基于AHP評價渠道輸水性能因素權重確定

郭 剛

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211）

基于AHP評價渠道輸水性能因素權重確定

郭 剛

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211）

文章通過AHP層析分析法，結合灌區具體干渠運行情況，對影響渠道輸水性能的四個指標進行了分析評價。利用Matlab7.0計算軟件分析得出：渠道糙率的權重為0.1089，滲透系數的權重為0.4405，渠道流量的權重為0.3703，環境影響的權重為0.0803。通過評價結果可以確定滲透系數和渠道流量對輸水性能的影響比較明顯，在今后的渠道運行管理工作中，可以加強渠道的防滲處理工作，減低糙率，同時按照設計流量行水，確保渠道安全穩定和提高水資源利用率，以此，不斷推進灌區節水事業深入發展。

AHP；輸水性能；分析評價；權重系數

渠道輸水能力對灌區的經濟效益有直接的影響，渠道輸水性能越好，說明灌區渠道滲漏損失越小，越節約灌溉用水，水資源利用率越高。目前，反映灌區渠道輸水性能高低最直接的參數就是渠系水利用系數，系數越高，輸水性能越好。由于渠系水利用系數的測定過程比較繁瑣，不僅測定方法工作量大，而且測定時間、頻次也較多，相當浪費時間。近幾年，有人對渠道輸水性能進行了大量研究，徐詩涵等［1-2］通過運用模糊評價的方法對響水灌區4條干渠輸水性能進行了評價，渠道防滲處理作為降低渠道輸水損失最為重要的措施應予以重視。本文通過結合昌馬灌區南干支渠渠道利用效率和灌溉水利用現狀，利用AHP層析分析法，建立具有安全性和渠系水利用率兩個評價指標的評價體系，并分析其影響因子所占的權重系數。最終，利用其分析結果了解影響灌區渠道輸水能力的主要因子，找出相應的解決措施，進一步提高該因子所占的權重，以此加強渠道的輸水能力，節約水資源，并為灌區發展節水農業奠定堅實理論基礎。

1 層析分析法（AHP）

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是一種將定性問題進行定量分析較實用的多準則、多目標的決策方法［3-6］，該方法將復雜的、主觀的問題進行量化，用數量的方式表達和處理，把將要分析的問題分解為若干層次和若干因素，并且在各因素之間進行簡單的比較和計算，利用模型計算每一層次相對重要性權重并加以排序，最后根據排序結果進行決策和確定選擇解決問題的措施。

2 層析分析法確定權重及建立評價指標體系

2.1 渠道輸水性能評價指標體系

渠道輸水性能評價的主要目的在于評判渠道的安全性和利用率，在對渠道整體輸水性能評價時需先對每個影響因子進行分析并確定自身評價結果，通過分析影響輸水性能的各項因子，利用層析分析法確定各個因素的相對重要性權重，進而得出輸水性能整體評價結果。

層析分析法主要有3層，即目標層、準則層和方案層。渠道輸水性能評價主要分為確定輸水性能影響因子權重和分析整體輸水性能，準則層主要包括安全性和利用率兩個判斷矩陣，評價對象層有渠道糙率、滲透系數、渠道流量和環境影響，在確定判斷矩陣時，根據每個指標評分等級計分，確定具體單個因子的權重值，最后，進行權重組合確定綜合權重。用層次分析法確定的各個權重因子構造遞階層次關系如圖1所示。

2.2 層次兩兩比較判斷矩陣

層次遞階結構模型建立之后，按照1～9標度法定義各個標度見表1。

圖1 渠道輸水性能各個因子權重遞階層次結構圖

表1 判斷矩陣標度及定義

假設對象評價層有 n個對象 x=｛x1，x2，x3，x4，…，xn｝對目標層的權重，每一次使用評價對象中的兩個因子進行相互比較，也就是說，aij表示xi和xj所在準則層中的影響之比，然后將對比結果按照矩陣標度為評價指標體系，確定判斷矩陣為A：

2.3 單一指標權重計算

對于判斷矩陣A=｛aij｝，應該滿足以下兩個條件（1）正互反性： aij＞0； aij=1aji； aii=1； （2）一致性： aij·ajk=aik， i； j； k=1， 2， …n； 滿足上面條件的就是一致性判斷矩陣［3-4］。然后，采用方根法計算評價指標權重，并求得判斷矩陣歸一化特征向量和最大特征值，具體計算公式如下：

在判斷矩陣特征向量和最大特征值求出之后，需要對權重合理性進行一致性檢驗，一致性檢驗采用的指標為為一般一致性指標，RI為平均隨機一致性指標，一般而言，對于低階判斷矩陣（階數n≦15），其平均隨機一致性指標可以查表2得到［7-8］。當 CR=0時，A具有完全一致性；當CR＜0.1時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性。

表2 平均隨機一致性指標R I值

2.4 目標綜合權重計算

在單一準則條件下目標權重確定之后，將上層權重數與對應本層各元素的權重數進行加權和，所得該層元素在總目標當中的組合權重，即渠道輸水性能在安全性指標與利用率指標下的綜合權重為wi

3 昌馬灌區支干渠輸水性能評價

3.1 建立遞階層次評價指標體系，構建兩兩判斷矩陣

根據以上方法和確定原則，以南干渠一分干渠作為評價對象，結合近年來渠道運行工況現狀值，利用專家和管理人員自上而下對渠道輸水性能各層指標進行兩兩比較，最終確定量化之后的判斷矩陣。首先根據安全性和渠道利用率進行評分，結合標度建立兩兩判斷矩陣A見表3。

表3 一級準則層判斷矩陣A

一級準則層判斷矩陣建立之后，進一步建立二級評價指標判斷矩陣，根據專家和管理維護人員評分結果，對安全性指標B1建立判斷矩陣見表4。

表4 二級安全性判斷矩陣B1

根據建立的遞階層次評價體系，綜合考慮各個因子對渠道利用率高低的影響，建立利用率評價指標的判斷矩陣 B2見表5。矩陣一致性要求需要對判斷矩陣特征解進行單層次一致性檢驗，以確定建立的判斷矩陣是否符合層次分析法確定權重的合理性要求。

表5 二級利用率判斷矩陣B2

3.2 計算各層指標權重并做一致性檢驗

按照層次分析法確定因素權重的的方法，建立一級準則層判斷矩陣A并計算特征向量和最大特征值，并求得渠道輸水性能安全指標和渠道利用率指標的權重。

所以，渠道輸水性能評價安全性指標和利用率指標在整體評價中占的權重因子為A=［w1w2］=［0.83 0.17］。在考慮各個因子對安全性和利用率影響權重時，由于評價對象的個數為4，故建立的安全性判斷矩陣和利用率判斷矩陣都是4階矩陣，利用數學軟件Matlab7.0計算得到各因子權重值，見表6。

表6 渠道輸水性能各指標權重系數

經過計算安全性和利用率準則判斷矩陣B1和B2的最大特征值分別為 λmax1=4和 λmax2=4.14，一致性指標檢驗，查一致性指標RI=0.89，則一致性指標檢驗 CR=CI2/RI=0.053＜0.1，符合單層次一致性要求。

3.3目標綜合權重計算

渠道輸水性能各個影響因子在準則層中所占的權重確定之后，計算得各因子渠道輸水性能中綜合權重見表7。說明判斷矩陣B1符合完全一致性要求；判斷矩陣 B2：cI2=

表7 渠道輸水性能各指標綜合權重系數

通過分析計算，發現反映渠道輸水性能高低的幾個影響因子所起的作用各不相同，其中：渠道糙率的權重為0.1089，滲透系數的權重為 0.4405，渠道流量的權重為0.3703，環境影響的權重為0.0803。

4 結論

安全性和水資源利用率指標作為評價渠道輸水能力的重要指標，必須在建設過程和運行管理中重視起來。本文通過結合灌區干渠運行情況，重點對影響南干渠一分干渠輸水性能的各個因子進行了AHP層析分析法權重確定。通過研究表明，渠道滲透系數和渠道流量對南干渠一分干渠道輸水性能的影響比較明顯，分別為0.4405和0.3703。后期，為了更好的提高一分干渠的輸水性能，管理人員不斷加強了部分渠道防滲處理，以及嚴格按照渠道設計流量行水，目前，渠道輸水性能良好，安全穩定運行。同時，可以把評價結果作為今后開展灌區管理和維護的依據，從最科學的角度，分清楚輕重緩急，降低主要影響因素對輸水性能的不穩定影響。

［1］徐詩涵，劉東，包音濤濤.響水灌區渠道輸水能力模糊綜合評價［J］.節水灌溉，2014（01）：69-71+75. ［2］張風翔.基于改進AHP方法的沂沭泗地區水環境安全評價［J］.水利規劃與設計，2013（02）：27-29.

［3］梁政，董超群，田家林，等.基于層次分析法壓縮機整體評價部件權重確定［J］.西南石油大學學報，2013（04）：1-7.

［4］姜英慧.基于分形理論的區域水文要素時空變異特征分析研究［J］.水利規劃與設計，2017（01）：64-66+73.

［5］洪志國，李焱，范植華，等.層次分析法中高階平均隨機一致性指標（RI）的計算［J］.計算機工程與應用，2002（12）：45-47，150.

［6］何松.基于層次分析法的松樹溝小流域水土保持效益評價［J］.水利規劃與設計，2016（10）：132-135.

［7］陳劍紅.層次分析法在移民安置后評價中的應用［J］.水利技術監督，2007（04）：44-45+47.

［8］朱建軍，王夢光，劉士新.AHP判斷矩陣一致性改進的若干問題研究［J］.系統工程理論與實踐，2007（01）：18-22.

［9］董桂華.基于單因子分析法的河流地表水質監測與評價［J］.水利技術監督，2016（4）：5-7+18.

［10］曾建權.層次分析法在確定企業家評價指標權重中的應用［J］.南京理工大學學報，2004，28（01）：99-104.

TV672

A

1672-2469（2017）10-0105-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.029

2017-04-02

郭 剛（1968年-）男，工程師。