基于灰色關聯(lián)理論-密切值法的大型灌區(qū)運行狀況綜合評價

費良軍，王錦輝，王光社，馮纏利，武錦華

(1.西安理工大學水利水電學院， 陜西 西安 710048； 2.陜西省水利電力勘測設計研究院， 陜西 西安 710001)

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基于灰色關聯(lián)理論-密切值法的大型灌區(qū)運行狀況綜合評價

費良軍1，王錦輝1，王光社2，馮纏利2，武錦華1

(1.西安理工大學水利水電學院， 陜西 西安 710048； 2.陜西省水利電力勘測設計研究院， 陜西 西安 710001)

摘要：依據(jù)評價對象與目標最優(yōu)點的灰色關聯(lián)度越大，則表明評價對象與最優(yōu)點的距離越近，在大型灌區(qū)運行狀況綜合評價時，將灰色關聯(lián)法與密切值法相結合，既保存了密切值法客觀性好的優(yōu)點，又能合理利用灰色關聯(lián)法克服密切值在貧信息情況下的缺陷。以陜西省大型自流渠灌區(qū)洛惠渠為實例進行驗證，評價結果顯示洛惠渠灌區(qū)在2007、2008、2009、2010、2011、2012年的密切值分別為5.1238、4.7421、3.8396、3.0147、2.4679、1.2868，運行狀況級別分別為中等、中等、中等、良好、良好、良好。其評價結果與可拓評價法結果基本一致，都隨著時間的推移，洛惠渠灌區(qū)評價級別從中等逐漸變?yōu)榱己茫\行狀況越來越好，這也符合洛惠渠灌區(qū)的客觀實際和發(fā)展規(guī)律，且該方法理解簡單、可靠性高，為大型灌區(qū)運行狀況綜合評價提出了一種新方法。

關鍵詞：大型灌區(qū)；運行狀況；綜合評價；灰色關聯(lián)法；密切值法

大型灌區(qū)一般擁有較完善的水源系統(tǒng)，輸水、配水以及供水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在構成灌區(qū)區(qū)域或跨流域的水資源供需調(diào)配與優(yōu)化配置中發(fā)揮著極其重要的作用。

除此之外，大型灌區(qū)在干旱、荒漠地區(qū)還能發(fā)揮改善生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、抑制水土流失、減輕風沙威脅的作用。

為了準確了解灌區(qū)在社會經(jīng)濟水平、水土資源狀況、灌區(qū)工程狀況、灌區(qū)水資源利用率、管理體制改革、經(jīng)營管理狀況及生態(tài)環(huán)境等方面的運行情況，對灌區(qū)綜合評價是十分必要的。大型灌區(qū)綜合評價是一個多指標綜合評價問題，除定量指標外，還涉及到許多定性指標，各指標間相互關聯(lián)，用直觀對比分析法往往難以得到客觀的綜合評價，宜采用綜合評價方法。因此，對灌區(qū)運行狀況進行綜合評價研究，建立一套合理的綜合評價指標體系和綜合評價方法具有十分重要的意義。

目前，廣泛運用的評價大型灌區(qū)運行狀況的方法，如層次分析法[1]、模糊綜合評價法[2-4]、可拓評價法[5]等，這些方法計算過程都比較復雜繁瑣，灰色關聯(lián)理論-密切值法方法理解簡單、可靠性高。因此，本文將應用灰色關聯(lián)理論-密切值法對陜西省大型自流渠灌區(qū)洛惠渠進行實例驗證。

1灰色關聯(lián)理論-密切值法的基本思想

密切值法[6-8]是一種多目標、多層次的決策方法。適用于多層次、多指標的評價系統(tǒng)。此方法原理簡單、概念清晰、易于計算，同時不需要確定隸屬函數(shù)等主觀性參數(shù)，從而使評價結果更具客觀性，通過實例驗證表明此方法是合理可行的。

灰色關聯(lián)法[9-11]主要是通過灰色關聯(lián)度序列描述不同因素評價對象的大小，此方法的基本思想是：比較系統(tǒng)各個不同因素間(或各系統(tǒng)行為間)的數(shù)據(jù)列(或指標列)的行為與發(fā)展趨勢，由此判斷彼此之間的相似或差異關系，評價對象所處的評定級別根據(jù)關聯(lián)度的大小次序來確定。對于包含多指標的評價問題，如果評價對象與目標最優(yōu)點的灰色關聯(lián)度越大，則表明評價對象與最優(yōu)點的距離越近。因此，在大型灌區(qū)運行狀況綜合評價時，可以將密切值法與灰色關聯(lián)法相結合，這樣既保存了密切值法客觀性好的優(yōu)點，又能合理利用灰色關聯(lián)法克服密切值在貧信息情況下的缺陷。本文將基于這種思想的方法稱為灰色關聯(lián)理論-密切值法。

2灰色關聯(lián)理論-密切值法的原理和步驟

密切值法是一種多目標、多層次的決策優(yōu)選方法[6]，而大型灌區(qū)評價是一種典型的多目標、多層次決策問題。密切值法的基本原理是：將所有決策方案指標值進行規(guī)范化處理后，找出決策方案的最優(yōu)點和最劣點的位置，然后計算出各方案距最優(yōu)點和最劣點的距離，最后計算密切值，來排序各決策方案的先后順序，即密切值越小，越優(yōu)，從而將多指標轉(zhuǎn)化為一個可以從總體上衡量其優(yōu)劣的綜合值來進行評價?；疑P聯(lián)理論-密切值解法的步驟如下：

1) 建立綜合評價的初始矩陣

設待評價指標為n個，其總指標數(shù)列為X1，X2，…Xn，設選取的待評價目標為m個，則有D1,D2,…Dm；連同n個評價指標的h級分級標準組成的矩陣D：

(1)

2) 建立無量綱規(guī)范化評價矩陣

把有量綱的初始矩陣通過數(shù)學方法轉(zhuǎn)換為以正負數(shù)表示的數(shù)學矩陣Z，令

(2)

式中，“+”表示正向指標；“-”表示逆向指標；Zij為指標序列的目標差值率；dij為第i個決策方案的第j個指標值；Ej為第j個指標的目標值。Ej為正向指標時，評價值越大，評價結果越好；Ej為逆向指標時，評價值越大，評價結果越差，由(2)式計算得到各元素Zij組成規(guī)范化矩陣Z：

(3)

3) 確定規(guī)范化評價矩陣Z的最優(yōu)點和最劣點

4) 評價對象與最優(yōu)點的灰色關聯(lián)系數(shù)

(4)

通過式(4)計算得到各個評價對象與最優(yōu)點之間的灰色關聯(lián)系數(shù)矩陣為：

(5)

5) 確定灰色關聯(lián)系數(shù)矩陣R的最優(yōu)點和最劣點

6) 確定第i個評價對象與最優(yōu)點和最劣點的歐式距離

(6)

式中，Wj為第j個指標的綜合權重值，通過主觀的G1法[12]和客觀的變異系數(shù)法[13]確定，然后通過博弈論法[14]將兩者綜合集成得到。

7) 確定各評價對象的密切值

(7)

(8)

3灰色關聯(lián)理論-密切值法在洛惠渠灌區(qū)的實例研究

基于灰色關聯(lián)理論-密切值法對洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年的綜合運行狀況進行評價，首先，確立的洛惠渠灌區(qū)評價指標體系包括工程性指標、管理性指標、節(jié)水與經(jīng)濟性指標及生態(tài)性指標4個一級指標，并將這4個一級指標進一步細化，劃分為24個二級指標，建立的無量綱規(guī)范化評價矩陣見表1、表2。

表1　洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年無量綱規(guī)范化評價矩陣

續(xù)表1

二級指標(指標層)Secondaryindex(indexlayer)200720082009201020112012灌區(qū)農(nóng)民人均純收入Percapitanetincomeoffarmersintheirriga-tionarea-0.3806-0.3234-0.1997-0.0726-0.01370.0497灌區(qū)收入支出比Revenueexpenditureproportionintheirriga-tionarea-0.2589-0.1744-0.1611-0.2389-0.1178-0.0389水費收入占總收入比例Wateraccountedforrevenueratio-0.3714-0.2571-0.1714-0.0857-0.0571-0.1000灌溉水質(zhì)達標率Irrigationwaterqualitysuccessrate-0.1333-0.1556-0.2111-0.2333-0.2611-0.2233地下水相對埋深Therelativedepthofgroundwater-1.5600-1.7300-1.2600-0.4300-0.6500-0.8700生態(tài)用水滿足率Ecologicalwatersatisfactionrate-0.1625-0.0875-0.05000.07500.03750.1375鹽堿化面積占有率Salinizationareashare-2.2000-1.7500-0.8500-0.5500-0.3000-0.0500灌區(qū)澇漬化面積占有率Irrigationdistrictwaterloggedareashare-1.4600-1.1200-0.8600-0.4800-0.34000.1200

表2　洛惠渠灌區(qū)4個分級標準無量綱規(guī)范化評價矩陣

通過基于灰色關聯(lián)理論-密切值法的模型計算，根據(jù)公式(4)～(8)得到洛惠渠灌區(qū)在2007—2012年和4個分級標準的最優(yōu)點和最劣點的歐式距離及密切值，如表3。

表4為灰色關聯(lián)理論-密切值法與可拓評價法評價結果對比。由表可以看出，灰色關聯(lián)理論-密切值法和可拓評價法評價結果在2007—2009年洛惠渠灌區(qū)運行狀況均為中等，2010—2012年運行狀況均為良好?；疑P聯(lián)理論-密切值法與可拓評價法得到的洛惠渠灌區(qū)運行狀況評價結果基本一致，隨著時間的推移洛惠渠灌區(qū)運行狀況越來越好，這符合洛惠渠灌區(qū)的實際情況，說明灰色關聯(lián)理論-密切值法在大型灌區(qū)評價中是可行的。

4結論

密切值越小，即越優(yōu)，由排序結果可知，洛惠渠灌區(qū)在2007—2009年運行狀況為中級，2010—2012年運行狀況為良級，而可拓評價法評價結果2007—2009年運行狀況為中等，2010—2012年運行狀況為良好，灰色關聯(lián)理論-密切值法與可拓評價法評價結果基本一致，說明灰色關聯(lián)理論-密切值法在灌區(qū)評價中是可行的，且該方法理解簡單、可靠性高。

所得結果同時也符合洛惠渠灌區(qū)的實際情況，即隨著時間的推移，洛惠渠灌區(qū)的運行情況越來越好。這是因為自1999年以來，政府相關部門持續(xù)地對灌區(qū)進行了節(jié)水與配套的改造，其中包括水源工程、輸水設施、基礎設施和配水系統(tǒng)等多方面，同時對灌區(qū)的運行管理制度也不斷加強，將現(xiàn)代化的信息技術投入管理之中，對灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的重視程度也逐漸提高，節(jié)水改造措施的投入實施使得灌溉水得到更充分地利用，這些綜合因素的影響，使得灌區(qū)的綜合運行狀況越來越好。

表3　洛惠渠灌區(qū)在不同年份和4個分級標準

表4　灰色關聯(lián)理論-密切值法與可拓評價法評價結果對比

參 考 文 獻：

[1]舒衛(wèi)萍,崔遠來.層次分析法在灌區(qū)綜合評價中的應用[J].中國農(nóng)村水利水電,2005,(6):109-111.

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[3]葉珍.基于AHP的模糊綜合評價方法研究及應用[D].廣州:華南理工大學,2010.

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Comprehensive evaluation on the operation condition of large irrigation

district based on the grey relation theory-osculating value method

FEI Liang-jun1, WANG Jin-hui1, WANG Guang-she2, FENG Chan-li2, WU Jin-hua1

(1.InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi'an,Shaanxi710048,China;

2.ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign,Xi'an,Shaanxi710001,China)

Abstract：The greater grey correlation between optimal point of evaluation objects and goals, the closer distance between them. When carrying out comprehensive evaluation on the operation condition of large irrigation district, grey relation method and osculating value method can be combined, both retaining good advantages in objectivity of the osculating value method and overcoming the defects of osculating value method under poor information condition through reasonable use of the grey relation method. A large-scale gravity canal Luohuiqu irrigation district in Shaanxi was then employed to validate the above hypothesis. The evaluation results showed that in years of 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 and 2012, the osculating values in Luohuiqu irrigation district were 5.1238, 4.7421, 3.8396, 3.0147, 2.4679, and 1.2868, and the levels of operation conditions were medium, medium, medium, good, good, and good, respectively. The evaluation results were basically in accordance with the extension evaluation method. With time going, the evaluation level in Luohuiqu irrigation district gradually became improved and the operation condition was enhanced, which also confirmed the objective reality and the law of development in this district. This method was simple in comprehension and high in reliability, providing a new approach in overall evaluation of operational status in large-scale irrigation area.

Keywords:large irrigation district; the operation condition; comprehensive evaluation; grey relation method; osculating value method

中圖分類號：S274.3

文獻標志碼：A

通信作者：王錦輝(1989—)，男，陜西岐山人，碩士研究生，研究方向為水資源評價與管理。E-mail:460033572@qq.com。

作者簡介：費良軍(1963—)，男，陜西藍田人，教授，博士生導師，主要從事節(jié)水灌溉和農(nóng)業(yè)水資源利用研究。 E-mail:feiliangjun2008@163.com。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51279157,51479161)；陜西省水利科技項目(2011-8)

收稿日期：2014-10-30

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.37

文章編號：1000-7601(2016)01-0242-05