基于模糊綜合評價法的精河流域上游灌區(qū)效益評價分析

雪新麗

（新疆雙河勘測設(shè)計有限公司，新疆博樂 833400）

灌區(qū)是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是保障糧食安全的重要基地，近年來國家對灌區(qū)改造投入大量資金，解決了灌區(qū)工程老化病險問題，改善了灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，整體提高灌區(qū)水資源利用效率和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，為鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、生態(tài)建設(shè)提供有力水利支撐。水利部提出“十四五”期間以推動節(jié)水灌區(qū)、生態(tài)灌區(qū)建設(shè)為主，努力打造“節(jié)水高效、設(shè)施完善、管理科學(xué)、生態(tài)良好”的現(xiàn)代化灌區(qū)。因此，準(zhǔn)確評價灌區(qū)綜合效益是實現(xiàn)灌區(qū)良性運行和可持續(xù)發(fā)展的重要手段，需因地制宜的制定一套合理的灌區(qū)綜合效益評價指標(biāo)體系。

目前灌區(qū)綜合效益評價的方法較多，如灰色關(guān)聯(lián)度法、模糊數(shù)學(xué)理論、改進(jìn)的密切值法等方法[1-3]，從經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、環(huán)境等方面對灌區(qū)效益進(jìn)行分析評價。本文以精河流域上游灌區(qū)為例，在灌區(qū)近五年的社會經(jīng)濟(jì)及用水效益等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用模糊綜合評價法對灌區(qū)效益進(jìn)行評價。評價結(jié)果可為灌區(qū)的管理規(guī)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(shù)學(xué)的理論對評價對象進(jìn)行客觀公正的評價，其原理是首先建立評價指標(biāo)體系，構(gòu)建模糊矩陣，其次確定各指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)而根據(jù)多層復(fù)合運算確定評價等級。模糊綜合評價法應(yīng)用諸多領(lǐng)域，如房地產(chǎn)項目、水質(zhì)評價、多目標(biāo)優(yōu)先級評定等，本次利用模糊綜合評價法對灌區(qū)效益進(jìn)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(jié)果數(shù)，一般劃分為3-5個等級。

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

（4）進(jìn)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(jìn)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(jù)評價指標(biāo)的數(shù)值大小與各指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，如某一指標(biāo)數(shù)值落在該指標(biāo)對應(yīng)分級標(biāo)準(zhǔn)I級和Ⅱ級區(qū)間內(nèi)，則其隸屬度函數(shù)為（x，1-x，0，0，0），根據(jù)該指標(biāo)距離Ⅰ級和Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)近確定隸屬度，距離I級標(biāo)準(zhǔn)越近，則落在I級的隸屬度x越大，具體步驟詳見文獻(xiàn)[5]。

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

2 實例應(yīng)用

2.1 灌區(qū)概況

精河流域上游灌區(qū)位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內(nèi)，地處天山北麓，準(zhǔn)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(qū)東西寬21公里，南北長22公里。灌區(qū)總播種面積19.22萬畝，其中糧食作物面積0.6萬畝，單產(chǎn)350kg/畝。棉花面積16.19萬畝，籽棉單產(chǎn)300 kg/畝。油料作物面積0.23萬畝，油料作物單產(chǎn)180 kg/畝。其他作物面積2.2萬畝。

2.2 指標(biāo)體系的建立

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

圖1 灌區(qū)效益評價的指標(biāo)體系

表1 精河流域上游灌區(qū)不同年份各指標(biāo)體系表

2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)與等級

目前灌區(qū)效益評價標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，參考《灌區(qū)規(guī)劃規(guī)范》《大中型灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化管理指導(dǎo)意見》及多省份《灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化管理實施細(xì)則》等相關(guān)成果規(guī)定的灌區(qū)建設(shè)目標(biāo)、效益目標(biāo)，確定精河上游灌區(qū)效益評價指標(biāo)等級，為Ⅰ-Ⅴ級，表示灌區(qū)綜合效益低、較低、中等、較高、高。各指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

2.4 評價模型的建立

以2012年為例，根據(jù)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(qū)各指標(biāo)相對于分級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度矩陣R。根據(jù)層次分析法得到各指標(biāo)的權(quán)重A。

表2 灌區(qū)效益評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)

本次將各影響因素的評價等級加權(quán)平均來確定灌區(qū)效益的綜合評價結(jié)果E。

即

據(jù)此可得到2012年精河上游灌區(qū)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(qū)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(qū)效益綜合評價值，詳見表3。

表3 不同年份精河上游灌區(qū)效益綜合評價值

2.5 結(jié)果分析

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

近年來，隨著水利工程的大力發(fā)展，節(jié)水灌溉水平不斷提高，渠道防滲技術(shù)不斷加強(qiáng)，精河流域上游灌區(qū)效益總體逐年上升。同時可發(fā)現(xiàn)制約精河上游灌區(qū)發(fā)展的不利因素，如灌區(qū)地下水開采強(qiáng)度較高，五年平均開采率為72.5%，處于低效益區(qū)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(qū)間。人均GDP較低，五年均值為4.34萬元/人，處于較低效益區(qū)間。因此，可采取大力發(fā)展節(jié)水灌溉、節(jié)約用水、減少地下水的開采、提高水資源重復(fù)利用率及降低萬元GDP用水量等措施提高灌區(qū)綜合效益。

3 結(jié)語

本文以灌區(qū)效益為研究對象，提出經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益為三個子目標(biāo)，各目標(biāo)下設(shè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，建立了灌區(qū)效益的評價指標(biāo)體系，利用模糊綜合評價法，確定灌區(qū)效益的評價指標(biāo)體系與分級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建灌區(qū)效益指標(biāo)數(shù)理模型，以精河流域上游灌區(qū)為例，對2012-2016年灌區(qū)效益進(jìn)行分析評價，得到的評價結(jié)果與實際相符。此外，根據(jù)權(quán)重分析結(jié)果，生態(tài)效益對灌區(qū)影響較大，減少地下水開采，保護(hù)地下水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是提高灌區(qū)的綜合效益及灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。