基于模糊綜合分析法的豐樂河灌區(qū)高效節(jié)水改造效益評價

張雪潔，張 芮，張梅花，趙 霞，王引弟，安亞鵬，藺寶軍

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.大禹節(jié)水集團(tuán)，甘肅 蘭州 730070)

水資源短缺是制約我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最關(guān)鍵問題，因此水資源高效利用成為了重中之重。隨著人口不斷增長，經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷提升，節(jié)水改造工程的實(shí)施，水資源的利用率和效益也得到了顯著的提高，并在一定程度上帶來了經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了社會、生態(tài)、環(huán)境等方面的發(fā)展。[1]

從1995年林性粹等[2]評價地面節(jié)水灌溉工程的時候，主要采用灌水質(zhì)量、節(jié)水率、田間灌溉效率等經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。到2019年余航[3]對北屯灌區(qū)節(jié)水灌溉改造項(xiàng)目進(jìn)行綜合效益的評價時，從工程、社會、管理、可持續(xù)性等7個準(zhǔn)則層，共選取了29個指標(biāo)?？梢娢覈鴮鄥^(qū)高效節(jié)水改造效益評價越來越全面，取得了很大的進(jìn)展。但同時也存在一定的問題，比如選擇的指標(biāo)相對模糊，針對性不強(qiáng)，不易獲取或量化。

因此，本文采用模糊綜合評價法，以豐樂河灌區(qū)為例，以經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益3個方面為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該灌區(qū)的實(shí)際情況，共選取了11個具體指標(biāo)，建立灌區(qū)高效節(jié)水改造綜合效益評價體系，從而展開對該灌區(qū)進(jìn)行評估。針對豐樂河灌區(qū)高效節(jié)水灌溉工程，從經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境3個方面進(jìn)行綜合評價，旨在了解其現(xiàn)狀，并對其進(jìn)行評價；指出目前我國高效節(jié)水改造項(xiàng)目的建設(shè)與運(yùn)營中的缺陷，并對其進(jìn)行改進(jìn)。

1 研究區(qū)概況

豐樂河灌區(qū)位于甘肅省酒泉市肅州區(qū)的東南部[4]，灌域內(nèi)有3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)2.64萬人口，設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)灌溉面積13.53萬畝。灌區(qū)有小(2)型水庫3座，引水渠首3座，引水渠系斗口以上襯砌率達(dá)95.05%，節(jié)水設(shè)施已全面覆蓋，其中渠道防滲面積6.99萬畝，高效節(jié)水管道輸水灌溉面積為6.54萬畝。灌區(qū)年內(nèi)來水多集中于7—8月的地表徑流，地表年均徑流量0.97億m3[5]。該區(qū)域是典型的嚴(yán)重缺水地區(qū)，每年的6月和9月旱情尤為嚴(yán)重。

豐樂河灌區(qū)建成于1956年，至今已運(yùn)行60多年。灌區(qū)現(xiàn)狀總體工程設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)偏低，信息化覆蓋程度不足，斗口計(jì)量設(shè)施缺乏，灌溉水利用系數(shù)不高，是典型的資源性、結(jié)構(gòu)性缺水和現(xiàn)代化程度落后的灌區(qū)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價方法

本次綜合效益評價體系從經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益這3個方面展開。由于評價指標(biāo)具有各種模糊性和不確定性，則運(yùn)用模糊綜合評價法。該方法實(shí)際上就是按照模糊數(shù)學(xué)中包含的隸屬度理論將定性評價轉(zhuǎn)化成定量評價[7]，在使用的過程中，會對多個因素進(jìn)行客觀合理的綜合評價，同時對于解決龐大復(fù)雜、難以量化的模糊工程評估問題有很好的效果[8]。其步驟如下：

(1)構(gòu)建該灌區(qū)的評價指標(biāo)體系。通過對相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱與學(xué)習(xí)，篩選出影響該灌區(qū)效益的關(guān)鍵指標(biāo)，確定出準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，從而構(gòu)建出適合該灌區(qū)的評價指標(biāo)體系。

(2)建立評價模型。先根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理先構(gòu)建單層效益評估模型，再結(jié)合構(gòu)建的灌區(qū)節(jié)水效益兩層指標(biāo)體系，形成雙層評價節(jié)水效益的綜合模型。

(3)指標(biāo)權(quán)重以及隸屬度的確定。采用專家評價的方法確定各個指標(biāo)的權(quán)重，建立相應(yīng)隸屬度的評價標(biāo)準(zhǔn)，將基本的數(shù)據(jù)代入到評價標(biāo)準(zhǔn)中，得到各個指標(biāo)的隸屬度。

(4)劃分評價等級。查閱資料，按照以往等級劃分的方法，劃分評價分值，[90，100)分為一級，[75，90)分為二級，[60，75)分為三級，[30，60)分為四級，[0，30)分為五級，得到一個準(zhǔn)確的分值，為最終的評價結(jié)果。

2.2 評價指標(biāo)體系

建立一個合理的高效節(jié)水灌溉效益評價指標(biāo)體系首先一定要搜集大量的資料并調(diào)查分析，以多個單一的評估指數(shù)為基礎(chǔ)，組成評價指標(biāo)體系，達(dá)到全面地體現(xiàn)出高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目評價的各項(xiàng)要求[9]。所以，在系統(tǒng)分析和全面調(diào)查的前提下，按照科學(xué)性、適用性、針對性和簡明性等基本原理，建立了相應(yīng)的分級指標(biāo)體系見表1[10]。在對特定的灌溉區(qū)域進(jìn)行評價時，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r選擇適宜的評價標(biāo)準(zhǔn)，建立適宜的評價指標(biāo)體系。

2.3 評價模型

引入V={v1，v2，…，vm}為灌區(qū)高效節(jié)水效益評語集，每個元素對應(yīng)的評價等級有m種，利用模糊數(shù)學(xué)原理構(gòu)造單層效益評估模型為[11]:

B=A·R

(1)

(2)

式中，A、B—高效節(jié)水效益各評價因子的權(quán)向量和模糊數(shù)學(xué)法確定的待評樣本的綜合效益等級;R—專家賦分法構(gòu)造的評價矩陣；ai、rij—效益評價因子i的權(quán)值及其隸屬于等級j的程度。

設(shè)V={v1，v2，…，vm}為灌區(qū)節(jié)水效益評價的5個等級，待評樣本隸屬于一、二、三、四、五級的程度利用bj={b1，b2，b3，b4，b5}衡量，其數(shù)值大小稱為隸屬度。

結(jié)合以上單層綜合評價模型和構(gòu)建的灌區(qū)節(jié)水效益兩層指標(biāo)體系，形成雙層評價節(jié)水效益的綜合模型，其表達(dá)式為:

B=A·R

(3)

式中，A1、A2、A3—灌區(qū)節(jié)水效益綜合評價體系中準(zhǔn)則層各項(xiàng)因子的權(quán)重集；R1、R2、R3—反映高效節(jié)水效益的準(zhǔn)則層各要素的評估值，即兩層級間的變換矩陣；R11…R18、R21…R213、R31…R39—各個評價等級上每個元素的隸屬度，其數(shù)值大小反映了趨近該等級的程度。

表1 灌區(qū)高效節(jié)水效益評價指標(biāo)體系

為了更加直接明白的表述灌區(qū)高效節(jié)水改造的綜合效益效益，將評價等級得的分區(qū)間定義為P=(一級，二級，三級，四級，五級)T=(90，75，60，30，0)T，其評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。則定義最終評價的綜合得分為D=B·P，灌區(qū)高效節(jié)水改造效益的優(yōu)劣程度按照綜合評分值D來判定。

表2 等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.4 指標(biāo)權(quán)重與隸屬度的確定

本次邀請了9位專家，通過專家打分的方式確定各層次的權(quán)重，見表3。評審人員根據(jù)灌區(qū)改造后的綜合效益，按照上述11個指標(biāo)的真實(shí)情況進(jìn)行打分[13]。通過打分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定各個指標(biāo)的隸屬度，見表4。

2.5 評價結(jié)果

將以上得出的數(shù)據(jù)代入模型公式中，計(jì)算結(jié)果如下：

表3 評價指標(biāo)權(quán)重

表4 評價指標(biāo)隸屬度

D=B·P=(052，039，009，0，0)×(90，75，60，30，0)T=8145

最終確定灌區(qū)綜合效益評價指數(shù)81.45分，按照最大隸屬度準(zhǔn)則確定豐樂河灌區(qū)屬于較好這一等級[14]。根據(jù)表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在以上的11個評價指標(biāo)中，所有指標(biāo)的得分都分布在前面3個等級內(nèi)，故該灌區(qū)評價得分較高。根據(jù)豐樂河灌區(qū)實(shí)際情況，改造總投資1.2億元，建設(shè)內(nèi)容有完善設(shè)施管理、渠系建筑物續(xù)建改造并配套建設(shè)信息化設(shè)施設(shè)備等，本次改造的節(jié)水綜合效益成果較為顯著。灌溉水利用系數(shù)高于甘肅省平均水平，達(dá)到0.6以上。灌溉面積不小于13.53萬畝，耕地灌溉率達(dá)到100%，灌區(qū)信息化水平達(dá)到中級，生態(tài)用水保證率達(dá)到95%以上。從整體上看，該項(xiàng)目的節(jié)水效果和綜合效益均處于較好的狀態(tài)，其結(jié)果能夠客觀、準(zhǔn)確地反映出該地區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)狀況。但由于是專家根據(jù)施工項(xiàng)目的具體情況，對各指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的打分，因此，在一定程度上專家的主觀因素對其進(jìn)行了一定的影響，今后進(jìn)一步改進(jìn)評價方法和完善評價體系。

3 結(jié)論

(1)本文運(yùn)用模糊評價方法對灌溉高效節(jié)水改造進(jìn)行效益評價，有效地克服了評價指標(biāo)的含糊性，真實(shí)有效地反映本次高效節(jié)水灌溉改造項(xiàng)目的綜合效果。

(2)從經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境3方面11個指標(biāo)進(jìn)行全面評價，從而有效地解決了評價單一、片面性的弊端，而且指標(biāo)體系數(shù)據(jù)比較容易獲得，具有一定的實(shí)用性。

(3)由于目前甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目績效評估工作尚處于探索階段，因此本文對其他地區(qū)的節(jié)水灌溉改造技術(shù)的應(yīng)用及綜合效益的評價具有一定的借鑒意義。