綏中縣王石灌區(qū)綜合效益評價

程 雪

(綏中縣水利事務服務中心，遼寧 葫蘆島 125200)

水資源的高效利用為灌區(qū)綜合效益評價的關鍵內(nèi)容，通過選擇合適的指標構(gòu)建多目標、多因素評價體系，利用科學的方法評價灌區(qū)運行狀況和綜合效益，對于保證灌區(qū)水資源的高效利用和優(yōu)化配置具有重要意義[1]。因此，選擇科學的研究方法及構(gòu)建系統(tǒng)、全面的評價體系，為灌區(qū)綜合效益評價過程中具有重要環(huán)節(jié)[2]。在灌區(qū)運行狀態(tài)和綜合效益影響評價方面國內(nèi)外學者做了大量研究，如馮峰等[3]基于多目標多層次優(yōu)選理論和半結(jié)構(gòu)性水資源效益評價體系，綜合評價了陜西省某灌區(qū)的用水效益；李佩成等[4]建立了適用于半干旱與干旱地區(qū)的灌區(qū)效益評價體系，對灌區(qū)效益利用AHP法進行綜合評價；邵付偉等[5]人則是對潘莊灌溉區(qū)的水利設施工程當前的輸水情況、環(huán)境狀態(tài)等因素進行了研究；費良軍等[6]綜合評價了陜西省具有代表性的灌區(qū)運行狀態(tài)，從而確定了灌區(qū)不同年份的運行狀態(tài)。

目前，模糊評價理論和AHP法為灌區(qū)綜合效益評價最為常用的方法，這些方法通常是根據(jù)專家判斷確定各參數(shù)權(quán)重，而未考慮各因素間的客觀聯(lián)系，因此評價結(jié)果具有較強的主觀性。另外，確定的指標針對性較低且評價標準具有模糊性特征，對于灌區(qū)綜合效益還未系統(tǒng)、完善的評價體系和研究方法[8- 13]。鑒于此，針對上述問題本文提出了灰色關聯(lián)度和AHP法相結(jié)合的綜合評價法，綜合考慮客觀性與主觀性評價指標建立評價體系，然后以王石灌區(qū)為例，綜合評價了灌區(qū)運行狀況和綜合效益水平。

1 研究方法

1.1 AHP層次分析法

層次分析法可將待評價對象的影響因素按照達到目標的程度和問題的性質(zhì)分解為若干個層次，通過對比分析兩兩元素間的相對重要性構(gòu)造具有一定關聯(lián)性的遞階層次結(jié)構(gòu)。換而言之，該方法是按照一定原則和流程將復雜問題進行分解，然后根據(jù)各元素之間的隸屬度關系建立結(jié)構(gòu)層次模型，采用1～9標度法對比分析兩兩因素的重要性，按照判斷準則建立準則層各因素的判斷矩陣A，其標度準則見表1，aij代表i與j評價因子的對比分析值。

表1 兩兩元素的重要性標度準則

通過對兩兩元素之間的相對重要性分析構(gòu)造判斷矩陣并確定各參數(shù)權(quán)重，為檢驗各參數(shù)的合理性與科學性還需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，其表達式如下：

(1)

(2)

式中，RI、CR、CI—分別代表隨機一致性標準值、比率與指標值；λmax、n—分別代表判斷矩陣的特征值與階數(shù)。

選擇CR<0.10作為平均一致性檢驗的判斷標準，符合該標準則各參數(shù)權(quán)重可用于灌區(qū)效益評價分析；若不滿足該標準則重新調(diào)整判斷矩陣，直至滿足一致性檢驗要求停止運算。針對滿足一致性檢驗的最大特征根所對應的特征向量，經(jīng)標準化處理即可確定為各參數(shù)權(quán)重。

1.2 灰色關聯(lián)度法

灰色關聯(lián)度法可根據(jù)關聯(lián)度的大小、次序反映對比序列與參考序列之間的“優(yōu)劣關系”，因具有操作簡便、理論清晰、機損簡單及對樣本量要求低等優(yōu)點，廣泛應用于多因素強弱、次序與大小的計算分析。因素間的關聯(lián)度越大則樣本數(shù)據(jù)的變化趨勢越相同，反之則變化趨勢相反。采用關聯(lián)度法評價灌區(qū)效益的具體步驟如下：

步驟一：歸一化處理。設影響灌區(qū)效益總目標的參考序列為x0(k);k=1，2，3，…，M，其中灌區(qū)的分區(qū)數(shù)為M；比較指標為xi(k);k=1，2，3，…，n，其中n為效益評價指標數(shù)。由于不同指標的量綱不同而無法直接用于效益的計算，所以需要先采用下式進行歸一化處理，即：

(3)

步驟二：計算關聯(lián)系數(shù)。根據(jù)下式計算確定參考指標x0(k)和比較指標xi(k)之間灰關聯(lián)系數(shù)ξ(xi)，即：

(4)

式中，ρ—能夠減少極值影響的分辨系數(shù)，ρ值通常在為0～1范圍，根據(jù)文獻資料取0.5；Δmin、Δmax—分別為兩級別間的最小差與最大差；Δ0i(k)—參考序列與綜合效益評價最優(yōu)指標值之差。

步驟三：根據(jù)關聯(lián)度計算結(jié)果和大小排序確定各比較序列相對于參考序列的“優(yōu)劣”程度，計算不同標準下灌區(qū)綜合效益狀況。

2 實例分析

王石灌區(qū)位于遼寧省葫蘆島市綏中縣境內(nèi)，東臨興城市，西至石河，北依燕山，南臨渤海，處于E119°34′-120°37′，N39°51′-40°32′范圍。屬于北溫帶大陸性氣候，冬無嚴寒、夏無酷暑，多年平均溫度9.1℃。多年平均降雨量619.5mm且在年內(nèi)分配極不均衡，降水量最少與最多月份出現(xiàn)在12月和7月，其中82%的年降水量集中在每年的6—9月汛期。灌區(qū)年均蒸散發(fā)1227.0mm，而4—5月份蒸發(fā)量占全年的41.5～42.4%，經(jīng)常出現(xiàn)春旱現(xiàn)象。灌區(qū)內(nèi)無霜期181d，年均濕度62%，日照時數(shù)2693h，最大凍深度為1.1m。灌區(qū)土壤分為棕壤土、草甸土、沼澤土、水稻土、砂壤土五個土壤類型，灌區(qū)北部及西部丘陵區(qū)系由前震旦系混合花崗巖組成的地區(qū)，表層巖石風化程度很大，透水性好，粘性差，部分地段有堅硬巖石裸露，丘陵區(qū)渠道多為挖方渠道，邊坡穩(wěn)定性差，滲漏損失大，浪費水嚴重且容易淤積。

灌區(qū)東西長36km，南北寬29km，區(qū)內(nèi)總耕地40.2萬畝，規(guī)劃節(jié)水面積31.2萬畝，其中水田、麥田、菜田、玉米以及其他作物面積分別為4.0、2.0、2.5、11.0與1.5萬畝。天然降水為形成灌區(qū)內(nèi)河流徑流的主要因素，小河流多季節(jié)性河流，灌區(qū)內(nèi)有流域面積100km2以上河流5條，由東至西依次為：六股河、王寶河、貓眼河、狗河、石河。多年平均過境水量為3.216億m3，徑流量1.384億m3，總徑流量為4.6億m3。地表水資源可供水量為12989.1萬m3，地下水可利用量4586.4萬m3，水資源可利用總量為17575.5萬m3。渠系工程現(xiàn)有總干渠2條長53.9km，建筑物254座，已襯砌長度7.9km；干渠17條長113.94km，建筑物422座，已襯砌長度16.88km；支渠57條長114.5km，建筑物1142座，灌溉水利用系數(shù)0.58。水源工程以龍屯、大風口兩座大(Ⅱ)型水庫和大官攔河引水、六股河攔河引水為骨干水源工程，灌區(qū)內(nèi)7處小型攔河引水工程為輔助水源工程。充分利用過境水量、區(qū)內(nèi)徑流量、灌區(qū)回歸水量，初步形成了能夠跨流域調(diào)，梯級開發(fā)綜合利用的供水網(wǎng)絡。

王石灌區(qū)普遍存在灌溉方式粗放、灌水技術落后、渠系分布不合理、輸水損失大及工程設施老化失修等問題，嚴重影響著農(nóng)業(yè)灌溉的正常運行和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展。為有效降低灌區(qū)有限的水資源必須推廣高新節(jié)水灌溉、灌溉輸水、渠系防滲等連續(xù)配套節(jié)水改造。為了更好的了解灌區(qū)節(jié)水改造各項技術的綜合效益和運行狀況，采用文中所述方法綜合評價了灌區(qū)不同年份的綜合效益，以期為提高灌區(qū)用水效率和水資源優(yōu)化配置提供一定參考依據(jù)。

2.1 評價指標體系

根據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造相關資料及其實際運行狀況，在遵循系統(tǒng)性、可行性、科學性、合理性及客觀性原則的基礎上，從生態(tài)、社會與經(jīng)濟效益3個層面選擇灌溉水利用系數(shù)、現(xiàn)代化設備占有率、森林覆蓋率等因素等18項典型指標，然后結(jié)合層次結(jié)構(gòu)框架構(gòu)建灌區(qū)效益評價體系見表2。

表2 灌區(qū)綜合效益評價體系

2.2 灌區(qū)綜合效益評價

在實地調(diào)研過程中統(tǒng)計整理王石灌區(qū)2005年、2010年、2015年、2017年各參數(shù)相關數(shù)據(jù)，然后對層次結(jié)構(gòu)評價體系中因素層、準則層各參數(shù)權(quán)重利用AHP法進行計算，按照標度準則建立各層次評價因素的判斷矩陣見表3—4。

表3 準則層相對隸屬度矩陣

表4 經(jīng)濟效益準則下各參數(shù)的相對隸屬度矩陣

表3—4中，準則層各參數(shù)的最大特征根λmax=3.30，按照文中所述計算式確定CR值為0.03，可見根據(jù)專家意見和判斷準則建立的判斷矩陣具有一定的科學性與合理性。結(jié)合因素層各指標的具體內(nèi)涵和特征，對該層次各參數(shù)的權(quán)重進行計算，如經(jīng)濟效益準則層下各參數(shù)的判斷矩陣見表3，經(jīng)一致性檢驗計算確定滿足合理性要求的經(jīng)濟效益各指標權(quán)重，依次類推確定其他各參數(shù)的權(quán)重。采用文中所述一致性檢驗方法，計算得到社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益權(quán)重依次為0.633、0.262與0.105。通過對因素層、準則層各參數(shù)權(quán)重的加權(quán)運算，計算確定各參數(shù)最終的權(quán)重見表5。

表5 因素層權(quán)重與綜合關聯(lián)度計算結(jié)果

結(jié)合關聯(lián)系數(shù)計算公式確定王石灌區(qū)不同年份各參數(shù)的關聯(lián)度，然后將各指標關聯(lián)度和權(quán)重值進行加權(quán)計算求得各指標在每一年的綜合關聯(lián)度見表6。

表6 王石灌區(qū)綜合效益評價結(jié)果

根據(jù)表5可知，按照從大到小的次序?qū)⑼跏鄥^(qū)不同年份的綜合效益排序為：2017年、2015年、2010年與2005年，所對應的綜合評價值依次為0.9725、0.5680、0.2312、0.1758。研究表明，王石灌區(qū)綜合效益在研究期間總體表現(xiàn)出不斷增大的趨勢，該評價結(jié)果與灌區(qū)實際狀況基本保持一致，灌區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟與社會效益符合水資源優(yōu)化配置要求，所建立的評價體系和研究方法具有較高的準確性與可靠性，可為其他類似灌區(qū)的效益評價和水資源管理提供一定參考。

3 結(jié)論

本文將灰色關聯(lián)法、AHP法相結(jié)合計算確定各參數(shù)的綜合權(quán)重，綜合考慮定量與定性指標，從生態(tài)、經(jīng)濟與社會3個層次構(gòu)建了系統(tǒng)、全面的評價體系，以王石灌區(qū)為例綜合評價其效益狀況。根據(jù)灰色關聯(lián)度法和層次分析法計算確定的各指標的關聯(lián)系數(shù)，具有較強的科學性與客觀性，有效解決了傳統(tǒng)的AHP法存在的主觀性影響。2017年王石灌區(qū)的綜合效益評價值最高，評價結(jié)果與灌區(qū)實際狀況基本保持一致，灌區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟與社會效益符合水資源優(yōu)化配置要求，所建立的評價體系和研究方法具有較高的準確性與可靠性，可為其他類似灌區(qū)的效益評價和水資源管理提供一定參考。由于目前還未形成普遍適用的評價體系，在具體的實踐工程中評價體系的建立還應結(jié)合具體情況做適當?shù)恼{(diào)整。