江西省馬崗灌區(qū)綜合效益評價

劉 琴，劉淑娥

(江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院，江西 宜春 336000)

當(dāng)前，AHP法和模糊評價理論為綜合評判灌區(qū)效益普遍應(yīng)用的方法，依據(jù)相關(guān)專家意見制定指標(biāo)權(quán)重屬于使用這些方法的基本依據(jù)，由于未考慮不同參數(shù)之間的客觀聯(lián)系，致使評價結(jié)果往往存在較強(qiáng)的主觀性；同時，選擇的參評要素通常存在一定的關(guān)聯(lián)，設(shè)立的評判標(biāo)準(zhǔn)的針對性較差，由此形成的評價模型和指標(biāo)體系的普遍適用性較低[1-8]。因此，為了從根本上解決主觀性較強(qiáng)的問題，將灰色關(guān)聯(lián)度法和AHP法相耦合用于確定綜合灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，從客觀性和主觀性的角度選擇多個評判要素建立效益評估體系，從而確保灌區(qū)綜合效益評估的科學(xué)性、全面性和公正性。

1 灌區(qū)綜合效益評價方法

1.1 層次分析法(AHP法)

根據(jù)待評價對象的性質(zhì)和不同參評要素達(dá)到目標(biāo)的程度，運用層次分析法將其分解為若干個層級，然后按照合適的準(zhǔn)則邀請專家兩兩比較各要素的重要度形成梯階層次結(jié)構(gòu)。工程實際應(yīng)用時，層次分析法主要是依據(jù)一定的流程和原則分解復(fù)雜的系統(tǒng)問題，通過分析各要素之間的關(guān)聯(lián)特性形成多層次體系，并以1-9標(biāo)度準(zhǔn)則(表1)比較不同要素的重要度，在此基礎(chǔ)上搭建各層級的判斷矩陣A，其中元素i與j的重要度評判值為aij。

表1 判斷矩陣的標(biāo)度準(zhǔn)則

根據(jù)標(biāo)度準(zhǔn)則邀請專家評判兩兩要素間的相對重要度，該過程可實現(xiàn)定性語言的定量化描述，并用于確定每個元素的權(quán)值，為檢驗權(quán)重計算的科學(xué)合理性，仍需要檢驗矩陣的一致性，檢驗時應(yīng)用到的公式有：

(1)

(2)

式中：CI、RI、CR依次為一致性指標(biāo)值、標(biāo)準(zhǔn)值和比率值；n、λmax依次為判斷矩陣的階數(shù)及其對應(yīng)的特征值。判斷矩陣滿足合理性要求的評判依據(jù)為CR<0.1，達(dá)到該條件則認(rèn)為權(quán)值可以用于灌區(qū)綜合效益評估；否則，應(yīng)重新調(diào)整判斷矩陣，直至符合檢驗要求。最終，將滿足一致性檢驗的最大特征根λmax對應(yīng)的特征向量標(biāo)準(zhǔn)化處理，其分量即為每個要素的權(quán)值。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

灰色關(guān)聯(lián)度法是一種依據(jù)關(guān)聯(lián)度的排列次序、大小反映參考序列與比較序列間“優(yōu)劣關(guān)系”的新型綜合法，由于其通俗易懂、計算簡單、運算量小且對樣本量要求低等特點，可以準(zhǔn)確的衡量不同序列樣本間的客觀關(guān)系，對于解決多樣本序列強(qiáng)弱關(guān)系、次序排列等問題具有較強(qiáng)適用性。將灌區(qū)綜合效益狀況利用關(guān)聯(lián)度法評價時，其主要流程為：

步驟1：數(shù)據(jù)的歸一化。設(shè)參考序列x0(k)(k=1，2，3，…，M)為灌區(qū)綜合效益的理想目標(biāo)，參與評估的分區(qū)數(shù)為M；比較序列xi(k)(k=1，2，3，…，n)反映待評樣本的實測數(shù)據(jù)，效益評價因子數(shù)為n。考慮到不同要素的數(shù)量級和單位不同無法直接參與運算，對此應(yīng)先利用歸一化公式加以處理，其表達(dá)式為：

(3)

步驟2：關(guān)聯(lián)系數(shù)值。采用公式(4)求解比較序列xi(k)與參考序列x0(k)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)值ξ(xi)，數(shù)學(xué)公式為：

(4)

式中：ρ為降低序列中極值影響的分辨系數(shù)，其取值區(qū)間為0-1，一般情況下取0.5；△0i(k)為灌區(qū)綜合效益的目標(biāo)值與比較序列值之差；△max、△min為兩級之間的最大和最小差值。

步驟3：綜合效益評估。將AHP法求解的權(quán)值與關(guān)聯(lián)系數(shù)值加權(quán)處理，形成能夠反映灌區(qū)整體效益的綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)，依據(jù)該系數(shù)值大小評判比較序列的“優(yōu)劣”程度，并作為評判灌區(qū)整體效益的依據(jù)。

2 實例應(yīng)用

2.1 灌區(qū)概況

馬崗灌區(qū)位于江西省中部，宜春市東北部，地處E115°07′-115°09′、N28°15′-28°21′之間，總土地面積28.1km2，其中總耕地面積2000hm2。灌區(qū)內(nèi)地形以低山丘陵為主，森林植被覆蓋率達(dá)60%，設(shè)計灌溉和現(xiàn)狀實際灌溉面積為1740hm2和1120hm2，農(nóng)作物以水稻為主，兼種油菜、蔬菜等。灌區(qū)內(nèi)主要涉及錦河北岸支流棠浦港，灌區(qū)內(nèi)蓄水工程主要有1座中型水庫(馬崗水庫)、1座小(2)型水庫(北公廟水庫)、3座山塘、1座陂壩引水(流陂)，3座提灌站。

馬崗灌區(qū)為上高縣的中型灌區(qū)，對于促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用。由于資金投入不足、工程建設(shè)質(zhì)量差，加之自然老化、人為活動和年久失修等因素作用，使得灌區(qū)水利實施功能效應(yīng)無法得以充分發(fā)揮，灌區(qū)灌溉面積出現(xiàn)逐年萎縮退化的趨勢。近年來，為進(jìn)一步提升灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和灌溉水的利用率，改善、擴(kuò)大現(xiàn)有灌溉面積以及充分發(fā)揮灌溉工程效益，灌區(qū)水利骨干工程的改造建設(shè)勢在必行。以“疏浚、除險加固、節(jié)水”為中心實施灌區(qū)配套改造為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)土地治理的基本要求，建設(shè)實施的改造工程包括：①馬崗一干渠渠段擬采用C20砼預(yù)制塊護(hù)坡、現(xiàn)澆砼護(hù)底，填方渠段(半挖半填渠段填方側(cè))結(jié)合防滲要求，并在粗砂墊層下設(shè)一層防滲土工膜；局部襯護(hù)渠道破損段邊墻采用漿砌石(或C20砼)修復(fù)、底板采用C20砼修復(fù)。②渠系建筑物加固改造工程：拆除重建界嶺泄洪閘、5座小型分水閘、匯銀涵管、2座機(jī)耕橋及2座人行橋，馬崗、東塘橋、伍家渡槽局部修復(fù)等。

為更好的檢驗灌區(qū)水利骨干工程改造項目的實施成效，全面掌握改造后灌區(qū)水利設(shè)施的運行狀況，有必要選用科學(xué)的方法合理評估灌區(qū)綜合效益。因此，文章擬選用關(guān)聯(lián)度法和AHP法評價不同年份灌區(qū)的綜合效益，以期為灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)的適宜性分析及其方案的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)[9,10]。

2.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)灌區(qū)水利設(shè)施實際運行情況和節(jié)水改造項目的有關(guān)資料，從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會3個子系統(tǒng)選取復(fù)種指數(shù)、綜合灌溉定額、人均GDP、農(nóng)民節(jié)水意識、現(xiàn)代化設(shè)備占有率等18個指標(biāo)建立灌區(qū)效益評價體系見表1，然后對每個元素的權(quán)重和關(guān)聯(lián)度加權(quán)處理，以形成能夠反映灌區(qū)效益的綜合指數(shù)。

2.3 不同年份灌區(qū)綜合效益評價

通過實地調(diào)查分析，結(jié)合馬崗灌區(qū)2010年、2013年、2016年、2019年相關(guān)資料提取各參數(shù)初始值(表1)，然后運用AHP法求解綜合評估體系中準(zhǔn)則層、指標(biāo)層各元素權(quán)重，借鑒專家意見和標(biāo)度準(zhǔn)則構(gòu)造的判斷矩陣見表2和表3。從表2可知，準(zhǔn)則層中各項要素的最大特征根λmax=3.25，利用文中所述公式(1)、(2)求解出相應(yīng)的CR=0.02<0.1，由此表明該判斷矩陣能夠符合灌區(qū)效益評估的合理性要求。

表1 馬崗灌區(qū)綜合效益評估體系與初始數(shù)據(jù)

同理，結(jié)合每個參數(shù)的具體內(nèi)涵和專家意見，運用相同的方法和步驟求解出指標(biāo)層中各要素的權(quán)重。為簡要說明該過程，以準(zhǔn)則層中經(jīng)濟(jì)效益下屬的各要素為例，依據(jù)標(biāo)度準(zhǔn)則和專家意見構(gòu)造的判斷矩陣見表3，經(jīng)一致性檢驗求解出符合合理性要求的各項要素權(quán)值。依次類推求解出準(zhǔn)則層中生態(tài)效益、社會效益下屬的各要素權(quán)重，見表4。

表2 準(zhǔn)則層各要素判斷矩陣

表3 經(jīng)濟(jì)效益中各要素判斷矩陣

表4 社會與生態(tài)效益各要素權(quán)重

結(jié)合表2-表4中各項元素的權(quán)值，最終輸出評價體系中每個元素的綜合權(quán)重(表5)，其中準(zhǔn)則層中生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)效益的權(quán)值為0.104、0.260、0.636，各項元素權(quán)重均符合合理性要求。

表5 參評要素的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)與綜合權(quán)重

續(xù)表5 參評要素的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)與綜合權(quán)重

根據(jù)灌區(qū)不同年份每個元素的初始數(shù)據(jù)，表1，利用公式(3)求解出指標(biāo)層各項元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)，見表5。然后結(jié)合各項元素的綜合權(quán)重及其關(guān)聯(lián)系數(shù)，采用綜合加權(quán)法確定灌區(qū)效益綜合評價指數(shù)，見表6。

表6 馬崗灌區(qū)不同年份綜合效益評價值

根據(jù)表5可知，從小到大排列的馬崗灌區(qū)不同年份的綜合效益為：2010年<2013年<2016年<2019年，各年份所對應(yīng)的綜合評價指數(shù)為0.1736、0.2510、0.5573、0.9806。可見，馬崗灌區(qū)綜合效益整體呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，其原因為馬崗灌區(qū)近年來建設(shè)實施了一系列的水利骨干工程改造措施。

結(jié)合項目實施的相關(guān)資料和實地查勘情況，項目的實施顯著提升了灌區(qū)農(nóng)田用水效率，這在很大程度上減少了農(nóng)民水事糾紛、農(nóng)田灌溉水費支出，為促進(jìn)按水量征收水費和建立良好的灌水秩序創(chuàng)造了有利條件；通過實施灌區(qū)水利骨干改造工程，可顯著提升農(nóng)業(yè)供水保證率和灌區(qū)田間灌溉系統(tǒng)完善率，同時對改善灌區(qū)自然環(huán)境和維持當(dāng)?shù)厣鐣捕ň哂蟹e極作用。實施的護(hù)砌、整治、綠化等措施改善了農(nóng)村的交通條件，美化了灌區(qū)自然環(huán)境，加強(qiáng)了水土保持，有利于農(nóng)村小氣候的調(diào)節(jié)和實現(xiàn)渠道順直、坡面平整、斷面規(guī)范、渠堤樹木成蔭的建設(shè)目標(biāo)。

3 結(jié) 論

文章以灰色關(guān)聯(lián)度法和AHP法為理論基礎(chǔ)構(gòu)建灌區(qū)綜合效益評估模型，然后以江西省馬崗灌區(qū)為例，運用該模型科學(xué)評價了其綜合效益。從經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)3大系統(tǒng)選擇18項評價要素，按照梯階層次框架建立了多要素、多層次評價體系，該體系可以基本反映灌區(qū)水利設(shè)施運行的實際狀況。為解決傳統(tǒng)AHP法存在的主觀性問題，將客觀灰色關(guān)聯(lián)度與綜合權(quán)重相耦合，形成能夠評估灌區(qū)整體效益的綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)。結(jié)果顯示，馬崗灌區(qū)綜合效益整體呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，其原因為馬崗灌區(qū)近年來建設(shè)實施了一系列的水利骨干工程改造措施，項目的實施發(fā)揮了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。