基于灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法的大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)

費(fèi)良軍，王錦輝，王光社，馮纏利，武錦華

(1.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 陜西 西安 710001)

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基于灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法的大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)

費(fèi)良軍1，王錦輝1，王光社2，馮纏利2，武錦華1

(1.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 陜西 西安 710001)

摘要：依據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象與目標(biāo)最優(yōu)點(diǎn)的灰色關(guān)聯(lián)度越大，則表明評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)點(diǎn)的距離越近，在大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)時(shí)，將灰色關(guān)聯(lián)法與密切值法相結(jié)合，既保存了密切值法客觀性好的優(yōu)點(diǎn)，又能合理利用灰色關(guān)聯(lián)法克服密切值在貧信息情況下的缺陷。以陜西省大型自流渠灌區(qū)洛惠渠為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示洛惠渠灌區(qū)在2007、2008、2009、2010、2011、2012年的密切值分別為5.1238、4.7421、3.8396、3.0147、2.4679、1.2868，運(yùn)行狀況級(jí)別分別為中等、中等、中等、良好、良好、良好。其評(píng)價(jià)結(jié)果與可拓評(píng)價(jià)法結(jié)果基本一致，都隨著時(shí)間的推移，洛惠渠灌區(qū)評(píng)價(jià)級(jí)別從中等逐漸變?yōu)榱己?，運(yùn)行狀況越來(lái)越好，這也符合洛惠渠灌區(qū)的客觀實(shí)際和發(fā)展規(guī)律，且該方法理解簡(jiǎn)單、可靠性高，為大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)提出了一種新方法。

關(guān)鍵詞：大型灌區(qū)；運(yùn)行狀況；綜合評(píng)價(jià)；灰色關(guān)聯(lián)法；密切值法

大型灌區(qū)一般擁有較完善的水源系統(tǒng)，輸水、配水以及供水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在構(gòu)成灌區(qū)區(qū)域或跨流域的水資源供需調(diào)配與優(yōu)化配置中發(fā)揮著極其重要的作用。

除此之外，大型灌區(qū)在干旱、荒漠地區(qū)還能發(fā)揮改善生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、抑制水土流失、減輕風(fēng)沙威脅的作用。

為了準(zhǔn)確了解灌區(qū)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、水土資源狀況、灌區(qū)工程狀況、灌區(qū)水資源利用率、管理體制改革、經(jīng)營(yíng)管理狀況及生態(tài)環(huán)境等方面的運(yùn)行情況，對(duì)灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)是十分必要的。大型灌區(qū)綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，除定量指標(biāo)外，還涉及到許多定性指標(biāo)，各指標(biāo)間相互關(guān)聯(lián)，用直觀對(duì)比分析法往往難以得到客觀的綜合評(píng)價(jià)，宜采用綜合評(píng)價(jià)方法。因此，對(duì)灌區(qū)運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究，建立一套合理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合評(píng)價(jià)方法具有十分重要的意義。

目前，廣泛運(yùn)用的評(píng)價(jià)大型灌區(qū)運(yùn)行狀況的方法，如層次分析法[1]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[2-4]、可拓評(píng)價(jià)法[5]等，這些方法計(jì)算過(guò)程都比較復(fù)雜繁瑣，灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法方法理解簡(jiǎn)單、可靠性高。因此，本文將應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法對(duì)陜西省大型自流渠灌區(qū)洛惠渠進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

1灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法的基本思想

密切值法[6-8]是一種多目標(biāo)、多層次的決策方法。適用于多層次、多指標(biāo)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。此方法原理簡(jiǎn)單、概念清晰、易于計(jì)算，同時(shí)不需要確定隸屬函數(shù)等主觀性參數(shù)，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更具客觀性，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證表明此方法是合理可行的。

灰色關(guān)聯(lián)法[9-11]主要是通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度序列描述不同因素評(píng)價(jià)對(duì)象的大小，此方法的基本思想是：比較系統(tǒng)各個(gè)不同因素間(或各系統(tǒng)行為間)的數(shù)據(jù)列(或指標(biāo)列)的行為與發(fā)展趨勢(shì)，由此判斷彼此之間的相似或差異關(guān)系，評(píng)價(jià)對(duì)象所處的評(píng)定級(jí)別根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小次序來(lái)確定。對(duì)于包含多指標(biāo)的評(píng)價(jià)問(wèn)題，如果評(píng)價(jià)對(duì)象與目標(biāo)最優(yōu)點(diǎn)的灰色關(guān)聯(lián)度越大，則表明評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)點(diǎn)的距離越近。因此，在大型灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)時(shí)，可以將密切值法與灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合，這樣既保存了密切值法客觀性好的優(yōu)點(diǎn)，又能合理利用灰色關(guān)聯(lián)法克服密切值在貧信息情況下的缺陷。本文將基于這種思想的方法稱(chēng)為灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法。

2灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法的原理和步驟

密切值法是一種多目標(biāo)、多層次的決策優(yōu)選方法[6]，而大型灌區(qū)評(píng)價(jià)是一種典型的多目標(biāo)、多層次決策問(wèn)題。密切值法的基本原理是：將所有決策方案指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化處理后，找出決策方案的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的位置，然后計(jì)算出各方案距最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的距離，最后計(jì)算密切值，來(lái)排序各決策方案的先后順序，即密切值越小，越優(yōu)，從而將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)可以從總體上衡量其優(yōu)劣的綜合值來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)?；疑P(guān)聯(lián)理論-密切值解法的步驟如下：

1) 建立綜合評(píng)價(jià)的初始矩陣

設(shè)待評(píng)價(jià)指標(biāo)為n個(gè)，其總指標(biāo)數(shù)列為X1，X2，…Xn，設(shè)選取的待評(píng)價(jià)目標(biāo)為m個(gè)，則有D1,D2,…Dm；連同n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的h級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)組成的矩陣D：

(1)

2) 建立無(wú)量綱規(guī)范化評(píng)價(jià)矩陣

把有量綱的初始矩陣通過(guò)數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換為以正負(fù)數(shù)表示的數(shù)學(xué)矩陣Z，令

(2)

式中，“+”表示正向指標(biāo)；“-”表示逆向指標(biāo)；Zij為指標(biāo)序列的目標(biāo)差值率；dij為第i個(gè)決策方案的第j個(gè)指標(biāo)值；Ej為第j個(gè)指標(biāo)的目標(biāo)值。Ej為正向指標(biāo)時(shí)，評(píng)價(jià)值越大，評(píng)價(jià)結(jié)果越好；Ej為逆向指標(biāo)時(shí)，評(píng)價(jià)值越大，評(píng)價(jià)結(jié)果越差，由(2)式計(jì)算得到各元素Zij組成規(guī)范化矩陣Z：

(3)

3) 確定規(guī)范化評(píng)價(jià)矩陣Z的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)

4) 評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)點(diǎn)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

(4)

通過(guò)式(4)計(jì)算得到各個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)點(diǎn)之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

(5)

5) 確定灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣R的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)

6) 確定第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的歐式距離

(6)

式中，Wj為第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重值，通過(guò)主觀的G1法[12]和客觀的變異系數(shù)法[13]確定，然后通過(guò)博弈論法[14]將兩者綜合集成得到。

7) 確定各評(píng)價(jià)對(duì)象的密切值

(7)

(8)

3灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法在洛惠渠灌區(qū)的實(shí)例研究

基于灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法對(duì)洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年的綜合運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先，確立的洛惠渠灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括工程性指標(biāo)、管理性指標(biāo)、節(jié)水與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及生態(tài)性指標(biāo)4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，并將這4個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，劃分為24個(gè)二級(jí)指標(biāo)，建立的無(wú)量綱規(guī)范化評(píng)價(jià)矩陣見(jiàn)表1、表2。

表1　洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年無(wú)量綱規(guī)范化評(píng)價(jià)矩陣

續(xù)表1

二級(jí)指標(biāo)(指標(biāo)層)Secondaryindex(indexlayer)200720082009201020112012灌區(qū)農(nóng)民人均純收入Percapitanetincomeoffarmersintheirriga-tionarea-0.3806-0.3234-0.1997-0.0726-0.01370.0497灌區(qū)收入支出比Revenueexpenditureproportionintheirriga-tionarea-0.2589-0.1744-0.1611-0.2389-0.1178-0.0389水費(fèi)收入占總收入比例Wateraccountedforrevenueratio-0.3714-0.2571-0.1714-0.0857-0.0571-0.1000灌溉水質(zhì)達(dá)標(biāo)率Irrigationwaterqualitysuccessrate-0.1333-0.1556-0.2111-0.2333-0.2611-0.2233地下水相對(duì)埋深Therelativedepthofgroundwater-1.5600-1.7300-1.2600-0.4300-0.6500-0.8700生態(tài)用水滿(mǎn)足率Ecologicalwatersatisfactionrate-0.1625-0.0875-0.05000.07500.03750.1375鹽堿化面積占有率Salinizationareashare-2.2000-1.7500-0.8500-0.5500-0.3000-0.0500灌區(qū)澇漬化面積占有率Irrigationdistrictwaterloggedareashare-1.4600-1.1200-0.8600-0.4800-0.34000.1200

表2　洛惠渠灌區(qū)4個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)量綱規(guī)范化評(píng)價(jià)矩陣

通過(guò)基于灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法的模型計(jì)算，根據(jù)公式(4)～(8)得到洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年和4個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的歐式距離及密切值，如表3。

表4為灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法與可拓評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比。由表可以看出，灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法和可拓評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果在2007—2009年洛惠渠灌區(qū)運(yùn)行狀況均為中等，2010—2012年運(yùn)行狀況均為良好。灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法與可拓評(píng)價(jià)法得到的洛惠渠灌區(qū)運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，隨著時(shí)間的推移洛惠渠灌區(qū)運(yùn)行狀況越來(lái)越好，這符合洛惠渠灌區(qū)的實(shí)際情況，說(shuō)明灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法在大型灌區(qū)評(píng)價(jià)中是可行的。

4結(jié)論

密切值越小，即越優(yōu)，由排序結(jié)果可知，洛惠渠灌區(qū)在2007—2009年運(yùn)行狀況為中級(jí)，2010—2012年運(yùn)行狀況為良級(jí)，而可拓評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果2007—2009年運(yùn)行狀況為中等，2010—2012年運(yùn)行狀況為良好，灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法與可拓評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，說(shuō)明灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法在灌區(qū)評(píng)價(jià)中是可行的，且該方法理解簡(jiǎn)單、可靠性高。

所得結(jié)果同時(shí)也符合洛惠渠灌區(qū)的實(shí)際情況，即隨著時(shí)間的推移，洛惠渠灌區(qū)的運(yùn)行情況越來(lái)越好。這是因?yàn)樽?999年以來(lái)，政府相關(guān)部門(mén)持續(xù)地對(duì)灌區(qū)進(jìn)行了節(jié)水與配套的改造，其中包括水源工程、輸水設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施和配水系統(tǒng)等多方面，同時(shí)對(duì)灌區(qū)的運(yùn)行管理制度也不斷加強(qiáng)，將現(xiàn)代化的信息技術(shù)投入管理之中，對(duì)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的重視程度也逐漸提高，節(jié)水改造措施的投入實(shí)施使得灌溉水得到更充分地利用，這些綜合因素的影響，使得灌區(qū)的綜合運(yùn)行狀況越來(lái)越好。

表3　洛惠渠灌區(qū)在不同年份和4個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4　灰色關(guān)聯(lián)理論-密切值法與可拓評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

參 考 文 獻(xiàn)：

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Comprehensive evaluation on the operation condition of large irrigation

district based on the grey relation theory-osculating value method

FEI Liang-jun1, WANG Jin-hui1, WANG Guang-she2, FENG Chan-li2, WU Jin-hua1

(1.InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi'an,Shaanxi710048,China;

2.ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign,Xi'an,Shaanxi710001,China)

Abstract：The greater grey correlation between optimal point of evaluation objects and goals, the closer distance between them. When carrying out comprehensive evaluation on the operation condition of large irrigation district, grey relation method and osculating value method can be combined, both retaining good advantages in objectivity of the osculating value method and overcoming the defects of osculating value method under poor information condition through reasonable use of the grey relation method. A large-scale gravity canal Luohuiqu irrigation district in Shaanxi was then employed to validate the above hypothesis. The evaluation results showed that in years of 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 and 2012, the osculating values in Luohuiqu irrigation district were 5.1238, 4.7421, 3.8396, 3.0147, 2.4679, and 1.2868, and the levels of operation conditions were medium, medium, medium, good, good, and good, respectively. The evaluation results were basically in accordance with the extension evaluation method. With time going, the evaluation level in Luohuiqu irrigation district gradually became improved and the operation condition was enhanced, which also confirmed the objective reality and the law of development in this district. This method was simple in comprehension and high in reliability, providing a new approach in overall evaluation of operational status in large-scale irrigation area.

Keywords:large irrigation district; the operation condition; comprehensive evaluation; grey relation method; osculating value method

中圖分類(lèi)號(hào)：S274.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：王錦輝(1989—)，男，陜西岐山人，碩士研究生，研究方向?yàn)樗Y源評(píng)價(jià)與管理。E-mail:460033572@qq.com。

作者簡(jiǎn)介：費(fèi)良軍(1963—)，男，陜西藍(lán)田人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉和農(nóng)業(yè)水資源利用研究。 E-mail:feiliangjun2008@163.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279157,51479161)；陜西省水利科技項(xiàng)目(2011-8)

收稿日期：2014-10-30

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.37

文章編號(hào)：1000-7601(2016)01-0242-05