改進的多目標多層次模糊評價法在灌區群節水改造效益綜合評價中的應用

孔 博

(沈陽市渾蒲灌區管理中心,遼寧 沈陽 110024)

當前,灌區節水改造后對區域灌溉效益評價的影響成為灌區水資源可持續發展研究的重點,國內對于灌區節水改造的效益評價研究較多[1- 5],但是對區域灌區群進行整體綜合評價的研究相對較少,近些年來,多目標多層次模糊評價方法由于可以考慮不同目標不同層次等級的指標評價,在許多目標評價領域中得到較為成熟的應用[6- 9],但是傳統多目標多層次模糊評價方法由于在指標權重設定時存在一定的主觀性,使得其在多目標評價中存在一定的局限。為此有學者對傳統多目標多層次模糊評價方法進行改進,對指標權重進行優屬度的計算,提高了傳統方法在目標評價的合理性。為此本文引入改進的多目標多層次模糊評價法對遼寧中部某灌區群進行節水改造的效益綜合評價。成果對于灌區群節水改造綜合評價提高參考。

1 改進多目標多層次模糊評價原理

改進的多目標多層次模糊評價方法對灌區群節水改造的各個評價指標進行模糊評價,模糊評價矩陣的表達式為：

Xm×n=(xij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(1)

式中，xij—各個灌區節水改造評價的特征指標值。

由于各個指標具有各異性,改進的多目標多層次模糊評價方法首先對各個評價指標進行特征排序,對不同指標進行隸屬度的賦值計算,按照隸屬度進行優化排序,評價指標特征值越大,其排序相對越高,該指標的隸屬度計算方程為：

(2)

對于特征值較小的指標,其對應的特征值越小,其排序反而越高,這種評價指標的隸屬度計算方程為：

(3)

相比于傳統方法,改進的多目標多層次模糊評價方法對各指標在隸屬度排序的基礎上,對各個指標的優屬度進行計算,各個灌區不同評價指標的優屬度計算方程為：

Rm×n=(rij)m×n

(4)

式中，R—不同評價指標的優屬度；m—灌區序號；n—評價指標的序號數。

結合各評價指標的優屬度,對區域灌區群各個評價指標進行模糊聚類分析,不同評價指標下灌區群評價模糊矩陣為：

UC×n=(uhj)c×n

(5)

模型需要滿足以下約束條件：

(6)

式中，U—模糊評價矩陣；uhj—各節水灌區不同評價指標的相對優屬度值,其中h=1,2,…c。

在模糊評價矩陣確定后,則可以對灌區群的目標函數進行不同目標不同層次的模糊綜合評價,評價矩陣方程為：

Sm×c=(sih)m×c

(7)

綜合考慮不同指標的各異性,對各評價指標進行權重控制計算,指標的權重計算方程為：

本文考慮到不同指標對模糊數學模型聚類的影響,引入各個指標的權向量進行控制計算,

w=(w1,w2,…wm)=(wi)

(8)

各權重需要滿足的約束條件為：

(9)

式中，ω—各個評價指標的權重。

在各個指標權重確定后,則可以對整個區域灌區群的節水改造效益進行綜合評價,綜合評價度的計算方程為：

(10)

式中，a—模型優化參數；P—目標控制參數。結合綜合評價度,可以建立區域灌區群節水改造效益目標的綜合評價方程：

F(u,s)=min(f1(u1,s),f2(u2,s),f3(u3,s)…fn(un,s)

(11)

式中，F(u,s)—區域整個灌區群的綜合評價度。

2 灌區群節水改造效益綜合評價

2.1 灌區群基本評價特征

本文以遼寧中部區域某灌區群為研究實例,該灌區群為遼寧中部主要的農業灌溉用水灌區,灌區內主要有六個灌區,各灌區渠系的長度在18.9～73.5km,節水改造率均在30%,各個灌區的主要評價特征見表1。本文結合該灌區的各個特征值,應用改進的多目標多層次模糊評價法對整個灌區群的節水灌溉效益進行綜合評價。

2.2 各評價指標權重值設定

本文主要選取6個評價指標對灌區群的節水改造綜合效益進行評價,選取的6個評價指標的權重設定值見表2。

表1 區域內各個灌區的主要評價特征指標

表2 各個評價指標的權重設定值

本文選取的評價的6個評價指標分別為灌區用水保證率、灌區用水效率、灌溉節水改造比例、灌溉農作物生產提高比例、灌溉農作物用水提高比例、灌溉面積增長比例,從表2中可以看出,各個評價指標的權重值設定不同,這主要和區域灌區節水改造后的實際效益有關,本文對各個指標權重的設定均通過對實地進行調查,并結合專家咨詢的方式,進行合理設定。

2.3 各評價指標優屬度設定

在不同指標權重的設定的基礎上,對各個灌區不同評價指標的優屬度進行了計算,計算結果見表3。

表3 各灌區不同評價指標的優屬度計算結果

從表3中可以看出,各灌區不同指標的優屬度不同。從1#灌區可以看出,其優屬度在0.3245～0.6291,該灌區的灌溉農作物用水提高比例指標的優屬度最高,而在2#灌區,各指標優屬度在0.4195～0.8453之間,該灌區用水保證率指標的優屬度最高。在3#灌區,其指標優屬度在0.5672～0.9147之間,該灌區的農作物生產提高比例指標的優屬度最高。在4#灌區各指標優屬度在0.4872～0.8431之間,在各指標中灌區用水保證率優屬度最高。5#灌區各指標的優屬度在0.3245～0.6843之間,該灌區的農作物生產提高比例指標的優屬度最高。

2.4 各評價指標特征值的設定

在各個指標優屬度確定的基礎上,對各灌區不同評價指標的特征值進行了計算,計算結果見表4。

表4 不同評價指標的特征值計算結果

2.5 不同算法下灌區群節水改造效益評價結果

表5 改進算法下灌區群節水改造效益綜合評價結果

表6 傳統算法下灌區群節水改造效益綜合評價結果

由表5和表6中可知,改進算法下不同層級下各灌區的綜合評價度在0.3706～0.6066之間,整體綜合評價度在0.5065,從整體評價度可以看出,研究灌區群的節水改造效益綜合評價為良好,而傳統算法下不同層次下各灌區的綜合評價度在0.1996～0.3276之間,且不同層次各灌區的節水改造效益綜合評價度均小于改進算法,在傳統算法下灌區群的整體綜合評價度為0.2654,經評價灌區群的節水改造效益為中等偏小。通過對實地考察發現,區域各灌區的節水改造率在32.5%～75.3%之間,節水改造率在30%以上,灌區的總體節水綜合效益逐步體現,改進算法下區域灌區群的節水改造效益綜合評價結果和實際較為吻合。

3 結語

本文引入改進的多目標多層次模糊評價方法對灌區群進行節水改造效益的綜合整體評價,綜合評價得出：(1)改進算法引入優屬度對各指標進行隸屬度進行優化排序,改進傳統算法指標特征排序主觀的局限,可在其他區域目標評價中進行推廣和應用；(2)改進算法在區域灌區群節水改造效益綜合評價度均高于傳統算法,整體評價結果好于傳統算法,和灌區群實際情況更為吻合,可用于灌區群節水改造的效益綜合評價分析。

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