改進的PCA-LINMAP法在水利現代化后評價中的應用研究

代思龍，伊紫函

(1.吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021；2.吉林水投水業發展有限公司，吉林 長春 130021)

項目后評價(簡稱EPE-Post Evaluaion)是指項目在建成投產并運行一段時期后，針對項目目的、前期準備、立項決策、可行性研究、規劃設計、具體實施以及投產運營所帶來的效益及影響等一系列全過程活動所進行的科學的、客觀的系統性評價[1]。其目的在于評價水利項目的實際完成情況、運行狀況，確定項目是否達到了規劃的目標和預期的效益，評價建設決策是否正確，實施過程是否成功，以此指導未來類似的水利工程建設[2]。本文利用項目后評價及水利項目后評價的成功經驗和理論，結合水利現代化規劃的特點，采用目標評價指標體系和PCA-LINMAP模型相結合的方法，綜合評價淮安水利現代化規劃中期的項目目標水平。

1 PCA-LINMAP耦合模型

PCA-LINMAP耦合模型是基于主成分分析法(簡稱PCA法)和多維偏好分析的線性規劃法(簡稱LINMAP法)的一種組合模型[3]。其基本思想是根據樣本數據，先用PCA法求出能反映樣本差異的主成分和優劣序對，再將樣本優劣序對輸入LINMAP模型，得出各指標的權重[4]。

1.1 PCA模型原理

主成分分析法是將多個研究變量化簡為少數幾個彼此獨立的指標的一種統計分析方法[5]。對于n個樣本的p維隨機變量，可構造為矩陣形式如下：

(1)

式中，xij—第i組樣本數據在第j個變量的值(i=1,2,|,n)。對指標進行標準化處理，得標準化矩陣Z，計算Z樣本的相關系數陣，由式，可得p個特征值(λ1，λ2…λp)，各特征值對應的正交特征向量為γ1,γ2,|,γp，貢獻率，定義貢獻率85%以上的成分為主成分，則第i個主成分為Y=γ1iZ1+γ2iZ2+|+γpiZp，其中，i=1,2,|,p。

1.2 LINMAP模型原理

式中，wj—第j個指標的權重平方。

指標權重的平方wj可通過求解如下約束極值問題得到，即為LINMAP模型。

s.t.

(2)

式中，h—正數，λkl—有序對(k,l)的不一致度。

2 實例應用

淮安市為基本建成水利現代化綜合保障體系，編制了《淮安市水利現代化規劃(2011～2020)》(以下簡稱《規劃》)。自實施起，《規劃》便發揮著巨大的社會、經濟效益。但淮安水情市情的變化，對原規劃提出了更高要求。為了科學評價2011～2015年淮安水利現代化建設的經驗與教訓，淮安市按照《2015年江蘇省水利規劃工作安排意見》的要求，對《規劃》進行中期評估。

2.1 構建評價指標體系

《規劃》目標評價指標體系的構建以《淮安市水利現代化評價指標體系》為依據，通過整合分析，確定了6大類22個指標，詳見表1。目標的實現程度用“優”、“良”、“中”、“差”4個等級表示，當得分在[85，100]時，將目標評定為優，得分在[85，70]時，將目標評定為良，得分在[70，60]時，將目標評定為中，得分在[60，0]時，將目標評定為差。

表1 《規劃》目標評價指標體系

注：“*”代表關鍵性指標，其他為一般指標，下同。

2.2 確定指標權重

2.2.1 主觀權重

考慮到目標評價體系是基于江蘇省及淮安市水利發展要求構建的，與《規劃》總體目標和發展布局相對應，具有一定的前瞻性和主觀性。為此，參照《淮安市水利現代化評價指標體系》，結合專家打分法的結果，歸納出指標的主觀權重，見表2。

表2 目標評價指標主觀權重

2.2.2 客觀權重

為客觀評價淮安水利發展現狀，通過PCALINMAP法對淮安市2011～2015年水利現狀進行分析研究，計算指標的客觀權重。以水資源供給與效率水平體系為實例，計算供水保證率、萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量3個二級指標的客觀權重。樣本數據如見表3。

(1)由表3可知，x5、x6為成本性指標，應先將這兩個指標正向化，再標準化，得到初始決策矩陣R。

表3 2011～2015年淮安市水資源供給與效率水平體系指標數值

(2)利用SPSS19.0軟件算得的特征值、貢獻率見表4。不難發現，第一主成分特征值為2.736，解釋了總變異的91.211%，因此第一主成分可作為水資源供給與效率水平的描述指標。

表4 特征值及貢獻率

(3)利用決策矩陣和表5中的數據，計算得到樣本的有序對集，與原始數據基本符合。

表5 主成分分析結果

(4)將有序對集、標準化數據帶入LINMAP模型，運用LINGO11.0軟件求解最大最小化問題，指標權重結果見表6。

表6 水資源估計與效率平衡二級指標權重

同樣地，運用PCA-LINMAP法可獲得指標的客觀權重集，見表7(注：水域面積率、水資源管理達標率2個指標連續5年沒有變化，分別保持在100%、90%，不適合做主成分分析)。因此保留這兩項指標的原始權重，作為客觀權重。

表7 規劃目標評價指標客觀權重 單位：%

2.2.3 綜合權重

由于《淮安市水利現代化評價指標體系》得到的權重是按照發展要求得到的，具有一定的前瞻性、系統性；而PCA-LINMAP法計算的權重在實際現狀基礎上獲得的，具有較強的客觀性。因此，應將指導作用的主觀權重和體現實際現狀的客觀權重相綜合，以期新權重下的指標體系能切實評價和指導淮安市水利現代化的建設工作。考慮防洪減災工程能力至關重要，取主觀權重70%、客觀權重30%；考慮水資源供給與效率水平現狀良好，取主觀權重50%、客觀權重50%；考慮河湖健康、水生態的發展趨勢，取主觀權重70%、客觀權重30%；考慮農田水利保障能力需滿足可持續的發展要求，力爭提高農業生產力，取主觀權重50%、客觀權重50%；考慮淮安市經濟發展現狀，水管理能力及發展保障能力的實施受到限制，取主觀權重60%、客觀權重40%；并對各指標權重做適當調整。詳見表8。

表8 評價指標綜合權重 單位：%

2.3 目標評價得分

根據淮安市2015年水利基本現代化各指標現狀的測算結果，以及上面計算的綜合權重，進行《規劃》中期目標評價，具體見表9和表10。

3 結論

《規劃》中期目標評價得分為88.59分，大于目標值85.00分，這表明規劃項目的實現程度相對較高，發揮了應有的效果，基本實現中期目標。

但通過評價目標實現效果與預期的偏差，可以發現：

(1)區域防洪除澇治理滯后，應加大區域防洪除澇建設的投入力度，加快治理險工患段，確保區域防洪除澇安全。

(2)水質達標率、水土流失治理率、農村河道有效治理率有待提高，需在確保防洪安全的基礎上，注重生態措施，科學制定整治方案。

(3)基層管理服務水平、投入政策到位率、人才結構達標率仍有不足，要確保高質量的設計、科學化的項目管理，以避免項目出現大量工程變更而使投資難以控制。

表9 目標評價指標得分值

表10 規劃目標六大指標體系得分

(4)水利規劃思路的轉變，使得傳統水利與新時期的城市發展不相適應，需進一步豐富設計理念，與社會發展相協調。