基于理想點法模型的遼陽縣農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價

李 鵬

(遼陽縣水利事務(wù)服務(wù)中心劉二堡站， 遼寧 遼陽 111200)

0 引 言

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力布局與降雨時空變異、水資源時空分布等呈現(xiàn)出明顯的不協(xié)調(diào)性特征，農(nóng)田水利設(shè)施為促進我國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障，做好農(nóng)田水利工程建設(shè)工作對改善人們生活水平、促進當(dāng)?shù)丶Z食增產(chǎn)、推進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營及增強區(qū)域農(nóng)業(yè)抗旱能力等具有重要作用。21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口數(shù)量的顯著增大、城鎮(zhèn)化及工業(yè)化的加快，特別是生活城市化、農(nóng)業(yè)和非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展加劇了人類活動與生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)競爭用水之間的矛盾，農(nóng)田水利不僅要解決水質(zhì)性、管理性、水源性及工程性缺水問題，而且還要滿足傳統(tǒng)的防洪抗旱、灌溉排水等要求。然而，由于農(nóng)田水利存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、運行機制和管理實施不完善等問題，嚴(yán)重制約著農(nóng)田水利的可持續(xù)運行和工程效應(yīng)的發(fā)揮，所以有必要研究探索農(nóng)田水利的建設(shè)與管理綜合水平[1-5]。

遼陽縣農(nóng)田水利建設(shè)與管理的快速發(fā)展，使得在實際推進過程中面臨著一系列的挑戰(zhàn)。根據(jù)實地考察與查閱有關(guān)資料，遼陽縣出臺了促進農(nóng)田水利建設(shè)與管理機制，明確提出了要促進建設(shè)與管理工作的持續(xù)有效進行。經(jīng)過多年的努力和發(fā)展，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利的灌溉排水并未取得的明顯成效，水利設(shè)施的年年建設(shè)并沒有增大能夠良好運轉(zhuǎn)的工程數(shù)量，也并沒有減少有人用無人管的現(xiàn)象，部分年份和局部地區(qū)的灌溉水保證率與有效利用系數(shù)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(chǔ)設(shè)施存在后續(xù)維護保障能力不足、建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低、建設(shè)規(guī)模小和相關(guān)配套設(shè)施差等問題。所以，遼陽縣當(dāng)前的農(nóng)田水利仍難以滿足工程實踐、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求[6-9]。鑒于此，本文從水質(zhì)自凈、降澤、抗旱、排澇和防洪等方面綜合評價了當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利設(shè)施的狀態(tài)。

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(biāo)、多目標(biāo)決策分析法，其本質(zhì)是依據(jù)理想化目標(biāo)與有限個評價對象間的貼近程度，科學(xué)排序相關(guān)指標(biāo)的功能作用或優(yōu)劣程度，具有應(yīng)用靈活、計算結(jié)果科學(xué)和分析簡便等優(yōu)點。所以，在農(nóng)田水利設(shè)施評價中該模型的應(yīng)用較為廣泛，在實踐應(yīng)用中其評價原理如下：

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

2) 科學(xué)評價評價目標(biāo)變量的優(yōu)、劣程度，最優(yōu)結(jié)果為距離最劣解最遠且離最優(yōu)解最近的對象；反之，則為績效評價的最劣解，即評價結(jié)果距離最優(yōu)解最遠且距離最劣解最近。

3) 各評價指標(biāo)的最優(yōu)、最劣值即為最優(yōu)和最劣評價結(jié)果。

1.2 模型構(gòu)建流程

步驟一：建立決策矩陣。根據(jù)相關(guān)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(biāo)決策集和多指標(biāo)集，關(guān)于指標(biāo)Ci=(C1,C2,…,Ci)決策方案M=(M1,M2,…,Mm)的參數(shù)值為Xij，其中i=1,2…,n；j=i=1,2…,m。從而構(gòu)建多目標(biāo)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(biāo)的量綱存在差異無法直接用于最終決策的計算，為提高數(shù)據(jù)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(gòu)建加權(quán)決策矩陣。TOPSIS模型的加權(quán)決策矩陣根據(jù)各指標(biāo)權(quán)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(quán)法確定權(quán)重。信息熵反映了TOPSIS模型中樣本數(shù)據(jù)的相對變化速率，所以信息熵的大小代表了指標(biāo)信息在系統(tǒng)中的無序程度，利用該理論計算指標(biāo)權(quán)重。采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的主要依據(jù)為各參數(shù)構(gòu)成的判斷矩陣，信息量越大則該參數(shù)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(quán)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(quán)值就越小。對各指標(biāo)權(quán)重利用熵值法計算時應(yīng)盡可能的降低主觀性影響，從而提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性。其計算公式如下：

(4)

式中：H、n為評價指標(biāo)熵和參評指標(biāo)數(shù)量；Wj為各指標(biāo)權(quán)重。

步驟六：計算歐式距離。對最優(yōu)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(yōu)、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(jù)待評價對象的貼近程度值Ci的大小對農(nóng)田水利設(shè)施進行優(yōu)劣排序，Ci值越大則表示決策樣本方案與最優(yōu)方案的貼近程度越高，水利設(shè)施的保障能力越強；反之，則表示與最優(yōu)方案的貼近程度越低，水利設(shè)施的保障能力越差，計算方法為：

(6)

2 農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價

2.1 灌區(qū)概況

遼陽縣境內(nèi)的小型灌區(qū)大多建設(shè)于1950-1960年，灌區(qū)內(nèi)主干工程經(jīng)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(shù)落后、輸水損失大等問題，水利設(shè)施完好率不足60%，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和灌區(qū)灌溉的正常運行，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)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(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉效率地下，不僅增加了農(nóng)民的農(nóng)田灌溉和水利管理難度，而且嚴(yán)重影響著灌區(qū)的正常運行。另外，雖然灌區(qū)內(nèi)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(jié)水灌溉、渠系防滲、灌溉輸水等續(xù)建配套節(jié)水改造工程。

為適應(yīng)新階段的農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展要求，進一步提升優(yōu)質(zhì)水稻的總體生產(chǎn)水平，推動農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的普及與深入發(fā)展，遼陽縣相關(guān)部門將亟待解決改造的末級渠系以及在灌區(qū)發(fā)揮關(guān)鍵作用的項目列入改造范圍，重點對灌區(qū)配套不全的斗、農(nóng)渠閘涵進行更新改造。因此，本文從水質(zhì)自凈、降澤、抗旱、排澇和防洪等方面綜合評價了當(dāng)?shù)?個小型灌區(qū)的農(nóng)田水利設(shè)施的運行狀態(tài)。

2.2 評價流程

根據(jù)以上TOPSIS模型基本流程計算方法，科學(xué)評價遼陽縣5個小型灌區(qū)的水利設(shè)施。運用信息熵理論計算確定水質(zhì)凈化、降澤、抗旱、排澇、防洪指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合專家意見和相關(guān)文獻資料綜合評價了各灌區(qū)的水利設(shè)施保障能力，如表1所示。

表1 基于專家評分法的農(nóng)田水利設(shè)施評分

對遼陽縣農(nóng)田水利設(shè)施綜合保障能力采用TOPSIS模型和以上數(shù)據(jù)指標(biāo)進行評價，主要流程如下：

1) 構(gòu)造決策矩陣。各評價指標(biāo)的初始數(shù)值因存在較大差異，因此需采用無量綱化公式對各參數(shù)值作統(tǒng)一處理，從而得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，如表2所示。

表2 農(nóng)田水利各評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

3) 根據(jù)最劣和最優(yōu)向量的具體內(nèi)涵，按照各評價指標(biāo)數(shù)值構(gòu)造向量如下：

最優(yōu)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(yōu)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(yōu)、最劣方案進行歐式距離計算，結(jié)果如下：

最優(yōu)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(jù)貼近程度值Ci的大小對農(nóng)田水利設(shè)施進行優(yōu)劣排序，Ci值越大則表示水利設(shè)施的保障能力越強；反之，則表示與最優(yōu)方案的貼近程度越低，水利設(shè)施的保障能力越差，其結(jié)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(zhì)、降漬、抗旱、排澇和防洪能力等指標(biāo)，對遼陽縣5個小型灌區(qū)水利設(shè)施進行綜合排序，結(jié)果如表3所示。

表3 農(nóng)田水利設(shè)施評價結(jié)果

根據(jù)表3可知，在水質(zhì)凈化、降漬、抗旱、排澇、防洪等方面綜合保障能力較強的農(nóng)田水利設(shè)施位于3#灌區(qū)，其最優(yōu)貼近程度為61.5%；其他4個灌區(qū)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(qū)，所對應(yīng)的最優(yōu)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(qū)的水利設(shè)施綜合評價結(jié)果分別為3#>5#>4#>2#>1#。

研究表明，不同農(nóng)田水利的建設(shè)狀況在遼陽縣各地區(qū)存在較大差異，這主要與灌區(qū)水利施工技術(shù)、建設(shè)資金等因素相關(guān)。農(nóng)田水利建設(shè)的評價過程復(fù)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(shè)狀況，對于促進灌區(qū)持續(xù)發(fā)展具有重要作用。管理情況和水利設(shè)施運行狀況為制約農(nóng)業(yè)水利設(shè)施持續(xù)健康運行的關(guān)鍵因素，若能夠加大續(xù)建配套和田間節(jié)水改造力度，最大限度的提升灌區(qū)水利用系數(shù)和灌溉面積，將顯著提升水利設(shè)施效益評價各參數(shù)值和綜合評價值。

3 結(jié) 論

在處理多因素、多目標(biāo)綜合復(fù)雜問題時TOPSIS模型具有較強的實用性與科學(xué)性，運用TOPSIS模型對遼陽縣5個灌區(qū)的農(nóng)田水利設(shè)施進行評價。結(jié)果顯示，在水質(zhì)凈化、降漬、抗旱、排澇、防洪等方面不同罐區(qū)的水利設(shè)施保障能力存在較大差異。因此，應(yīng)結(jié)合不同地區(qū)的水利特征、分布特點加強建設(shè)與管理。近年來，遼陽縣開展了一系列的節(jié)水灌溉、引提水工程，在顯著增大工程裝機量和農(nóng)業(yè)灌溉能力的同時，大大提高了灌區(qū)的防洪能力和有效灌溉面積，從本質(zhì)上改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展環(huán)境和生產(chǎn)技術(shù)水平，為增加農(nóng)民收入和促進當(dāng)?shù)匕l(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)。