基于模糊綜合分析法的豐樂河灌區高效節水改造效益評價

張雪潔，張 芮，張梅花，趙 霞，王引弟，安亞鵬，藺寶軍

(1.甘肅農業大學水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.大禹節水集團，甘肅 蘭州 730070)

水資源短缺是制約我國農村經濟發展的最關鍵問題，因此水資源高效利用成為了重中之重。隨著人口不斷增長，經濟持續快速發展，生態環境質量不斷提升，節水改造工程的實施，水資源的利用率和效益也得到了顯著的提高，并在一定程度上帶來了經濟效益，促進了社會、生態、環境等方面的發展。[1]

從1995年林性粹等[2]評價地面節水灌溉工程的時候，主要采用灌水質量、節水率、田間灌溉效率等經濟效益指標。到2019年余航[3]對北屯灌區節水灌溉改造項目進行綜合效益的評價時，從工程、社會、管理、可持續性等7個準則層，共選取了29個指標。可見我國對灌區高效節水改造效益評價越來越全面，取得了很大的進展。但同時也存在一定的問題，比如選擇的指標相對模糊，針對性不強，不易獲取或量化。

因此，本文采用模糊綜合評價法，以豐樂河灌區為例，以經濟效益、社會效益、環境效益3個方面為標準，根據該灌區的實際情況，共選取了11個具體指標，建立灌區高效節水改造綜合效益評價體系，從而展開對該灌區進行評估。針對豐樂河灌區高效節水灌溉工程，從經濟、社會、環境3個方面進行綜合評價，旨在了解其現狀，并對其進行評價；指出目前我國高效節水改造項目的建設與運營中的缺陷，并對其進行改進。

1 研究區概況

豐樂河灌區位于甘肅省酒泉市肅州區的東南部[4]，灌域內有3個鄉鎮2.64萬人口，設計農業灌溉面積13.53萬畝。灌區有小(2)型水庫3座，引水渠首3座，引水渠系斗口以上襯砌率達95.05%，節水設施已全面覆蓋，其中渠道防滲面積6.99萬畝，高效節水管道輸水灌溉面積為6.54萬畝。灌區年內來水多集中于7—8月的地表徑流，地表年均徑流量0.97億m3[5]。該區域是典型的嚴重缺水地區，每年的6月和9月旱情尤為嚴重。

豐樂河灌區建成于1956年，至今已運行60多年。灌區現狀總體工程設施標準偏低，信息化覆蓋程度不足，斗口計量設施缺乏，灌溉水利用系數不高，是典型的資源性、結構性缺水和現代化程度落后的灌區[6]。

2 結果與分析

2.1 評價方法

本次綜合效益評價體系從經濟效益、社會效益、生態效益這3個方面展開。由于評價指標具有各種模糊性和不確定性，則運用模糊綜合評價法。該方法實際上就是按照模糊數學中包含的隸屬度理論將定性評價轉化成定量評價[7]，在使用的過程中，會對多個因素進行客觀合理的綜合評價，同時對于解決龐大復雜、難以量化的模糊工程評估問題有很好的效果[8]。其步驟如下：

(1)構建該灌區的評價指標體系。通過對相關文獻資料的查閱與學習，篩選出影響該灌區效益的關鍵指標，確定出準則層和指標層，從而構建出適合該灌區的評價指標體系。

(2)建立評價模型。先根據模糊數學原理先構建單層效益評估模型，再結合構建的灌區節水效益兩層指標體系，形成雙層評價節水效益的綜合模型。

(3)指標權重以及隸屬度的確定。采用專家評價的方法確定各個指標的權重，建立相應隸屬度的評價標準，將基本的數據代入到評價標準中，得到各個指標的隸屬度。

(4)劃分評價等級。查閱資料，按照以往等級劃分的方法，劃分評價分值，[90，100)分為一級，[75，90)分為二級，[60，75)分為三級，[30，60)分為四級，[0，30)分為五級，得到一個準確的分值，為最終的評價結果。

2.2 評價指標體系

建立一個合理的高效節水灌溉效益評價指標體系首先一定要搜集大量的資料并調查分析，以多個單一的評估指數為基礎，組成評價指標體系，達到全面地體現出高效節水灌溉項目評價的各項要求[9]。所以，在系統分析和全面調查的前提下，按照科學性、適用性、針對性和簡明性等基本原理，建立了相應的分級指標體系見表1[10]。在對特定的灌溉區域進行評價時，要根據當地的情況選擇適宜的評價標準，建立適宜的評價指標體系。

2.3 評價模型

引入V={v1，v2，…，vm}為灌區高效節水效益評語集，每個元素對應的評價等級有m種，利用模糊數學原理構造單層效益評估模型為[11]:

B=A·R

(1)

(2)

式中，A、B—高效節水效益各評價因子的權向量和模糊數學法確定的待評樣本的綜合效益等級;R—專家賦分法構造的評價矩陣；ai、rij—效益評價因子i的權值及其隸屬于等級j的程度。

設V={v1，v2，…，vm}為灌區節水效益評價的5個等級，待評樣本隸屬于一、二、三、四、五級的程度利用bj={b1，b2，b3，b4，b5}衡量，其數值大小稱為隸屬度。

結合以上單層綜合評價模型和構建的灌區節水效益兩層指標體系，形成雙層評價節水效益的綜合模型，其表達式為:

B=A·R

(3)

式中，A1、A2、A3—灌區節水效益綜合評價體系中準則層各項因子的權重集；R1、R2、R3—反映高效節水效益的準則層各要素的評估值，即兩層級間的變換矩陣；R11…R18、R21…R213、R31…R39—各個評價等級上每個元素的隸屬度，其數值大小反映了趨近該等級的程度。

表1 灌區高效節水效益評價指標體系

為了更加直接明白的表述灌區高效節水改造的綜合效益效益，將評價等級得的分區間定義為P=(一級，二級，三級，四級，五級)T=(90，75，60，30，0)T，其評價標準見表2。則定義最終評價的綜合得分為D=B·P，灌區高效節水改造效益的優劣程度按照綜合評分值D來判定。

表2 等級劃分標準

2.4 指標權重與隸屬度的確定

本次邀請了9位專家，通過專家打分的方式確定各層次的權重，見表3。評審人員根據灌區改造后的綜合效益，按照上述11個指標的真實情況進行打分[13]。通過打分的統計結果確定各個指標的隸屬度，見表4。

2.5 評價結果

將以上得出的數據代入模型公式中，計算結果如下：

表3 評價指標權重

表4 評價指標隸屬度

D=B·P=(052，039，009，0，0)×(90，75，60，30，0)T=8145

最終確定灌區綜合效益評價指數81.45分，按照最大隸屬度準則確定豐樂河灌區屬于較好這一等級[14]。根據表2的統計數據可知，在以上的11個評價指標中，所有指標的得分都分布在前面3個等級內，故該灌區評價得分較高。根據豐樂河灌區實際情況，改造總投資1.2億元，建設內容有完善設施管理、渠系建筑物續建改造并配套建設信息化設施設備等，本次改造的節水綜合效益成果較為顯著。灌溉水利用系數高于甘肅省平均水平，達到0.6以上。灌溉面積不小于13.53萬畝，耕地灌溉率達到100%，灌區信息化水平達到中級，生態用水保證率達到95%以上。從整體上看，該項目的節水效果和綜合效益均處于較好的狀態，其結果能夠客觀、準確地反映出該地區的實際生產狀況。但由于是專家根據施工項目的具體情況，對各指標進行相應的打分，因此，在一定程度上專家的主觀因素對其進行了一定的影響，今后進一步改進評價方法和完善評價體系。

3 結論

(1)本文運用模糊評價方法對灌溉高效節水改造進行效益評價，有效地克服了評價指標的含糊性，真實有效地反映本次高效節水灌溉改造項目的綜合效果。

(2)從經濟、社會和環境3方面11個指標進行全面評價，從而有效地解決了評價單一、片面性的弊端，而且指標體系數據比較容易獲得，具有一定的實用性。

(3)由于目前甘肅省高效節水灌溉項目績效評估工作尚處于探索階段，因此本文對其他地區的節水灌溉改造技術的應用及綜合效益的評價具有一定的借鑒意義。