貴州大型灌區續建配套與節水改造綜合效益指標體系構建研究

雷 薇，張 超，王永濤，周琴慧，劉 瀏

(1.貴州省水利科學研究院, 貴陽 550002; 2.貴州飛翔環保工程有限公司, 貴陽 550002)

貴州大型灌區續建配套與節水改造項目實施已有十余年，大型灌區數量共有10個，灌區規模在2萬hm2左右，分布在貴州省3個自治州4個地級市中的39個縣，并且都已列入全國大型灌區建設規劃[1]。貴州大型灌區的特點具有：分布在喀斯特山區，農業生產分散，沒有形成集中連片；大型灌區由相鄰較連片的小型灌區打捆規劃，以此爭取中央和地方財政的支撐；灌區水源類型多樣化，以蓄水和自流灌區為主；由于山高坡陡，工程選址和建設困難；地方財政不力，水費征收困難，缺乏管護資金等。續建配套與節水改造項目實施以來，灌區得到很大的改善，修復年久失修的骨干工程，提高渠系和灌溉水利用系數，大力推廣節水灌溉工程措施，提高當地社會經濟水平，改善生態環境狀況。為了總結項目前期工作經驗，改善實施措施，加強今后的發展力度，需要對項目產生的綜合效益進行評價，而綜合效益評價指標體系是評價的前提和關鍵。因此，研究一套適合貴州大型灌區續建配套與節水改造綜合效益評價指標體系，是大型灌區發展的必需。

1 評價指標體系構建原則

對某一事物進行綜合評價，建立指標體系是評價工作的基礎。工程項目的建立，是否達到當初項目規劃時的期望，對當地的社會經濟及生態保護是否產生效益，需要用具體的指標來表征其效益特性。因此，指標的選擇是否科學合理，對分析對象常有舉足輕重的作用。

(1)科學性與可行性。灌區效益評價指標應立足于現有的基礎和條件，能較好地反映灌區續建配套與節水改造產生的社會經濟、生態環境及可持續發展的效益特點和結構。評價指標含義要明確，數據要真實、規范、一致，資料收集要簡便易行。

(2)系統性與層次性。在灌區效益評價指標的系統結構劃分上，要形成目標明確、層次分明、相互銜接的有機整體，又要從不同方面反映問題，做到系統性與層次性相結合。

(3)代表性與差異性。指標應具有代表性，能很好地反映灌區社會經濟、生態環境及可持續發展方面的特性。指標間也應具有明顯的差異性，也就是具有可比性。

(4)動態性與靜態性。貴州灌區建設已有十多年，是一個歷史、動態發展的過程，需要選取能反映其動態性的指標。而靜態性體現在灌區的某一時間現狀評價。評價指標既要能夠反映現實，又要能夠反映其發展歷程。

(5)定性與定量結合性。灌區效益由多重因素組成，這些因素有定量化的，也有定性化的。因此，指標體系應盡量選擇可量化的指標，難以量化的重要指標必須采用定性描述指標。

2 體系構建的過程及方法

2.1 評價指標構建過程

灌區效益指標體系的構建過程，主要分為兩大步驟----指標選取和指標賦權。指標構建過程首先是收集灌區資料，通過專家咨詢法選取評價指標，根據所選指標的定性和定量特性賦分，然后分別運用主觀賦權法、客觀賦權法和綜合賦權法，給指標賦權，最后形成評價指標體系(見圖1)。

圖1 灌區綜合效益評價指標體系構建過程圖

2.2 指標選取

指標選取指用每一個向量x來表示各系統的現狀，各個向量按照所在層次位置構成評價系統的狀況指標體系。具體是根據指標選取原則、效益評價目標及灌區效益的特征，設計出效益指標調查表。采用專家咨詢法，向專家發函、征求意見。通過對專家評選結果的統計處理，確定一套較為科學合理的灌區效益評價指標體系。

2.3 數值預處理

指標數值預處理就是將數據無量綱化。指標代表評價內容的各個方面，所以指標數值的量綱和量級各有不同，對于綜合評價帶來了不便，如果不對數值進行一致化處理，將使評價結果缺乏可靠性。指標的無量綱化，是通過數學變換來消除原始指標量綱和量級影響的方法?，F有的處理方法有：標準化處理法、極值處理法、線性比例法、歸一化處理法、向量規范法、功效系數法。這6種無量綱化方法采用線性變換形式，保留原有數據的信息上具有許多優良性質[2]。

2.4 指標權重的確定

指標權重的系數確定法分為三大類：基于“功能驅動”原理的賦權法、基于“差異驅動”原理的賦權法、綜合集成賦權法[2]。主觀賦權法包括AHP法、G1-法、G1-法等?？陀^賦權法包括均方差法、熵值法、“拉開檔次”法等。綜合集成賦權法有3種基本方法：“加法”集成法、“乘法”集成法、改進型的“拉開檔次”法。

(1)AHP法[3]。層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是美國著名的運籌學家T L Satty等人在20世紀70年代提出的一種定性與定量分析相結合的多準則決策方法。該方法的特點，是在對復雜決策問題的本質、影響因素以及內在關系等進行深入分析之后，構建一個層次結構模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數學化，從而為求解多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題，提供一種簡單的決策方法。AHP法分析步驟：構造層次分析結構----構造判斷矩陣----層次單排序----層次單排序一致性檢驗----層次總排序----層次總排序一致性檢驗。

首先，將研究對象看做一個系統，把研究的問題分解為各個元素，再把這些元素按屬性不同分成若干組，以形成不同層次。層次一般為三層：目標層、準則層、方案層(指標層) ，上層支配下層元素，這種自上而下的支配關系形成了一個遞階層次。上下層次之間元素的隸屬關系就被確定后，使用1～9的比例標度表示：針對準則Ck，兩個元素ai和aj的重要度(AHP)。此時，需要專家和分析者根據各指標的性質和相對關系，通過兩兩比較其相對重要性，得到判斷矩陣：

(1)

式中：A表示判斷矩陣；aij表示i行j列的指標值。

然后計算在準則層下，n個元素a1，a2，…，an排序權重的計算問題，并進行一致性檢驗。對于a1，a2，…，an通過兩兩比較得到判斷矩陣A，解特征根問題：

Aω=λmaxω

(2)

所得到的ω經正規化后作為元素a1，a2，…，an，在準則層下排序權重，這種方法稱排序權向量計算的特征根方法。最后依次沿遞階層次結構由上而下逐層計算，即可計算出最低層因素相對于最高層(總目標)的相對重要性或相對優劣的排序值，即層次總排序。并進行一致性檢驗。

(2)熵值法[2]。熵值法(Entropy Method)是一種根據各項指標觀測值所提供的信息量的大小確定指標權數的方法。其步驟為：計算評價對象的特征比重----求熵值----計算指標的差異性系數----確定權數。熵值公式為：

(3)

式中：pij為在j項指標下，第i個被評價對象的特征比重；k為i/lnn；n為被評價對象的數量；j為指標數量。

(3)基于博弈論綜合集成賦權法。該方法的原理是運用博弈論的方法根據主觀權重和客觀權重得出綜合權重值，其基本思想是在不同的權重之間尋找一致或妥協，即極小化可能的權重跟各個基本權重之間的偏差(王書吉，2009年)[4]。記m個權重向量WT[WTi=(wi1,wi2,…,wm)]的線性組合為：

(4)

(5)

上面模型是一組包含有多個目標函數的交叉規劃模型，求解該模型能夠獲得一個跟多種權重賦值方法在整體意義上相協調、均衡一致的綜合權重結果。根據矩陣的微分性質，可得出式(5)最優化的一階導數條件為：

(6)

式(6)對應下面的線性方程組：

運用Matlab軟件求WjWTi，其命令為WjW′.，再求其逆矩陣為inv(WjWTj)，最后用WjWTj乘逆矩陣得出am，即綜合集成權重。

3 貴州大型灌區實證分析

3.1 指標體系構建

通過對貴州省10個大型灌區規劃資料、實施方案、總結報告等資料的收集，參考中國灌溉排水發展中心發布《大型灌區續建配套與節水改造項目后評價指南》和王書吉[5,6]等學者的研究文獻，結合貴州省社會經濟和生態環境的現狀，指標選取遵循科學、實用、簡明的原則，采用專家咨詢法，運用指標體系構建過程，建立一套適合貴州省大型灌區續建配套與節水改造綜合效益評價的指標體系(見圖2和表1)。

圖2 貴州大型灌區續建配套與節水改造綜合評價指標體系

3.2 指標數據預處理

大型灌區綜合效益評價指標涉及灌區自身建設、管理和發展，灌區效益輻射區社會經濟和生態保護的全方面，因此，指標有定性和定量兩種類型。首先將貴州省大型灌區建設劃分為3個時期：2001-2005年“十五”期間，即項目開始建設，并經歷“十五”社會經濟發展期；2006-2011年“十一五”期間，即項目建設較成熟，并經歷“十一五”社會經濟發展期；2012-2014年“十二五”期間，即項目啟動后評價，并正在經歷“十二五”社會經濟發展期，將2000年作為項目實施前評價基準年，2005、2011、2014年作為灌區評價年份。定量指標選取評價年份的總結數據的百分比賦分。定性指標通過專家評分及集值統計[7]等方法賦分。

表1 貴州大型灌區續建配套與節水改造綜合效益指標定義與等級

3.3 計算過程及結果分析

指標數據賦分以及無量綱化處理后，分別采用AHP法和熵值法對指標數據進行計算，得出主觀權重和客觀權重，再運用基于博弈論的綜合集成賦權法將主觀權重和客觀權重，綜合賦權，得出結果見表2。

由表2看出，AHP法計算得出指標權重：灌溉體系完善程度>社會經濟效益>管理改革>生態環境效益>發展潛力。熵值法得出指標權重：發展潛力>生態環境效益>灌溉體系完善程度>管理改革>社會經濟效益。基于博弈論的綜合集成賦權法得出指標權重：灌溉體系完善程度>社會經濟效益>發展潛力>管理改革>生態環境效益。AHP法主觀色彩強烈，體現專家及評分者的意愿，并且權重值差異較大。熵值法受限于指標數據的獲取，并且這種數值沒有延續性，因此權重值偏小?；诓┺恼摰木C合集成賦權法，綜合主觀權重和客觀權重的優缺點，認為灌區的灌溉體系完善程度和社會經濟效益是項目建設最重要的兩個方面，而發展潛力、管理改革、生態環境效益的重要程度次之，并且三者之間權重分值差距較小。

4 結 語

貴州大型灌區續建配套與節水改造項目，從2000年列入全國規劃，2001年開始建設，到2010年底中央批復投資30 492萬元。累計完成新建骨干渠道546 km，改造渠道2 953 km，提高渠系水利用系數到0.6，新增灌溉面積120.33 km2，恢復灌溉面積363.93 km2，改善灌溉面積303.13 km2，糧食單產由原 來的0.50～0.77kg/m2增至0.66～0.88kg/m2。今后，貴州大型灌區發展的方向：將進一步加大投資力度，繼續完善骨干工程與田間工程的配比，擴大節水工程的范圍，實現自動化和信息化管理，朝著農業現代化方向發展。因此，總結項目前期工作經驗，對項目綜合效益進行指標體系的構建研究，是以后項目評價和總結的基礎和關鍵。

本文采用現在主流的指標體系研究方法，運用專家咨詢法、AHP法、熵值法以及基于博弈論的綜合集成賦權法，通過SPSS、MATLAB等軟件計算，分別以主觀權重、客觀權重和綜合權重，體現貴州灌區綜合指標權重。研究結果表明，在指標選擇上首次在灌區評價上，加入“石漠化治理的貢獻程度”作為生態環境效益類別子指標，雖然指標權重顯示不大，但也說明灌區環境改善、人民群眾社會經濟水平提高，對貴州的石漠化治理是有利的。在指標權重上，AHP法體現評分者的主觀意愿，權重較高；熵值法體現灌區建設各方面基數較低，權重也較低；基于博弈論的綜合集成賦權法，較好的平衡了主客觀的差異，較為合理的體現貴州灌區的現狀。在此研究的基礎上，研究出一套合適貴州大型灌區續建配套與節水改造項目的綜合效益指標體系，為今后的項目評價與發展提供科學有效的途徑。

[1] 雷 薇,張和喜,王 鵬.貴州大型灌區續建配套與節水改造發展現狀及對策研究[J].中國農村水利水電,2014,(7):48-51.

[2] 郭亞軍.綜合評價理論、方法及拓展[M].北京:科學出版社,2012.

[3] 杜 棟,龐慶華,吳 炎.現代綜合評價方法與案例精選[M].2版.北京:清華大學出版社,2008.

[4] 王書吉.大型灌區節水改造項目綜合后評價指標權重確定及評價方法研究[D].西安:西安理工大學,2009.

[5] 王書吉,費良軍,雷雁斌,等.兩種綜合賦權法應用于灌區節水改造效益評價的比較研究[J].水土保持通報,2009,29(4):138-142.

[6] 韓振中,閆冠宇,劉云波,等.大型灌區續建配套與節水改造評價指標體系的研究[J].中國農村水利水電,2002,(7):17-21.

[7] 羅曉芳.基于集值統計的模糊綜合評判及其應用[J].數學的實踐與認識,2005,35(9):42-47.