盤山縣灌區節水改造效益的綜合整體評價

何 巍

(盤山縣農業水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124000)

0 引 言

當前，灌區水資源可持續發展研究的重要依據為灌區節水改造后的灌溉效益評價，對此國內外開展了大量的研究，而考慮各方面因素的綜合評價研究還鮮有報道。近年來，考慮了不同層次不同目標的多要素模糊綜合法得到越來越廣泛的應用，理論體系和模型方法日趨成熟[1-3]。在指標權重設定時傳統的模糊數學法因具有一定的主觀性，針對多要素、多約束綜合性復雜問題仍存在一定局限性。為解決以上問題，有學者通過引入優屬度的概念改進了傳統的模糊評價法，對于目標的評價提高了其科學合理性。鑒于此，文章對遼寧省盤山灌區節水改造效益運用改進的多層次多目標模糊綜合法評價，可為提升灌區管理能力和水利設施灌溉效率提供科學的依據[4-7]。

1 改進多目標多層次模糊評價原理

灌區節水改造效益各項評價因子利用優化的多層次多目標模糊綜合法分析，從而構造評價矩陣，即：

Xm×n=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(1)

式中：xij為各項評價指標的特征值。

由于不同指標的內涵和特征存在差異，要先對各項評價因子特征利用改進的模糊綜合法排序，賦予各項因子相應的隸屬度值，然后根據各因子隸屬度大小排序。對于特征值越大則排序越高型因子，利用下式確定隸屬度值，其表達式為：

(2)

對于特征值越小則排序越高型因子，利用下式確定隸屬度值，其表達式為：

(3)

通過對隸屬度的大小排序，改進的模糊綜合法較傳統方法還要求解各因子優屬度。采用下式確定各項評價因子的優屬度，即：

Rmn=(rij)m×n

(4)

式中：R為各項評價因子的優屬度；m、n為灌區序號和評價因子序號。

根據模糊聚類分析法和各評價因子的優屬度，建立灌區群各評價指標的模糊矩陣，其表達式為：

UC×n=(uhj)c×n

(5)

節水改造效益綜合評價模型應滿足如下約束條件，即：

(6)

式中：U為灌溉效益模糊評價矩陣；uhj——為各評價因子關于不同灌區的相對優屬度值，其中h=1，2，…，c。

構造模糊評價矩陣后，運用模糊綜合法評價分析灌區群的多目標函數，由此建立評價矩陣：

Sm×n=(Sih)m×c

(7)

依據各項評價因子的具體內涵和灌區節水改造實際情況，利用科學的方法確定各因子權重，其基本流程如下：

2)根據各因子權重計算結果，運用模糊綜合法科學評價灌區群的整體效益，采用下述方程確定綜合評價度，即：

(8)

式中：P、a為目標控制參數和模型優化參數，其它參數含義同上。根據綜合評價度構造節水改造效益評價模型，模型方程為：

(9)

式中：F(u,s)為灌區群的節水改造效益綜合評價度。

2 灌區節水改造效益評價

2.1 灌區特征分析

盤山灌區改造工程位于遼寧省盤錦市的西南面，設計灌溉面積3.91萬hm2，實灌面積3.71萬hm2。工程項目區具有良好的對外交通條件。根據地質勘測資料和設計圖紙，工程下伏地層依次為含細粒黏土礫石層、中細砂層、低液限黏土層、砂巖層，該工程石方開挖量較大，大部分開挖至砂巖巖層。長期以來，渠系淤積現象嚴重，由于未能將淤泥及時清理外運使得現狀渠堤、渠道寬窄存在較大差異，渠堤水毀、坍塌等較為常見；加之維修管理不善和干渠毀壞嚴重，河道斷流和自然災害時有發生。為了提高用水效率和減少渠系滲流損失，有必要對盤山灌區改造工程引入先進的防滲技術[8-9]。以盤山灌區6個子灌區為研究對象，各子灌區的節水改造率為30%左右，渠系長度為18.5-73.0km之間，灌區的建成顯著改善了當地的農業生產條件，取得了巨大的社會與經濟效益，對促進農業發展和經濟建設發揮著重要的作用，各子灌區特征如表1。根據改進的模糊綜合法和各子灌區特征值，綜合評價灌區節水灌溉效益[10]。

2.2 指標權重的設定

節水改造效果評價受權重計算的影響較為明顯，基于模糊綜合法確定的權重不僅可提高評價結果的可信度和可靠度，而且能夠彌補單一方法權重計算存在的不足。另外，選用節水改造前、后的指標值進行計算存在一定局限性，為進一步提高評價結果的客觀真實性可將評價點以年為單位時段的平均值替代。對灌區群的節水改造效益選用6項評價因子分析，利用文中所述方法確定各因子權重，見表2。

根據表2可知，各灌區節水灌溉效益評價因子權重存在差異，其原因為不同灌區的建設規模、渠系運行狀況和節水改造工程等因素相關。通過咨詢專家意見和實地調查合理設定各因子權重，由此保證評價結果的客觀合理性。

2.3 評價指標優屬度

通過對各指標權重的設定，采用文中所述公式確定不同指標關于各個灌區的優屬度，結果見表3。

表2 節水灌溉效益各評價因子權重

表3 各灌區優屬度運算結果

根據表3可知，不同評價因子關于各個灌區的優屬程度存在差異。從灌區A計算結果可知，各項評價因子關于A灌區的優屬度介于0.3247-0.6295之間，其中農作物用水提升比率X5、節水改造比例X3為該灌區節水灌溉效益優屬度最高和最低因子；依據灌區B優屬度結果，各項評價因子關于B灌區的優屬度處于0.4192-0.8451范圍，其中用水保證率X1、農作物用水提升比率X5為該灌區節水灌溉效益的優屬度最高和最小因子；通過分析灌區C優屬度結果，各項評價因子關于C灌區的優屬度為0.5670-0.9142，其中農作物生產提升比例X4、用水保證率X1為該灌區節水灌溉效益的優屬度最大和最小因子；灌區D的各項評價因子優屬度處于0.4836-0.8433范圍，其中用水保證率X1、農作物用水提升比率X5為灌區D節水灌溉效益的優屬度最大和最小因子；灌區E的各項評價因子優屬度處于0.3248-0.6841范圍，其中農作物用水提升比率X5、農作物生產提升比例X4為灌區E節水灌溉效益的優屬度最大和最小因子；灌區F的各項評價因子優屬度處于0.4369-0.6140范圍，其中農作物生產提升比例X4、用水保證率X1為灌區F節水灌溉效益的優屬度最大和最小因子。

2.4 特征值的設定

通過確定各項評價因子的優屬度，利用相關公式求解不同灌區各指標的特征值，見表4。

表4 各評價指標的特征值表

對灌區節水改造效益運用傳統算法和改進的模糊綜合法評價，結果見表5。

表5 傳統算法和改進的模糊綜合法評價結果

根據表5可以看出，灌區節水改造效益運用改進的模糊綜合法求解的綜合評價度處于0.3714-0.6220之間，整體評價度為0.5057，由此表明基于改進的模糊綜合法的節水改造效益處于良好等級。灌區節水改造效益利用傳統算法求解的綜合評價度位于0.1985-0.3577范圍，整體評價度為0.2651，不同評價等級下改進的模糊綜合法評價結果較傳統算法高。結合節水改造工程驗收報告和實地考察結果，節水改造后灌區群的整體效益得到顯著的提升，節水改造率位于31.5%-78.2%，灌區節水改造實際情況與改進算法的評價結果保持較高的一致性。

3 結 論

文章對遼寧省某灌區群節水改造效益運用改進的模糊數學法進行綜合評價，結果顯示：對各項評價因子按照優屬度大小排序，可有效避免主觀因素對指標特征排序的影響，具有一定的推廣和應用價值；較傳統算法的效益評價，改進的模糊數學法具有更高的準確性和可行性，評價結果能夠較為系統、準確的體現灌區節水灌溉實際情況。