基于模糊綜合評價法的精河流域上游灌區效益評價分析

雪新麗

（新疆雙河勘測設計有限公司，新疆博樂 833400）

灌區是農業和農村經濟發展的重要基礎，也是保障糧食安全的重要基地，近年來國家對灌區改造投入大量資金，解決了灌區工程老化病險問題，改善了灌區的農業生產條件，整體提高灌區水資源利用效率和農業綜合生產能力，為鄉村振興、農業現代化、生態建設提供有力水利支撐。水利部提出“十四五”期間以推動節水灌區、生態灌區建設為主，努力打造“節水高效、設施完善、管理科學、生態良好”的現代化灌區。因此，準確評價灌區綜合效益是實現灌區良性運行和可持續發展的重要手段，需因地制宜的制定一套合理的灌區綜合效益評價指標體系。

目前灌區綜合效益評價的方法較多，如灰色關聯度法、模糊數學理論、改進的密切值法等方法[1-3]，從經濟、社會、生態、環境等方面對灌區效益進行分析評價。本文以精河流域上游灌區為例，在灌區近五年的社會經濟及用水效益等指標的基礎上，采用模糊綜合評價法對灌區效益進行評價。評價結果可為灌區的管理規劃及效益評估提供參考。

1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是基于模糊數學的理論對評價對象進行客觀公正的評價，其原理是首先建立評價指標體系，構建模糊矩陣，其次確定各指標的權重，進而根據多層復合運算確定評價等級。模糊綜合評價法應用諸多領域，如房地產項目、水質評價、多目標優先級評定等，本次利用模糊綜合評價法對灌區效益進行分析評價，主要步驟如下[3]：

（1）確定綜合評價所涉及的因素集合，即評價對象的因素集U，U={u1，u2，……，un}。

（2）確定評價等級的集合，即評價對象的評語集V，V={v1，v2，……，vn}，n為總的評價結果數，一般劃分為3-5個等級。

（3）確定評價因素的權重向量，即權重分配模糊矢量A={a1，a2，……，an}，權重反映了各因素的重要程度，對評價結果影響較大。本文采用層次分析法確定指標權重，如要確定各子目標的權重即經濟效益、社會效益和生態效益的權重，通過比較兩兩效益指標的重要程度，從而建立判斷矩陣，矩陣的最大特征值λmax對應的特征向量，歸一化后就是各指標的權重。同時，應檢驗判斷矩陣的合理性，通過檢驗該權重分布較合理[4]。

（4）進行單因素模糊評價確定隸屬度矩陣R。確定從單因素看被評價對象對各等級模糊子集的隸屬度，進而得到隸屬度矩陣R，見式（1）。隸屬度矩陣R的計算則是根據評價指標的數值大小與各指標分級標準進行計算，如某一指標數值落在該指標對應分級標準I級和Ⅱ級區間內，則其隸屬度函數為（x，1-x，0，0，0），根據該指標距離Ⅰ級和Ⅱ級標準的遠近確定隸屬度，距離I級標準越近，則落在I級的隸屬度x越大，具體步驟詳見文獻[5]。

（5）多指標綜合評價。將模糊權矢量A與模糊關系矩陣R合成得到各被評價對象的模糊綜合評價結果矢量C。模糊綜合評價模型見式（2）。

2 實例應用

2.1 灌區概況

精河流域上游灌區位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內，地處天山北麓，準噶爾盆地西緣，東距精河縣城28公里，西距博樂市78公里。灌區東西寬21公里，南北長22公里。灌區總播種面積19.22萬畝，其中糧食作物面積0.6萬畝，單產350kg/畝。棉花面積16.19萬畝，籽棉單產300 kg/畝。油料作物面積0.23萬畝，油料作物單產180 kg/畝。其他作物面積2.2萬畝。

2.2 指標體系的建立

本次收集到精河流域上游灌區社會經濟發展指標以及用水效率指標等，以此建立灌區效益評價的指標體系。以灌區效益為總目標，下設經濟效益、社會效益和生態效益三個子目標，其中經濟效益子目標又有許多指標來體現，有渠系水利用系數B11、畝均用水量B12（m3/畝）、人均GDP B13（萬元/人）以及單方水糧食產量B14（kg/m3）等。社會效益子目標采用萬元GDP取水量B21（m3/萬元），人口自然增長率B22（‰）以及節水灌溉比重B23（%）來表征。生態效益子目標采用地表水和地下水開采利用程度（%）來體現。灌區效益的評價指標體系見圖1所示，2012-2016年精河流域上游灌區效益評價各指標值見表1。

圖1 灌區效益評價的指標體系

表1 精河流域上游灌區不同年份各指標體系表

2.3 評價標準與等級

目前灌區效益評價標準沒有統一的國家標準，參考《灌區規劃規范》《大中型灌區標準化規范化管理指導意見》及多省份《灌區標準化規范化管理實施細則》等相關成果規定的灌區建設目標、效益目標，確定精河上游灌區效益評價指標等級，為Ⅰ-Ⅴ級，表示灌區綜合效益低、較低、中等、較高、高。各指標分級標準詳見表2。

2.4 評價模型的建立

以2012年為例，根據模糊評價法隸屬度矩陣R的確定方法可得到2012年精河上游灌區各指標相對于分級標準的隸屬度矩陣R。根據層次分析法得到各指標的權重A。

表2 灌區效益評價指標的分級標準

本次將各影響因素的評價等級加權平均來確定灌區效益的綜合評價結果E。

即

據此可得到2012年精河上游灌區效益綜合評價值為2.99，位于2與3之間，說明2012年精河上游灌區效益處于較低與中等之間。同理可得到不同年份精河上游灌區效益綜合評價值，詳見表3。

表3 不同年份精河上游灌區效益綜合評價值

2.5 結果分析

根據模糊綜合法隸屬度矩陣R與各指標權重A復合運算可得到精河流域上游灌區不同年份灌區效益評價結果。根據表3可知，2012-2016年灌區效益評價結果依次為2.99，3.16，3.19，3.34和3.49，其中評價結果值最大的是2016年，最小的是2012年，C值越大，灌區效益越好，越接近高效灌區。2012年灌區效益處于較低與中等之間，2013年至2016灌區效益處于中等與較高之間，并且有持續升高趨勢。

近年來，隨著水利工程的大力發展，節水灌溉水平不斷提高，渠道防滲技術不斷加強，精河流域上游灌區效益總體逐年上升。同時可發現制約精河上游灌區發展的不利因素，如灌區地下水開采強度較高，五年平均開采率為72.5%，處于低效益區間；萬元GDP取水量較大，五年均值為715m3/萬元，用水效率不高，處于低效益區間。人均GDP較低，五年均值為4.34萬元/人，處于較低效益區間。因此，可采取大力發展節水灌溉、節約用水、減少地下水的開采、提高水資源重復利用率及降低萬元GDP用水量等措施提高灌區綜合效益。

3 結語

本文以灌區效益為研究對象，提出經濟效益、社會效益和生態效益為三個子目標，各目標下設指標數據，建立了灌區效益的評價指標體系，利用模糊綜合評價法，確定灌區效益的評價指標體系與分級標準，構建灌區效益指標數理模型，以精河流域上游灌區為例，對2012-2016年灌區效益進行分析評價，得到的評價結果與實際相符。此外，根據權重分析結果，生態效益對灌區影響較大，減少地下水開采，保護地下水環境的可持續發展是提高灌區的綜合效益及灌區的可持續發展的重要途徑。