位山灌區節水改造工程效益評價

付成讓

（蘭陵縣水利局，山東 蘭陵277731）

為了解決我國水資源分布不均勻， 局部區域干旱缺水的問題，近幾十年來修建了大量的灌區工程，為灌區覆蓋區域的工農業及生活提供了源源不斷的水源。 隨著國家經濟的快速發展，用水量急速上升，且原有工程的老化造成輸水效率降低，因此，灌區改造工程逐漸受到重視。 目前常用的灌區改造工程措施主要包括：原有渠道襯砌［1］、泵站改造［2］、農田節水配套措施［3-4］等。 快速準確地對灌區改造工程效益進行評價可以快速獲取工程建設的績效指標， 為后續改造提供參考。目前，較為常用的評價方法主要包括云模型［5-6］、TOPSIS法［7-8］、模糊綜合法［9-10］等。 本文在大量收集資料的基礎上， 使用蝙蝠算法結合未確知測度方法進行灌區改造工程效益評價。

1 灌區節水改造工程效益評價指標體系構建

1.1 評價指標選取

評價指標的選取必須客觀、 全面才能保證評價結果的可靠性。 影響灌區改造工程效益評價的因素眾多，主要包括：

（1）節水灌溉面積率：節水灌溉面積與有效灌溉面積的比值。

（2）灌溉保證率：指設計灌溉用水量的保證程度， 可用設計灌溉用水量全部獲得滿足的年數占計算總年數的百分率來表示。

（3）渠道襯砌率：渠道襯砌長度與總長度的比值。

（4）排澇達標率：指現有排水渠道能通過設計排水量的數量占排水渠道總數量的百分比。

（5）田間工程配套率：田間工程配套率指現有完好田間工程數量與應設田間工程數量之比。

單指標工程效益等級分級標準如表1。

表1 灌區工程效益單指標等級

續表1

1.2 基于蝙蝠算法評價指標權重獲取

1.2.1 蝙蝠算法基本原理

在蝙蝠捕食的啟發作用下， 所建立的一種基于全局搜索的優化算法。 該算法主要是通過不斷進行更新蝙蝠的運動速度， 從而獲取蝙蝠追捕獵物的位置。 蝙蝠算法的基本原理如下：

假設在已知空間內的某一時刻點t，蝙蝠出現在空間范圍內隨機分配的某一位置Lit， 且該蝙蝠進行捕食的速度為Vit，假設該蝙蝠發出的超聲波頻率為fi。在下一個時刻t+1時，蝙蝠所在的位置和捕獵的運動速度如下：

式中 fi為編號i的蝙蝠在t時刻所發出超聲波的頻率；fmax，fmin分別為蝙蝠群所發出的最大和最小超聲波的頻率；β為［0，1］范圍內的一個隨機數；L*為在該情況下的最優解。

在捕獵初期，蝙蝠與獵物相距較遠，此時，蝙蝠若想快速接近獵物則需加快飛行速度 （增大響度）。當蝙蝠與獵物距離較近時，則需降低飛行速度，加大搜索頻率（提高脈沖），從而可獲取獵物的準確位置。響度和脈沖速率的變化計算如下：

1.2.2 指標權重獲取

通過蝙蝠算法，尋找各指標的最優權重，結果如表2。

表2 評價指標權重

2 基于未確知測度方法的灌區改造工程效益評價

2.1 未確知測度理論

假設有n個待評價灌區改造工程，用空間向量集R表示，R={R1，R2，R3，…Rn}。 對于每個待評價工程有m個評價指標：X={X1，X2，X3，…Xm}。 Xij代表灌區改造工程Ri的第j個評價指標的實測值。 則灌區改造工程Ri的工程效益等級為：R={Ri1，Ri2，Ri3，…Rim}。 Xij的工程效益等級評價向量為：U={C1，C2，C3，…Cp}，設Ck為第k級評價指標且Ck＞Ck+1。 若C1＞C2＞C3，…Cp，則{C1，C2，C3，…Cp}，為一個有序分割類。

2.2 單指標測度評價矩陣

設μijk=μ（Xij∈Ck）表示指標Xij隸屬于第k個評價指標Ck的程度該程度滿足可加性和歸一性， 則稱為未確知測度。 單指標評價矩陣為：

2.3 多指標測度評價矩陣

設μijk=μ（Ri∈Ck）表示Ri屬于第k級評價指標Ck的程度。

式中 ωj為指標Xj的權重。 多指標綜合評價矩陣為：

2.4 置信度識別準則

3 工程應用

3.1 工程概況

位山灌區始建于1958年，并于1981年進行了改建。黃河水為位山灌區主要水源，設計灌溉面積36萬hm2，其中有效灌溉面積為34.4萬hm2。 改建后位山灌區渠首的引水流量240m3/s，有東西兩個渠道，其中東渠引水流量80m3/s。 目前，位山灌區正在進行節水改造工程，主要是對已有結構的襯砌改造，提升防滲效果，截至目前，共襯砌渠道247.2km，其中干渠139.7km，分干87.2km，支渠20.3km，引黃濟津襯砌67km。 干渠襯砌率為50.98%，灌溉保證率為50%，田間工程配套率91%，排澇達標率94%；灌溉水利用系數0.54，節水灌溉面積率73%，采用“高水位、大流量、速灌速停”等灌溉方式， 減少了水資源浪費。 同時對黃淮海灌區、東北平原農業產區灌溉改造項目進行評價。 單指標評價測度函數如圖1，各灌區評價指標實際值和評價結果如表3和表4。 通過對位山灌區和其他兩大灌區各4個樣點灌區進行評價，位山灌區工程效益為Ⅱ級。

圖1 單指標測度函數

表3 各灌區評價指標實際值

表4 各灌區改造工程效益評價結果

4 結語

（1）通過資料收集選取了6個指標作為灌區改造工程效益的評價指標， 搜集多個灌區改造情況作為蝙蝠算法的輸入數據， 通過蝙蝠算法強大的搜索功能，確定了各個指標的權重，渠道襯砌率和田間工程配套率是影響灌區改造效益的重要指標。

（2） 使用未確知測度的方法對位山灌區和黃淮海灌區、東北平原農業產區灌區各4個樣本點進行灌區改造工程效益評價， 表明位山灌區的工程效益等級為Ⅱ級。