基于理想點法模型的遼陽縣農田水利基礎設施評價

李 鵬

(遼陽縣水利事務服務中心劉二堡站， 遼寧 遼陽 111200)

0 引 言

我國農業生產力布局與降雨時空變異、水資源時空分布等呈現出明顯的不協調性特征，農田水利設施為促進我國經濟發展的關鍵和現代農業發展的重要保障，做好農田水利工程建設工作對改善人們生活水平、促進當地糧食增產、推進農業產業化經營及增強區域農業抗旱能力等具有重要作用。21世紀以來，隨著經濟的發展、人口數量的顯著增大、城鎮化及工業化的加快，特別是生活城市化、農業和非農業產業的快速發展加劇了人類活動與生態環境、農業產業、城鎮競爭用水之間的矛盾，農田水利不僅要解決水質性、管理性、水源性及工程性缺水問題，而且還要滿足傳統的防洪抗旱、灌溉排水等要求。然而，由于農田水利存在建設標準低、運行機制和管理實施不完善等問題，嚴重制約著農田水利的可持續運行和工程效應的發揮，所以有必要研究探索農田水利的建設與管理綜合水平[1-5]。

遼陽縣農田水利建設與管理的快速發展，使得在實際推進過程中面臨著一系列的挑戰。根據實地考察與查閱有關資料，遼陽縣出臺了促進農田水利建設與管理機制，明確提出了要促進建設與管理工作的持續有效進行。經過多年的努力和發展，當地農田水利的灌溉排水并未取得的明顯成效，水利設施的年年建設并沒有增大能夠良好運轉的工程數量，也并沒有減少有人用無人管的現象，部分年份和局部地區的灌溉水保證率與有效利用系數雖然得到一定的提升，但仍保持在0.45-0.50的較低水平；許多基礎設施存在后續維護保障能力不足、建設質量標準低、建設規模小和相關配套設施差等問題。所以，遼陽縣當前的農田水利仍難以滿足工程實踐、農業生產的要求[6-9]。鑒于此，本文從水質自凈、降澤、抗旱、排澇和防洪等方面綜合評價了當地農田水利設施的狀態。

1 基于理想點法的評價模型

1.1 TOPSIS模型簡介

TOPSIS模型又稱為多指標、多目標決策分析法，其本質是依據理想化目標與有限個評價對象間的貼近程度，科學排序相關指標的功能作用或優劣程度，具有應用靈活、計算結果科學和分析簡便等優點。所以，在農田水利設施評價中該模型的應用較為廣泛，在實踐應用中其評價原理如下：

1) 通過檢測最劣解、最優解與待評價對象之間距離，單調排序評價對象的目標變量整體狀況。

2) 科學評價評價目標變量的優、劣程度，最優結果為距離最劣解最遠且離最優解最近的對象；反之，則為績效評價的最劣解，即評價結果距離最優解最遠且距離最劣解最近。

3) 各評價指標的最優、最劣值即為最優和最劣評價結果。

1.2 模型構建流程

步驟一：建立決策矩陣。根據相關文獻中TOPSIS模型計算流程和建模步驟，引入M=(M1,M2,…,Mm)、C=(C1,C2,…,Cm)分別為TOPSIS模型的多指標決策集和多指標集，關于指標Ci=(C1,C2,…,Ci)決策方案M=(M1,M2,…,Mm)的參數值為Xij，其中i=1,2…,n；j=i=1,2…,m。從而構建多目標決策矩陣如下：

(1)

步驟二：無量綱化處理決策矩陣。由于各參評指標的量綱存在差異無法直接用于最終決策的計算，為提高數據的平滑度必須對各維因子值進行無量綱化處理。本文采用下述公式進行處理，其表達式為：

(2)

步驟三：構建加權決策矩陣。TOPSIS模型的加權決策矩陣根據各指標權重W和無量化處理后的矩陣計算，即：

Z=(rij)m×n

(3)

步驟四：熵權法確定權重。信息熵反映了TOPSIS模型中樣本數據的相對變化速率，所以信息熵的大小代表了指標信息在系統中的無序程度，利用該理論計算指標權重。采用熵權法確定指標權重的主要依據為各參數構成的判斷矩陣，信息量越大則該參數提供的有效信息越大，在評價過程中其重要性程度越高，賦予的權值就越大；反之，信息量越低則樣本提供的信息越少，在評價過程中該樣本的重要程度越低，確定的權值就越小。對各指標權重利用熵值法計算時應盡可能的降低主觀性影響，從而提高評價結果的準確性和合理性。其計算公式如下：

(4)

式中：H、n為評價指標熵和參評指標數量；Wj為各指標權重。

步驟六：計算歐式距離。對最優解與各評價對象之間的距離進行求解，選用歐式基本公式對最優、最劣方案進行歐式距離計算，計算公式如下：

(5)

步驟七：貼進度Ci的計算。依據待評價對象的貼近程度值Ci的大小對農田水利設施進行優劣排序，Ci值越大則表示決策樣本方案與最優方案的貼近程度越高，水利設施的保障能力越強；反之，則表示與最優方案的貼近程度越低，水利設施的保障能力越差，計算方法為：

(6)

2 農田水利基礎設施評價

2.1 灌區概況

遼陽縣境內的小型灌區大多建設于1950-1960年，灌區內主干工程經多年的服役運行，主要存在灌溉方式粗放、渠系分布不合理、大部分骨干建筑物老化失修、灌溉技術落后、輸水損失大等問題，水利設施完好率不足60%，嚴重阻礙了農業經濟的可持續發展和灌區灌溉的正常運行，對當地農村經濟發展和農業生產構成嚴重的威脅。由于過流量的減少使得灌溉滲流量較大，灌溉歷時較長導致農業灌溉效率地下，不僅增加了農民的農田灌溉和水利管理難度，而且嚴重影響著灌區的正常運行。另外，雖然灌區內具有較為豐富的水資源量，為進一步提升灌溉保證率和用水效率必須推廣高新節水灌溉、渠系防滲、灌溉輸水等續建配套節水改造工程。

為適應新階段的農村經濟發展要求，進一步提升優質水稻的總體生產水平，推動農業節水灌溉技術的普及與深入發展，遼陽縣相關部門將亟待解決改造的末級渠系以及在灌區發揮關鍵作用的項目列入改造范圍，重點對灌區配套不全的斗、農渠閘涵進行更新改造。因此，本文從水質自凈、降澤、抗旱、排澇和防洪等方面綜合評價了當地5個小型灌區的農田水利設施的運行狀態。

2.2 評價流程

根據以上TOPSIS模型基本流程計算方法，科學評價遼陽縣5個小型灌區的水利設施。運用信息熵理論計算確定水質凈化、降澤、抗旱、排澇、防洪指標權重，并結合專家意見和相關文獻資料綜合評價了各灌區的水利設施保障能力，如表1所示。

表1 基于專家評分法的農田水利設施評分

對遼陽縣農田水利設施綜合保障能力采用TOPSIS模型和以上數據指標進行評價，主要流程如下：

1) 構造決策矩陣。各評價指標的初始數值因存在較大差異，因此需采用無量綱化公式對各參數值作統一處理，從而得到標準數列，如表2所示。

表2 農田水利各評價指標標準值

3) 根據最劣和最優向量的具體內涵，按照各評價指標數值構造向量如下：

最優向量：Z+=(0.231,0.155,0.158,0.242,0.231)；

最劣向量：Z-=(0,0,0,0,0)。

4) 計算歐式距離。對最優解與各評價對象之間的距離進行求解，選用文中所述公式對最優、最劣方案進行歐式距離計算，結果如下：

最優距離：D+=(0.220,0.218,0.192,0.180,0.224；)

最劣距離：D-=(0.161,0.192,0.180,0.155,0.174)。

5) 計算貼進度Ci。根據貼近程度值Ci的大小對農田水利設施進行優劣排序，Ci值越大則表示水利設施的保障能力越強；反之，則表示與最優方案的貼近程度越低，水利設施的保障能力越差，其結果如下：

C=(0.510,0.522,0.615,0.601,0.613)

6) 最終排序。綜合考慮水質、降漬、抗旱、排澇和防洪能力等指標，對遼陽縣5個小型灌區水利設施進行綜合排序，結果如表3所示。

表3 農田水利設施評價結果

根據表3可知，在水質凈化、降漬、抗旱、排澇、防洪等方面綜合保障能力較強的農田水利設施位于3#灌區，其最優貼近程度為61.5%；其他4個灌區的綜合保障能力相對較弱，按由大到小的次序排列為5#、4#、2#、1#灌區，所對應的最優貼進度分別為61.3%、61.0%、52.2%、51.0%。因此，遼陽縣5個小型灌區的水利設施綜合評價結果分別為3#>5#>4#>2#>1#。

研究表明，不同農田水利的建設狀況在遼陽縣各地區存在較大差異，這主要與灌區水利施工技術、建設資金等因素相關。農田水利建設的評價過程復雜、涉及到的影響因素較多，綜合考慮各方面因素客觀、合理的評價水利建設狀況，對于促進灌區持續發展具有重要作用。管理情況和水利設施運行狀況為制約農業水利設施持續健康運行的關鍵因素，若能夠加大續建配套和田間節水改造力度，最大限度的提升灌區水利用系數和灌溉面積，將顯著提升水利設施效益評價各參數值和綜合評價值。

3 結 論

在處理多因素、多目標綜合復雜問題時TOPSIS模型具有較強的實用性與科學性，運用TOPSIS模型對遼陽縣5個灌區的農田水利設施進行評價。結果顯示，在水質凈化、降漬、抗旱、排澇、防洪等方面不同罐區的水利設施保障能力存在較大差異。因此，應結合不同地區的水利特征、分布特點加強建設與管理。近年來，遼陽縣開展了一系列的節水灌溉、引提水工程，在顯著增大工程裝機量和農業灌溉能力的同時，大大提高了灌區的防洪能力和有效灌溉面積，從本質上改善了當地農業發展環境和生產技術水平，為增加農民收入和促進當地發展提供了重要的基礎。