ANP-Fuzzy方法在農田小型水利工程治理績效評價中的應用

李玉紅

(開封市農村水利技術推廣站，河南 開封 475004)

1 研究背景

農田小型水利工程的建設是灌區運行的根本保障，同樣也是我國糧食產量的保障[1-2]。中國有超過75%以上的糧食產自灌區，而灌區的高效運行離不開農田小型水利工程的建設[3-4]。由于農田小型水利工程投資較小、施工難度較低，因此在設計和施工過程中常出現重視程度不足的現象[5]。同時，現如今各地政府對農田小型水利工程的管理力度較低，導致農田小型水利工程無法發揮出應有的效益，需加強對農田小型水利工程運行管理的重視程度[6]。為使得農田小型水利工程能夠充分發揮其應有的效益，找出合理的方法評價當地農田小型水利工程的績效，是保證農田小型水利工程保持較高績效的前提[7]。

現如今，ANP法已逐漸應用于農田小型水利工程治理績效評價中，楊斌[8]、周曉平[9]均采用ANP法對農田小型水利工程治理績效進行了評價，均指出在該方法下確定的各指標權重具有一定的科學性，可為提升工程整體治理質量與水平提供依據。傳統的ANP法通過SD軟件進行計算，計算過程較復雜，且ANP法確定的權重主觀性較強，本文利用Fuzzy評價法，與ANP法綜合評價農田小型水利工程治理績效，該方法綜合運用SD和Matlab軟件，大大減小了傳統ANP法的計算工作量。

2 評價指標體系構建

為保證評價指標體系可很好地反映農田小型水利工程的治理績效，在選擇指標時應滿足以下幾個原則：

(1)統籌兼顧原則。保證選擇的指標涵蓋反映農田小型水利工程治理績效的各個方面，在工程效率、社會影響和生態環境可持續性3個層次原則指標，綜合構建評價指標體系。

(2)科學選擇指標原則。選擇獨立、具有代表性、可比性強、信息量豐富的評估指標。

(3)系統選擇。選擇的指標體系應自成系統，根據當地工程實際情況，選擇指標進行動態評價。

綜合考慮3個方面，建立農田小型水利工程治理績效評價體系，見表1。

3 ANP-Fuzzy方法簡介

ANP-Fuzzy是將ANP網絡分析法與Fuzzy評價法結合起來形成的綜合評價法[10]。其優點在于不但反映各指標之間的關系，同時也可對各指標進行量化處理，因此該方法可用于評價農田小型水利工程治理績效，可更好反映各指標之間的關系，得出最終治理績效評定等級。

表1 農田小型水利工程治理績效評價指標體系構建

(1)首先根據ANP法原理，根據績效考核指標體系，判斷指標間相互影響關系，構建考核指標體系結構。

(2)計算ANP法加權超矩陣，得出在ANP法狀態下的各指標權重，ANP評價指標體系的一級指標為Bi(i=1，2，3m)，二級指標為Bij(j=1，2，3n)，判斷二級指標之間的相互關系，構建判斷矩陣，形成特征向量，進行一致性檢驗后，可生成局部權重Wij。

由圖6可知，響應曲面坡度較平，隨著重量值與烘干時間的增加和延長，感官評分分值都是先增大后緩慢減小，說明交互作用不明顯。

(3)對矩陣Wij進行穩定化處理，生成ANP法極限矩陣W+，即可計算得出各指標的權重，計算方法可由式(1)表示，當i趨近于無窮大時，矩陣的列向量即為該指標的權重。

(1)

(4)將二級指標進行模糊線性處理，構建一級評價指標矩陣。

(2)

式中，fij—二級指標Bij被考核為某個等級的次數；rij—相對隸屬度。

(5)根據權重及一級評價指標矩陣構建評價向量Pi，計算過程見式(3)，其中t為考核等級的個數。

(3)

(6)最后根據一級指標權重及總體評價矩陣，計算綜合評價最終向量，得出最終評價結果。

Q=W·P=(q1，q2，，qt)

(4)

4 實例分析

4.1 研究區域概況

通許縣位于河南省中東部地區，屬暖溫帶及東亞季風性氣候，四季分明。年平均氣溫14.6℃，極端最高氣溫42.0℃，極端最低氣溫-16.7℃。年平均降水量658.4mm。夏季降雨嚴重不均，平均為363.8mm，占全年的55%；平均風速為1.8m/s，最大風速36.0m/s。年日照時數為2050.1h。通許縣主要農作物有小麥、玉米、花生、大豆、棉花、蔬菜等，但由于日照時數較高且極端溫度較高，因此春旱夏旱較嚴重。為避免此現象的發生，農田小型水利工程能否發揮原有績效變得尤為重要[11]。

表2 不同指標分級情況匯總

根據標準，將水資源評價指標體系進行分級，采用標準差分級法進行，該方法適用于呈正態分布的數據集，具體指標分級情況見表2。

4.2 ANP法確定指標權重

調查通許縣近3年的農田小型水利工程治理績效基本指標數據，由專家對各指標進行打分，運用ANP模型基本原理，建立ANP指標權重計算模型。形成判斷矩陣，本文列出了工程效率B1的一級判斷矩陣，見表3—4。

表3 一層指標判斷矩陣建立

表4 工程效率方面判斷矩陣建立

當所有指標通過一致性檢驗后，通過SD軟件得出農田小型水利工程的ANP極限矩陣，見表5，得出的列向量即為各指標權重。運用SD軟件可計

算得出農田小型水利工程一級指標的權重為W=(0.550，0.250，0.200)，二級指標中工程效率方面指標權重為W1=(0.137，0.041，0.103，0.192)，社會影響方面指標權重為W2=(0.132，0.098，0.074，0.058)，生態環境可持續性方面指標權重為W3=(0.050，0.058，0.020，0.037)。

4.3 Fuzzy法確定農田小型水利工程治理績效等級

為確保對各指標評價的客觀性與公正性，選擇不同年齡段、不同職業、不同文化等級的3個人對當地農田小型水利工程進行打分，每個指標對應1個考核等級，匯總3個人的評定情況，得出不同考核等級出現次數，結果見表6。

利用Matlab軟件，采用模糊線性變換法構建二級指標評價矩陣，得出農田小型水利工程治理績效評價矩陣Rjt，見式(5)，式(5)為工程效率方面評價矩陣，根據算得的工程效率方面各指標權重，可得出工程效率方面評價向量為B11=(0.064，0.178，0.231，0，0)。

(5)

根據同樣的方法，可得出社會影響方面和生態環境可持續方面的評價向量，結果見表7。表7顯示，通許縣農田小型水利工程治理績效在工程效率方面的評價等級為一般，在社會影響和生態環境可持續性方面評價等級為較好。表明該地區的農田小型水利工程應在工程效率方面有所提高，提高設計及施工質量，更好發揮其工程效益。

表5 ANP極限矩陣

表6 考核等級出現次數

表7 最終評價結果

5 結語

隨著農田小型水利工程的投入加大，其治理績效直接影響著農業產值及農產品產量，一套客觀公正、便于操作且符合當地實際的績效考核方法是實現農田小型水利工程績效的關鍵。本文將ANP法與Fuzzy法綜合起來得到新的評價方法用于農田小型水利工程績效評價中，并通過實例驗證了該方法的科學性。