(qū)節(jié)水灌溉效益優(yōu)屬度最高和最低因子；依據(jù)灌區(qū)B優(yōu)屬度結(jié)果，各項(xiàng)評價(jià)因子關(guān)于B灌區(qū)的優(yōu)屬度處于0.4192-0.8451范圍，其中用水保證率X1、農(nóng)作物用水提升比率X5為該灌區(qū)節(jié)水灌溉效益的優(yōu)屬度最高和最小因子；通過分析灌區(qū)C優(yōu)屬度結(jié)果，各項(xiàng)評價(jià)因子關(guān)于C灌區(qū)的優(yōu)屬度為0.5670-0.9142，其中農(nóng)作物生產(chǎn)提升比例X4、用水保證率X1為該灌區(qū)節(jié)水灌溉效益的優(yōu)屬度最大和最小因子；灌區(qū)D的各項(xiàng)評價(jià)因子優(yōu)屬度處于0.4836-0.8433范圍，其中用水保證率X1、農(nóng)作物用水提升比率X5為灌區(qū)D節(jié)水灌溉效益的優(yōu)屬度最大和最小因子；灌區(qū)E的各項(xiàng)評價(jià)因子優(yōu)屬度處于0.3248-0.6841范圍，其中農(nóng)作物用水提升比率X5、農(nóng)作物生產(chǎn)提升比例X4為灌區(qū)E節(jié)水灌溉效益的優(yōu)屬度最大和最小因子；灌區(qū)F的各項(xiàng)評價(jià)因子優(yōu)屬度處于0.4369-0.6140范圍，其中農(nóng)作物生產(chǎn)提升比例X4、用水保證率X1為灌區(qū)F節(jié)水灌溉效益的優(yōu)屬度最大和最小因子。

2.4 特征值的設(shè)定

通過確定各項(xiàng)評價(jià)因子的優(yōu)屬度，利用相關(guān)公式求解不同灌區(qū)各指標(biāo)的特征值，見表4。

表4 各評價(jià)指標(biāo)的特征值表

對灌區(qū)節(jié)水改造效益運(yùn)用傳統(tǒng)算法和改進(jìn)的模糊綜合法評價(jià)，結(jié)果見表5。

表5 傳統(tǒng)算法和改進(jìn)的模糊綜合法評價(jià)結(jié)果

根據(jù)表5可以看出，灌區(qū)節(jié)水改造效益運(yùn)用改進(jìn)的模糊綜合法求解的綜合評價(jià)度處于0.3714-0.6220之間，整體評價(jià)度為0.5057，由此表明基于改進(jìn)的模糊綜合法的節(jié)水改造效益處于良好等級。灌區(qū)節(jié)水改造效益利用傳統(tǒng)算法求解的綜合評價(jià)度位于0.1985-0.3577范圍，整體評價(jià)度為0.2651，不同評價(jià)等級下改進(jìn)的模糊綜合法評價(jià)結(jié)果較傳統(tǒng)算法高。結(jié)合節(jié)水改造工程驗(yàn)收報(bào)告和實(shí)地考察結(jié)果，節(jié)水改造后灌區(qū)群的整體效益得到顯著的提升，節(jié)水改造率位于31.5%-78.2%，灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)際情況與改進(jìn)算法的評價(jià)結(jié)果保持較高的一致性。

3 結(jié) 論

文章對遼寧省某灌區(qū)群節(jié)水改造效益運(yùn)用改進(jìn)的模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果顯示：對各項(xiàng)評價(jià)因子按照優(yōu)屬度大小排序，可有效避免主觀因素對指標(biāo)特征排序的影響，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值；較傳統(tǒng)算法的效益評價(jià)，改進(jìn)的模糊數(shù)學(xué)法具有更高的準(zhǔn)確性和可行性，評價(jià)結(jié)果能夠較為系統(tǒng)、準(zhǔn)確的體現(xiàn)灌區(qū)節(jié)水灌溉實(shí)際情況。