北屯灌區(qū)節(jié)水改造項目綜合效益評價分析

余 航

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

2018年，新疆自治區(qū)GDP總量約為1.15萬億元，在全國排名第26，其中第一產(chǎn)業(yè)所占比重為16.5%左右，遠高于全國平均水平(7.6%)，且全區(qū)有一半人口生活在農(nóng)村地區(qū)。由此可知，第一產(chǎn)業(yè)對新疆自治區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定極其重要。發(fā)展節(jié)水灌溉是保證全區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、解決區(qū)內(nèi)用水矛盾的有效途徑，但前期必須對節(jié)水灌溉項目綜合效益進行評價，只有該指標滿足要求后才能順利實施。

1 項目區(qū)概況

北屯灌區(qū)位于新疆阿勒泰地區(qū)福?？h境內(nèi)，目前灌區(qū)總?cè)丝?.1萬人，共包括5個農(nóng)牧團場和農(nóng)十師，灌區(qū)現(xiàn)有耕地2.06×104hm2。北屯灌區(qū)屬于典型大陸性氣候，干旱少雨且蒸發(fā)量大，目前灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水量達5.45×108m3/a，每年存在灌溉用水缺口320×104m3，30%耕地為傳統(tǒng)漫灌。為解決用水缺口問題，相關(guān)部門從2012年開始逐步對北屯灌區(qū)部分漫灌耕地(涉及面積0.28×104hm2)進行了節(jié)水改造，本文對該節(jié)水灌溉改造項目綜合效益進行評價。

2 綜合效益評價體系的建立

2.1 評價指標及分級標準確定

綜合效益評級體系建立應遵循以下幾個原則：①全面、簡明、有效；②定性與定量相結(jié)合；③具有可比性、通用性、互補性；④動態(tài)和靜態(tài)相結(jié)合[1]。

為了評價北屯灌區(qū)節(jié)水灌溉改造項目的綜合效益，共建立1個一級指標、7個二級指標、29個三級指標，具體見表1。本項目對定量指標的評估標準共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5個等級(Ⅰ級最高)；對定性指標劃分為促進(100～90)、較促進(90～70)、低促進(70～50)、較差(50～30)、差(30～0)[2]。

表1 北屯灌區(qū)節(jié)水灌溉改造項目綜合效益評價指標體系

2.2 評價指標權(quán)重的確定

由于評價指標較多，為了確定各個指標對綜合效益影響的重要度，需要確定各指標的權(quán)重。目前，常用的計算方法包括結(jié)構(gòu)熵權(quán)法、熵權(quán)法、博弈論，為保證結(jié)果的準確性，本文采用以上3種方法共同計算指標權(quán)重[3]。

2.2.1 結(jié)構(gòu)熵權(quán)法

結(jié)構(gòu)熵權(quán)法結(jié)合主觀和客觀權(quán)重，綜合Delphi調(diào)查法和模糊分析法，形成典型排序，有效避免了數(shù)據(jù)的不確定性。該方法計算指標權(quán)重值wj公式見式(1)[4]：

(1)

式中：yj為總體認識度。

2.2.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是根據(jù)各項指標信息來構(gòu)建矩陣，通過特定算法求出特征比重，根據(jù)熵值判斷信息離散程度，離散度越小，說明其有效性越大。該方法計算指標權(quán)重值wj公式見式(2)。

(2)

式中：Si為第i項熵值；m為總指標個數(shù)。

2.2.3 博弈論

博弈論結(jié)合以上兩種方法，采用MATLAB軟件將其優(yōu)化后得到綜合權(quán)重，使最優(yōu)權(quán)重和各個權(quán)重偏差盡量減小，尋找一致和妥協(xié)，使結(jié)果最合理化。該方法計算指標綜合權(quán)重值w*公式見式(3)[5]：

(3)

(4)

通過結(jié)合以上3種方法，得出北屯灌區(qū)節(jié)水改造項目不同指標權(quán)重對比圖(圖1)。由圖1可知，社會風氣好轉(zhuǎn)程度C6、促進經(jīng)濟發(fā)展C7、經(jīng)濟內(nèi)部收益率C9、畝產(chǎn)節(jié)水率C17綜合權(quán)重位居前四，均超過0.05。

3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合效益評價分析

以北屯灌區(qū)各項指標權(quán)重數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為保證評價結(jié)果的準確性，本文分別利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對其綜合效益進行評價分析。

3.1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的節(jié)水灌溉改造綜合效益評價

3.1.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理和計算步驟

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應用最廣泛的反向傳播神經(jīng)算法，可以通過正反向傳輸而不斷修改神經(jīng)元權(quán)值來降低誤差，由于是系統(tǒng)自動學習修改的，避免人為因素影響。計算步驟大致如下：①初始化，將各個指標權(quán)重值整理并輸入；②隨意選取一個指標輸入系統(tǒng)進行模擬訓練，直到誤差達到標準(0.000 1)，在調(diào)整權(quán)重時避免調(diào)節(jié)位居前列的指標；③將各指標權(quán)重輸入系統(tǒng)，得出最終的評價結(jié)果[6]。

3.1.2 評價結(jié)果分析

以2013-2017年節(jié)水灌溉改造項目區(qū)的數(shù)據(jù)為標準，通過BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)法分析得出其綜合效益，見圖2。其中，2013、2014兩年綜合效益等級為Ⅲ級，2015、2016、2017三年綜合效益等級為Ⅱ級。項目區(qū)于2015年徹底完成0.28×104hm2農(nóng)田的節(jié)水灌溉改造，這是綜合效益等級提升的根本原因。

3.2 基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的節(jié)水灌溉改造綜合效益評價

3.2.1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

根據(jù)研究內(nèi)容，本項目選用連續(xù)性小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過小波元代替神經(jīng)元。其計算步驟大致分為：訓練→仿真→測試，本質(zhì)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一致。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有以下幾個優(yōu)點：①學習能力強，收斂速度更快；②存在尺度、平移兩個參數(shù)因子，更有利于有效信息的提?。虎垭[含節(jié)點數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單。

3.2.2 評價結(jié)果分析

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)同BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最終分析綜合效益見圖3。與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價結(jié)果相比，2013年綜合效益等級處于Ⅲ級和Ⅳ級之間，2017年處于Ⅰ級和Ⅱ級之間，其余年份一致，基本上兩種方法評價結(jié)果相符合。因此，最終確定2013-2017年北屯高效節(jié)水灌溉改造項目綜合效益等級為：Ⅲ級、Ⅲ級、Ⅱ級、Ⅱ級、Ⅱ級。

圖3 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價結(jié)果

4 結(jié) 語

通過建立和分析評價指標體系，得出北屯灌區(qū)節(jié)水灌溉改造項目對當?shù)厣鐣L氣好轉(zhuǎn)、促進經(jīng)濟發(fā)展、內(nèi)部收益、畝產(chǎn)節(jié)水率等均有較大影響。通過兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法評價，得出2013-2017年改造項目的綜合效益等級由Ⅲ級提升至Ⅱ級，節(jié)水改造效益顯著。由此可知，在第一產(chǎn)業(yè)所占比重較大地區(qū)，積極推進高效節(jié)水項目對于提升區(qū)域經(jīng)濟、穩(wěn)定社會關(guān)系等均有重要作用。