基于層次分析法的灌區(qū)水位測量設(shè)備選型探析

侯亞洲，許士欣

（1.臨沂市水利工程保障中心，山東 臨沂 276000；2.臨沂市水利資源開發(fā)服務(wù)中心，山東 臨沂 276000）

當前，隨著灌區(qū)信息化水平的提升，自動化水位測量設(shè)備將逐步替代傳統(tǒng)水尺。如何選擇合適的水位測量設(shè)備是灌區(qū)現(xiàn)代化改造過程中遇到的問題，依靠主觀判斷難以綜合評價各種水位設(shè)備性能特點并做出可靠選擇，本文應(yīng)用層次分析法建立水位測量設(shè)備選型決策模型，將管理經(jīng)驗及設(shè)備特性量值化，排列出各設(shè)備的優(yōu)劣次序作為決策依據(jù)。

1 建立層次分析模型

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是由美國運籌學家，匹茲堡大學Saaty教授于20 世紀70 年代初創(chuàng)立的一種決策分析數(shù)學模型，適用于現(xiàn)實中大量存在的無結(jié)構(gòu)決策問題，將定性問題量值化為其顯著特點，通過建立決策問題的遞階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造遞階層次中每一層元素對于上層支配元素的權(quán)重，然后進行層次總排序，從而得出決策問題備選方案的優(yōu)劣排序，以供決策參考。

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)圖

將決策的目標、準則和方案自上而下地分解成若干層次，繪出層次結(jié)構(gòu)圖，其中最高層為目標層；中間層為實現(xiàn)目標而遵循的準則，準則層因子一般不多于9 個，中間層可以有1 個或多個，準則過多時可以分解出子準則層；最低層為方案層。

本文根據(jù)臨沂市大中型灌區(qū)骨干渠道量水設(shè)備的選型一般遵循管理、施工、造價等要求，選擇測量范圍、測量精度、工程造價、穩(wěn)定性及管護方便程度5 項因素作為評判因子，以雷達水位計、壓力式水位計、浮子式水位計、超聲波水位計（氣介質(zhì)）和電子水尺設(shè)備為方案層，構(gòu)造出水位計選型評判指標體系如圖1 所示。

圖1 水位計選型評判指標體系

1.2 建立判斷矩陣

從準則層開始，對于上一層每個因子的同一層所有因子，構(gòu)造判斷矩陣，直到方案層。判斷矩陣是表示本層所有因子針對上一層某一個因子的相對重要性的比較，通過因子兩兩相互比較，確定各層次各因子之間的權(quán)重。

通過查閱5 種水位設(shè)備資料，聽取專家、灌區(qū)管理人員和施工人員意見，構(gòu)建準則層判斷矩陣O-C（見表1），及方案層判斷矩陣C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B（分別見表2～表6）。

表1 準則層判斷矩陣O-C

表2 方案層判斷矩陣C1-B

表3 方案層判斷矩陣C2-B

表4 方案層判斷矩陣C3-B

表5 方案層判斷矩陣C4-B

表6 方案層判斷矩陣C5-B

然后根據(jù)判斷矩陣計算出排序向量ω=（ω1，ω2，ω3，ω4，ω5）T。

計算結(jié)果如下：

準則層對目標層的排序向量

ω（2）=（0.066 0，0.066 0，0.341 9，0.184 3，0.341 9）T

方案層對準則層因子排序向量

由于AHP 構(gòu)造矩陣中不允許出現(xiàn)矛盾判斷，需要復(fù)核判斷矩陣的一致性。計算隨機一致性比例CR=CI/RI，其中RI 為平均隨機一致性指標，取值見表7；CI 為一致性指標（λmax為最大特征值）。

表7 平均隨機一致性指標

當判斷矩陣的CR＜0.1 時可認為矩陣具有滿意的一致性，是可以接受的，否則說明矩陣存在矛盾，應(yīng)對因子評價重新修正。經(jīng)計算，判斷矩陣O-C、C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B 的CR 值分別為0.001 1、0.013 8、0.013 2、0.054 7、0、0.002 9，具有滿意的一致性。

2 總目標的合成權(quán)重

將各層權(quán)重進行合成，得到方案層中每個方案對總目標的權(quán)重，對于上層支配因子權(quán)重的計算自上而下進行，可以得到方案層中每個元素對于總目標的排序向量ω（3）=P（3）ω（2），ω（3）中各分量的大小決定對應(yīng)的方案優(yōu)劣程度，總目標的合成權(quán)重見表8。

表8 總目標的合成權(quán)重

根據(jù)表8 的結(jié)果，得出量水設(shè)備的優(yōu)選順序為雷達水位計、電子水尺、超聲波水位計、壓力式水位計、浮子水位計。

3 結(jié) 語

精準的用水監(jiān)測是灌區(qū)現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，是提高水資源利用效率和效益的重要手段，其核心是量水設(shè)施的布局和選型應(yīng)當滿足必要的水力學條件和經(jīng)濟實用原則。層次分析法（AHP）可以改變傳統(tǒng)決策的視角，將管理經(jīng)驗及設(shè)備特性量化，減少主觀判斷導(dǎo)致的決策失誤，提高決策的科學性。本文給出的排序結(jié)果主要針對臨沂市灌區(qū)常用的水工建筑物量水設(shè)施的選擇，灌區(qū)渠道量測水設(shè)施的種類很多，影響選擇的因素也很多，應(yīng)根據(jù)具體情況建立合適的決策模型。