ANP-Fuzzy方法在農(nóng)田小型水利工程治理績效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

李玉紅

(開封市農(nóng)村水利技術(shù)推廣站，河南 開封 475004)

1 研究背景

農(nóng)田小型水利工程的建設(shè)是灌區(qū)運(yùn)行的根本保障，同樣也是我國糧食產(chǎn)量的保障[1-2]。中國有超過75%以上的糧食產(chǎn)自灌區(qū)，而灌區(qū)的高效運(yùn)行離不開農(nóng)田小型水利工程的建設(shè)[3-4]。由于農(nóng)田小型水利工程投資較小、施工難度較低，因此在設(shè)計(jì)和施工過程中常出現(xiàn)重視程度不足的現(xiàn)象[5]。同時(shí)，現(xiàn)如今各地政府對(duì)農(nóng)田小型水利工程的管理力度較低，導(dǎo)致農(nóng)田小型水利工程無法發(fā)揮出應(yīng)有的效益，需加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田小型水利工程運(yùn)行管理的重視程度[6]。為使得農(nóng)田小型水利工程能夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的效益，找出合理的方法評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田小型水利工程的績效，是保證農(nóng)田小型水利工程保持較高績效的前提[7]。

現(xiàn)如今，ANP法已逐漸應(yīng)用于農(nóng)田小型水利工程治理績效評(píng)價(jià)中，楊斌[8]、周曉平[9]均采用ANP法對(duì)農(nóng)田小型水利工程治理績效進(jìn)行了評(píng)價(jià)，均指出在該方法下確定的各指標(biāo)權(quán)重具有一定的科學(xué)性，可為提升工程整體治理質(zhì)量與水平提供依據(jù)。傳統(tǒng)的ANP法通過SD軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程較復(fù)雜，且ANP法確定的權(quán)重主觀性較強(qiáng)，本文利用Fuzzy評(píng)價(jià)法，與ANP法綜合評(píng)價(jià)農(nóng)田小型水利工程治理績效，該方法綜合運(yùn)用SD和Matlab軟件，大大減小了傳統(tǒng)ANP法的計(jì)算工作量。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

為保證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可很好地反映農(nóng)田小型水利工程的治理績效，在選擇指標(biāo)時(shí)應(yīng)滿足以下幾個(gè)原則：

(1)統(tǒng)籌兼顧原則。保證選擇的指標(biāo)涵蓋反映農(nóng)田小型水利工程治理績效的各個(gè)方面，在工程效率、社會(huì)影響和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性3個(gè)層次原則指標(biāo)，綜合構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)科學(xué)選擇指標(biāo)原則。選擇獨(dú)立、具有代表性、可比性強(qiáng)、信息量豐富的評(píng)估指標(biāo)。

(3)系統(tǒng)選擇。選擇的指標(biāo)體系應(yīng)自成系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際情況，選擇指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

綜合考慮3個(gè)方面，建立農(nóng)田小型水利工程治理績效評(píng)價(jià)體系，見表1。

3 ANP-Fuzzy方法簡(jiǎn)介

ANP-Fuzzy是將ANP網(wǎng)絡(luò)分析法與Fuzzy評(píng)價(jià)法結(jié)合起來形成的綜合評(píng)價(jià)法[10]。其優(yōu)點(diǎn)在于不但反映各指標(biāo)之間的關(guān)系，同時(shí)也可對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化處理，因此該方法可用于評(píng)價(jià)農(nóng)田小型水利工程治理績效，可更好反映各指標(biāo)之間的關(guān)系，得出最終治理績效評(píng)定等級(jí)。

表1 農(nóng)田小型水利工程治理績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

(1)首先根據(jù)ANP法原理，根據(jù)績效考核指標(biāo)體系，判斷指標(biāo)間相互影響關(guān)系，構(gòu)建考核指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。

(2)計(jì)算ANP法加權(quán)超矩陣，得出在ANP法狀態(tài)下的各指標(biāo)權(quán)重，ANP評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的一級(jí)指標(biāo)為Bi(i=1，2，3m)，二級(jí)指標(biāo)為Bij(j=1，2，3n)，判斷二級(jí)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，構(gòu)建判斷矩陣，形成特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，可生成局部權(quán)重Wij。

由圖6可知，響應(yīng)曲面坡度較平，隨著重量值與烘干時(shí)間的增加和延長，感官評(píng)分分值都是先增大后緩慢減小，說明交互作用不明顯。

(3)對(duì)矩陣Wij進(jìn)行穩(wěn)定化處理，生成ANP法極限矩陣W+，即可計(jì)算得出各指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算方法可由式(1)表示，當(dāng)i趨近于無窮大時(shí)，矩陣的列向量即為該指標(biāo)的權(quán)重。

(1)

(4)將二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊線性處理，構(gòu)建一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣。

(2)

式中，fij—二級(jí)指標(biāo)Bij被考核為某個(gè)等級(jí)的次數(shù)；rij—相對(duì)隸屬度。

(5)根據(jù)權(quán)重及一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣構(gòu)建評(píng)價(jià)向量Pi，計(jì)算過程見式(3)，其中t為考核等級(jí)的個(gè)數(shù)。

(3)

(6)最后根據(jù)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重及總體評(píng)價(jià)矩陣，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)最終向量，得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

Q=W·P=(q1，q2，，qt)

(4)

4 實(shí)例分析

4.1 研究區(qū)域概況

通許縣位于河南省中東部地區(qū)，屬暖溫帶及東亞季風(fēng)性氣候，四季分明。年平均氣溫14.6℃，極端最高氣溫42.0℃，極端最低氣溫-16.7℃。年平均降水量658.4mm。夏季降雨嚴(yán)重不均，平均為363.8mm，占全年的55%；平均風(fēng)速為1.8m/s，最大風(fēng)速36.0m/s。年日照時(shí)數(shù)為2050.1h。通許縣主要農(nóng)作物有小麥、玉米、花生、大豆、棉花、蔬菜等，但由于日照時(shí)數(shù)較高且極端溫度較高，因此春旱夏旱較嚴(yán)重。為避免此現(xiàn)象的發(fā)生，農(nóng)田小型水利工程能否發(fā)揮原有績效變得尤為重要[11]。

表2 不同指標(biāo)分級(jí)情況匯總

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行分級(jí)，采用標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)法進(jìn)行，該方法適用于呈正態(tài)分布的數(shù)據(jù)集，具體指標(biāo)分級(jí)情況見表2。

4.2 ANP法確定指標(biāo)權(quán)重

調(diào)查通許縣近3年的農(nóng)田小型水利工程治理績效基本指標(biāo)數(shù)據(jù)，由專家對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行打分，運(yùn)用ANP模型基本原理，建立ANP指標(biāo)權(quán)重計(jì)算模型。形成判斷矩陣，本文列出了工程效率B1的一級(jí)判斷矩陣，見表3—4。

表3 一層指標(biāo)判斷矩陣建立

表4 工程效率方面判斷矩陣建立

當(dāng)所有指標(biāo)通過一致性檢驗(yàn)后，通過SD軟件得出農(nóng)田小型水利工程的ANP極限矩陣，見表5，得出的列向量即為各指標(biāo)權(quán)重。運(yùn)用SD軟件可計(jì)

算得出農(nóng)田小型水利工程一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重為W=(0.550，0.250，0.200)，二級(jí)指標(biāo)中工程效率方面指標(biāo)權(quán)重為W1=(0.137，0.041，0.103，0.192)，社會(huì)影響方面指標(biāo)權(quán)重為W2=(0.132，0.098，0.074，0.058)，生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性方面指標(biāo)權(quán)重為W3=(0.050，0.058，0.020，0.037)。

4.3 Fuzzy法確定農(nóng)田小型水利工程治理績效等級(jí)

為確保對(duì)各指標(biāo)評(píng)價(jià)的客觀性與公正性，選擇不同年齡段、不同職業(yè)、不同文化等級(jí)的3個(gè)人對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田小型水利工程進(jìn)行打分，每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)1個(gè)考核等級(jí)，匯總3個(gè)人的評(píng)定情況，得出不同考核等級(jí)出現(xiàn)次數(shù)，結(jié)果見表6。

利用Matlab軟件，采用模糊線性變換法構(gòu)建二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，得出農(nóng)田小型水利工程治理績效評(píng)價(jià)矩陣Rjt，見式(5)，式(5)為工程效率方面評(píng)價(jià)矩陣，根據(jù)算得的工程效率方面各指標(biāo)權(quán)重，可得出工程效率方面評(píng)價(jià)向量為B11=(0.064，0.178，0.231，0，0)。

(5)

根據(jù)同樣的方法，可得出社會(huì)影響方面和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)方面的評(píng)價(jià)向量，結(jié)果見表7。表7顯示，通許縣農(nóng)田小型水利工程治理績效在工程效率方面的評(píng)價(jià)等級(jí)為一般，在社會(huì)影響和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性方面評(píng)價(jià)等級(jí)為較好。表明該地區(qū)的農(nóng)田小型水利工程應(yīng)在工程效率方面有所提高，提高設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量，更好發(fā)揮其工程效益。

表5 ANP極限矩陣

表6 考核等級(jí)出現(xiàn)次數(shù)

表7 最終評(píng)價(jià)結(jié)果

5 結(jié)語

隨著農(nóng)田小型水利工程的投入加大，其治理績效直接影響著農(nóng)業(yè)產(chǎn)值及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，一套客觀公正、便于操作且符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的績效考核方法是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田小型水利工程績效的關(guān)鍵。本文將ANP法與Fuzzy法綜合起來得到新的評(píng)價(jià)方法用于農(nóng)田小型水利工程績效評(píng)價(jià)中，并通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的科學(xué)性。