模糊層次綜合分析法在農業水價綜合改革實施效果評價中的應用

王 鳳，徐征和，潘維艷

(濟南大學水利與環境學院，山東 濟南 250022)

0 引 言

我國是一個干旱缺水嚴重的國家，淡水資源總量為28 000 億m3，人均水資源量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一[1]。作為農業大國，我國農業用水占用水總量的62%，其中90%以上用于灌溉，但我國灌溉用水的有效利用系數較低，僅為0.45左右。為實現農業的可持續發展，農業節水已成為提高水利用率、解決水資源短缺、確保糧食安全的必然選擇[2,3]。農業水價綜合改革是實現農業節水的重要舉措，已成為當前社會關注的焦點。新中國成立以來，農業水價政策雖經數次變革，但是水價偏低、農民節水意識淡薄、工程難以良性運行等問題仍普遍存在，制約著水利改革發展。2014年中央一號文件《關于全面深化農村改革加快推進農業現代化的若干意見》明確提出，要全面深化農村改革，深入推進農業水價綜合改革。2016年1月21日，國務院辦公廳以國辦發[2016]2號文下發了《關于推進農業水價綜合改革的意見》，明確要求：“省級人民政府對本行政區域農業水價綜合改革工作負總責，要切實加強組織領導，結合實際制定具體實施方案，明確改革時間表和分步實施計劃，細化年度改革目標任務，建立健全工作機制，抓好各項措施落實?！?/p>

國內外許多學者從不同層面對農業水價綜合改革問題進行了定性和定量分析研究。Rogers等[4]研究指出科學合理的水價是提高用水效率的關鍵所在；Mahmoud等[5]從用水者的角度對水價改革政策進行研究，認為所有的水價政策都應該將用水戶對于該項政策的感受考慮進去；Ohab-Yazdi等[6]研究發現合理的灌溉水價可以提高水的使用效率；Sumps等[7]研究了線性動態數學規劃模型在農業水價以及農戶用水行為中的應用；Ramirez等[8]構建了結構方程模型來討論農業用水和價格的關系。田圃德等[9]通過農業用水價格對農戶承受能力影響的研究發現核算供水成本，制定合理的用水水價是改革重點；年自力等[10]探討了云南和新疆農戶對于不同水價政策調整時的反應及所采取的相應措施；李寶萍[11]運用模糊綜合評價模型對灌區水價進行了測算，并與現行水價進行比對。

目前針對農業水價改革的研究主要集中在水價確定、農民對水價的承受能力分析等方面。對改革實施效果的評價研究較少。本文以山東省某市農業水價改革項目為研究背景，開展野外調研，探究該市目前農業水價改革實施情況，引入模糊層次綜合分析模型[12-15]，從節水、經濟、社會以及生態環境四個層面構建了農業水價綜合改革實施效果評價的模糊層次綜合評價模型，并對農業水價綜合改革實施效果進行多級模糊評價，總結該市農業水價綜合改革實施過程中的不足，提出相應的改進方法，為持續開展農業水價綜合改革提供理論依據。

1 農業水價改革效果評價模型的構建

1.1 評價指標體系的確立

評價指標的選取是整個評價過程及其評價結果的關鍵。為科學合理進行農業水價改革實施效果評價，評價指標的選取應當遵循以下原則[16]：

(1)有效性原則：在體系的構建中所使用的數據要盡可能采用國家統計部門對外公布的統計數據，以確保評價結果的準確性。

(2)系統性原則：農業水價改革涉及范圍廣泛，故其評價體系要注重社會、經濟、節水與生態環境四者效益的兼顧。

(3)代表性原則：所選取的改革效果評價指標要具有代表性，使其能夠反映農業水價改革發展的方向與目標，選取的指標要便于進行檢驗與評價。

(4)定性與定量相結合的原則：農業水價改革實施效果的綜合評價過程中引入模糊性概念，有些運用模糊數學進行定量處理，有些運用層次分析法進行定性與定量相結合處理。

農業水價綜合改革涉及經濟、社會、生態環境等多方面因素，而這些因素的指標種類繁多，因此，在效果評價過程中需要綜合考慮各個方面，根據試點市農業水價改革的現狀，在評價指標體系確定時需要考慮到農業節水是實施農業水價改革的核心目標，因此將節水效果單獨作為一項指標，與經濟效果、社會效果、生態環境效果共同構成一級評價指標[17,18]。在此基礎上依據有效性、系統性、代表性等原則確定二級評價指標，從而構建農業水價改革實施效果綜合評價指標體系，如表1所示。

表1 農業水價綜合改革實施效果評價指標體系Tab.1 Agricultural water price comprehensive reform implementation effect evaluation index system

1.2 評價模型構建

傳統的模糊層次綜合分析法在確定指標權重時存在難以檢驗判斷矩陣是否具有一致性、難以判斷指標重要性等問題，因此本文采用改進的模糊層次分析法對農業水價改革實施效果進行評價[19]。該方法將傳統的九標度法確定各指標權重改為采用三標度法，使專家對指標之間的重要性判斷更為簡單，并且引入模糊一致性矩陣，利用和行歸一法得到各指標權重向量，再采用迭代法求精度較高的權重向量。其具體步驟如下[20]。

1.2.1 層次分析法確定各因素(指標)權重

(1)建立模糊判斷矩陣F=(fij)n×n。

采用三標度法：

(1)

式中：C(i)是指標fi的相對重要程度；C(j)是指標fj的相對重要程度。

(2)將判斷矩陣F=(fij)n×n轉化為模糊一致性判斷矩陣(優先判斷矩陣)R=(rij)n×n，轉換公式如下：

(2)

(3)利用和行歸一法得到各指標權重向量，公式如下：

W(0)=(w1，w2，w3,…,wn)=

(3)

(5)運用迭代法進一步求精度較高的權重向量，以向量W(0)作為特征值法的迭代初值，利用迭代公式Vk+1=EVk，求特征向量Vk+1并求Vk+1的無窮范數‖Vk+1‖∞。

若‖Vk+1‖∞-‖Vk+1‖∞<ε(ε<0.001)，則‖Vk+1‖∞即為最大特征值λmax，將Vk+1進行歸一化處理，公式如下：

(4)

所得到的向量W(k)=Vk+1即為權重向量，迭代結束；

若不滿足誤差要求，則公式如下：

(5)

以此作為新初值，再次疊加。

1.2.2 模糊綜合評價法建立模糊關系矩陣

評價因素之間具有一定的相對性和不確定性，同時有些評價值難以量化。模糊綜合評價法即在評價過程中引入模糊性概念，對模糊性(不確定性)問題進行定量處理[21,22]。其具體步驟如下：

(1)建立評價因素(指標)集。評價因素集是根據評價指標體系所確立的，評價指標的集合即為因素集。農業水價改革效果評價總的因素集為U={u1,u2,u3,u4}，依次代表節水效果，經濟效果，社會效果，生態環境效果，其對應的單因素集分別為u1={u11,u12,u13,u14}，u2={u21,u22,u23,u24}，u3={u31,u32,u33,u34}，u4={u41,u42,u43}。

(2)建立評語集。V={v1,v2,v3,v4,v5}，依次代表改革實施效果很好，較好，一般，較差，很差5個等級。

(3)確定模糊關系矩陣。確定農業水價綜合改革實施效果評價因素集中每個指標ui(i=1，2,…,m)隸屬于評語集V中不同評語分級的程度，即隸屬度Ri，得到模糊關系矩陣如下：

(6)

1.2.3 合成模糊層次綜合評價結果

將已經求得的模糊關系矩陣R與權重向量W合成，得到模糊層次綜合評判結果為：

(b1，b2，…,bn)

(7)

式中：bi為在等級模糊子集Vj中被評價指標的隸屬度。實際中，常對評價結果采用最大隸屬度原則進行分析。

2 實例分析

該市地處魯西平原，水資源總量匱乏，水資源具有水質性和資源型缺水的雙重特點。2015年該市農業用水占全市總用水量的82.7%，但農業用水灌溉利用系數只有0.57，比發達國家低20%～30%，該市農業節水潛力巨大。為確定該市合理的農業用水價格，保障供水工程良性運行，促進該市農業節水，提高農業用水效率，緩解地下水超采問題，在該市5.73 萬hm2農田有效灌溉面積范圍內推行農業水價綜合改革，具體改革內容包括：建立合理的水價形成機制，完善農田水利基礎設施及管護機制，建立精準的補貼和節水獎勵機制等[23,24]。國家和省政府在農業用水問題上投入了很大精力，而水價改革項目的實施效果評價作為檢驗農業水價綜合改革成效的重要標準，其評價結果對于進一步深化農業水價改革具有重要的意義。因此，為了對改革成效進行系統準確的評估，通過開展野外調研，發放問卷調查等方法對該市農業水價改革實施效果進行研究，在充分收集數據資料的基礎上，通過構建模糊層次指標體系，運用模糊層次分析法對改革效果進行系統評價。

2.1 確立指標權重

根據上文建立的模型，結合該市實際情況以及農業水價改革實施方案，通過專家評分的方式對各指標進行重要性判斷，利用MATLAB軟件[25]按照式(1)～(5)所示模糊層次分析步驟對各級指標的綜合權重進行迭代計算，求得該市農業水價綜合改革實施效果評價指標權重，如表2所示。

2.2 建立模糊關系矩陣

按照該市農業水價綜合改革的實際效果，結合現場調研結果，邀請10位相關領域的專家對該市農業水價改革實施效果評價各因素的隸屬等級評語集進行打分評價，回收有效問卷10份。整理統計問卷調查結果，分別計算出各評價指標的隸屬度，匯總得到模糊關系矩陣R，如表3所示。

根據表3中實施效果評價隸屬度的匯總，通過處理可以分別得到節水效果u1，經濟效果u2，社會效果u3以及生態環境效果u4的二級隸屬度模糊關系矩陣，分別為R1，R2，R3，R4。

表2 某市農業水價綜合改革效果評價指標體系權重表Tab.2 Weight table of agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index system

表3 某市農業水價綜合改革實施效果評價指標隸屬度匯總表Tab.3 Agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index membership summary

2.3 農業水價改革實施效果模糊綜合評價

2.3.1 一級指標模糊效果評價

根據求得的二級隸屬度模糊關系矩陣R1，R2，R3，R4及指標權重W1，W2，W3，W4，運用模糊評價公式計算，分別得到該市節水效果、經濟效果、社會效果和生態環境效果的綜合評價結果。

(1)節水效果。

A1=W1·R1=

(2)經濟效果。

A2=W2·R2=

(3)社會效果。

A3=W3·R3=

(4)生態環境效果。

A4=W4·R4=

按照最大隸屬度的原則，該市農業水價改革節水效果，經濟效果評價等級為較好，社會以及生態環境效果等級為一般。

2.3.2 綜合效果評價

根據2.3.1的一級指標模糊效果評價，可以對該市農業水價改革實施效果進行模糊綜合評價，其中綜合評價矩陣為：

綜合權重為：

因此該市農業水價改革模糊綜合效果評價結果為：

由上述農業水價改革效果的模糊綜合評價結果可以看出，該市農業水價改革實施效果等級中“很好”占32.04%，“較好”占42.71%，“一般”占22.00%，“較差”占3.69%，“很差”占0.75%。按照模糊綜合評價最大隸屬度的原則，該市農業水價改革實施效果評價結果為較好。從總體上來看，該市農業水價改革成效顯著，在節水、經濟方面產生了較好的效益，但是在社會以及生態環境方面效果較一般。就目前改革中的不足之處，在進一步深化農業水價改革過程中還需注意以下幾點[26,27]：

(1)完善供水計量設施建設。按照經濟適用、滿足取用水管理和計量收費需要的原則，合理確定供水計量控制層級，加快計量體系建設。

(2)完善農民用水自治組織。在下一步的改革中，強調用水戶的主體作用，完善用水戶參與管理決策的民主管理機制。

(3)進一步加強宣傳力度。讓廣大農民充分了解改革的出發點、落腳點和具體舉措；讓全社會看到實施改革帶來的成效，廣大農民享受到的改革成果。增強農民乃至全社會有償用水、節約用水意識，積極營造有利于深化農業水價綜合改革的良好輿論氛圍。

(4)資金支持。不斷加大對農業水價綜合改革的投入力度，用以補助農業用水計量設施建設、工程維修養護、農村基層用水組織能力建設、農業用水精準補貼以及節水獎勵等方面。

3 結 論

農業水價綜合改革是一項系統的、復雜的工作，為科學系統地評價農業水價綜合改革效果，本文構建了農業水價綜合改革效果評價指標體系，建立模糊層次綜合評價模型。并將該模型應用于某試點市農業水價改革效果評價過程，得到了系統、準確的評價結果，結果表明這種模糊層次綜合分析法在農業水價綜合改革效果評價過程中切實可行。結合實例分析，針對試點市改革現狀得到以下主要結論：

(1)該市農業水價改革實施效果評價結果為較好，農業水價改革總體上效果突出，有較高的應用與實踐意義，但是改革過程中還存在著一定的問題。

(2)在該市農業水價改革實施評價結果中，節水效果、經濟效果評價等級為較好，其中作物灌溉水利用率以及農作物平均增產量較為突出，取得了良好的效益；其社會效果以及生態環境效果較為一般，尤其是政府與農民的關系處理尚不到位。

(3)該市需加強節水宣傳力度，提高農民的節水能動性，落實好水價改革中的獎勵與補貼制度，實現農民與政府共同參與農業節水改革的良好面貌。