基于層次分析法的灌區(qū)水位測(cè)量設(shè)備選型探析

侯亞洲，許士欣

（1.臨沂市水利工程保障中心，山東 臨沂 276000；2.臨沂市水利資源開發(fā)服務(wù)中心，山東 臨沂 276000）

當(dāng)前，隨著灌區(qū)信息化水平的提升，自動(dòng)化水位測(cè)量設(shè)備將逐步替代傳統(tǒng)水尺。如何選擇合適的水位測(cè)量設(shè)備是灌區(qū)現(xiàn)代化改造過程中遇到的問題，依靠主觀判斷難以綜合評(píng)價(jià)各種水位設(shè)備性能特點(diǎn)并做出可靠選擇，本文應(yīng)用層次分析法建立水位測(cè)量設(shè)備選型決策模型，將管理經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備特性量值化，排列出各設(shè)備的優(yōu)劣次序作為決策依據(jù)。

1 建立層次分析模型

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP）是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家，匹茲堡大學(xué)Saaty教授于20 世紀(jì)70 年代初創(chuàng)立的一種決策分析數(shù)學(xué)模型，適用于現(xiàn)實(shí)中大量存在的無結(jié)構(gòu)決策問題，將定性問題量值化為其顯著特點(diǎn)，通過建立決策問題的遞階層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造遞階層次中每一層元素對(duì)于上層支配元素的權(quán)重，然后進(jìn)行層次總排序，從而得出決策問題備選方案的優(yōu)劣排序，以供決策參考。

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)圖

將決策的目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案自上而下地分解成若干層次，繪出層次結(jié)構(gòu)圖，其中最高層為目標(biāo)層；中間層為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)而遵循的準(zhǔn)則，準(zhǔn)則層因子一般不多于9 個(gè)，中間層可以有1 個(gè)或多個(gè)，準(zhǔn)則過多時(shí)可以分解出子準(zhǔn)則層；最低層為方案層。

本文根據(jù)臨沂市大中型灌區(qū)骨干渠道量水設(shè)備的選型一般遵循管理、施工、造價(jià)等要求，選擇測(cè)量范圍、測(cè)量精度、工程造價(jià)、穩(wěn)定性及管護(hù)方便程度5 項(xiàng)因素作為評(píng)判因子，以雷達(dá)水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、浮子式水位計(jì)、超聲波水位計(jì)（氣介質(zhì)）和電子水尺設(shè)備為方案層，構(gòu)造出水位計(jì)選型評(píng)判指標(biāo)體系如圖1 所示。

圖1 水位計(jì)選型評(píng)判指標(biāo)體系

1.2 建立判斷矩陣

從準(zhǔn)則層開始，對(duì)于上一層每個(gè)因子的同一層所有因子，構(gòu)造判斷矩陣，直到方案層。判斷矩陣是表示本層所有因子針對(duì)上一層某一個(gè)因子的相對(duì)重要性的比較，通過因子兩兩相互比較，確定各層次各因子之間的權(quán)重。

通過查閱5 種水位設(shè)備資料，聽取專家、灌區(qū)管理人員和施工人員意見，構(gòu)建準(zhǔn)則層判斷矩陣O-C（見表1），及方案層判斷矩陣C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B（分別見表2～表6）。

表1 準(zhǔn)則層判斷矩陣O-C

表2 方案層判斷矩陣C1-B

表3 方案層判斷矩陣C2-B

表4 方案層判斷矩陣C3-B

表5 方案層判斷矩陣C4-B

表6 方案層判斷矩陣C5-B

然后根據(jù)判斷矩陣計(jì)算出排序向量ω=（ω1，ω2，ω3，ω4，ω5）T。

計(jì)算結(jié)果如下：

準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的排序向量

ω（2）=（0.066 0，0.066 0，0.341 9，0.184 3，0.341 9）T

方案層對(duì)準(zhǔn)則層因子排序向量

由于AHP 構(gòu)造矩陣中不允許出現(xiàn)矛盾判斷，需要復(fù)核判斷矩陣的一致性。計(jì)算隨機(jī)一致性比例CR=CI/RI，其中RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值見表7；CI 為一致性指標(biāo)（λmax為最大特征值）。

表7 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

當(dāng)判斷矩陣的CR＜0.1 時(shí)可認(rèn)為矩陣具有滿意的一致性，是可以接受的，否則說明矩陣存在矛盾，應(yīng)對(duì)因子評(píng)價(jià)重新修正。經(jīng)計(jì)算，判斷矩陣O-C、C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B 的CR 值分別為0.001 1、0.013 8、0.013 2、0.054 7、0、0.002 9，具有滿意的一致性。

2 總目標(biāo)的合成權(quán)重

將各層權(quán)重進(jìn)行合成，得到方案層中每個(gè)方案對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重，對(duì)于上層支配因子權(quán)重的計(jì)算自上而下進(jìn)行，可以得到方案層中每個(gè)元素對(duì)于總目標(biāo)的排序向量ω（3）=P（3）ω（2），ω（3）中各分量的大小決定對(duì)應(yīng)的方案優(yōu)劣程度，總目標(biāo)的合成權(quán)重見表8。

表8 總目標(biāo)的合成權(quán)重

根據(jù)表8 的結(jié)果，得出量水設(shè)備的優(yōu)選順序?yàn)槔走_(dá)水位計(jì)、電子水尺、超聲波水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、浮子水位計(jì)。

3 結(jié) 語

精準(zhǔn)的用水監(jiān)測(cè)是灌區(qū)現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，是提高水資源利用效率和效益的重要手段，其核心是量水設(shè)施的布局和選型應(yīng)當(dāng)滿足必要的水力學(xué)條件和經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。層次分析法（AHP）可以改變傳統(tǒng)決策的視角，將管理經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備特性量化，減少主觀判斷導(dǎo)致的決策失誤，提高決策的科學(xué)性。本文給出的排序結(jié)果主要針對(duì)臨沂市灌區(qū)常用的水工建筑物量水設(shè)施的選擇，灌區(qū)渠道量測(cè)水設(shè)施的種類很多，影響選擇的因素也很多，應(yīng)根據(jù)具體情況建立合適的決策模型。