節(jié)水灌溉方式的優(yōu)化選擇

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簡(jiǎn)介： 本文提出了用于節(jié)水灌溉方式優(yōu)化選擇的項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用層次分析理論和方法，建立了綜合考慮項(xiàng)目的國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、技術(shù)評(píng)價(jià)和社會(huì)評(píng)價(jià)以及內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、效益費(fèi)用比、投資回收期、灌水均勻度、灌水強(qiáng)度、灌溉水利用率、節(jié)水灌溉方式的安全性、可靠性、地形適應(yīng)性、作物的適應(yīng)性、施工難易程度等因素的節(jié)水灌溉方式選擇的層次分析模型，闡述了綜合評(píng)價(jià)節(jié)水灌溉方式的總排序、單排序及其各影響因素權(quán)重的計(jì)算方法。
關(guān)鍵字：節(jié)水灌溉；優(yōu)化選擇；層次分析；綜合評(píng)價(jià)

1 節(jié)水灌溉方式的綜合評(píng)價(jià)

　　根據(jù)水利部1994年發(fā)布的《水利建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范》的規(guī)定，建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)應(yīng)進(jìn)行“財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)”和“國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)”。對(duì)節(jié)水灌溉項(xiàng)目灌水方式的選擇，可在“國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)”的基礎(chǔ)上，考慮“技術(shù)評(píng)價(jià)”和“社會(huì)評(píng)價(jià)”，即對(duì)節(jié)水灌溉項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。選擇經(jīng)濟(jì)合理可行、技術(shù)效果指標(biāo)優(yōu)良、社會(huì)效果好的節(jié)水灌溉項(xiàng)目。

　　1.1 項(xiàng)目國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo) 項(xiàng)目國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比、投資回收期。

　　1.2 項(xiàng)目技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo) 節(jié)水灌溉項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)包括，灌水均勻度、灌水強(qiáng)度、灌溉水利用率。

　　1.3 項(xiàng)目社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo) 節(jié)水灌溉項(xiàng)目的社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括，節(jié)水方式的安全性、可靠性、地形適應(yīng)性、作物的適應(yīng)性、農(nóng)民歡迎程度、施工難易程度等。

2 節(jié)水灌溉方式選擇的層次分析模型

　　節(jié)水灌溉方式的選擇受多種因素的影響。因此，僅從某一個(gè)角度、某一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行選擇，往往具有片面性。層次分析法(簡(jiǎn)稱AHP法)，可以將不同層次、多個(gè)指標(biāo)綜合成一個(gè)無(wú)量綱的評(píng)判值，由此對(duì)各種節(jié)水灌溉方式進(jìn)行排序，從而選擇最優(yōu)的節(jié)水灌溉方式。

　　根據(jù)節(jié)水灌溉項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)的要求，建立其綜合評(píng)判的層次分析結(jié)果如圖1所示。由圖1采用兩級(jí)評(píng)判模型，計(jì)算其方案的總排序和單排序綜合效果評(píng)價(jià)值。

圖1 節(jié)水灌溉項(xiàng)目綜合評(píng)判層次結(jié)構(gòu)

2.1 目標(biāo)層(總排序)Z=M×S(1)

式中：Z為項(xiàng)目(方案)的綜合經(jīng)濟(jì)效果評(píng)判值；M為權(quán)重矩陣，M=(M1，M2，M3)；S為單因素矩陣，S=(E，T，H)^T.

2.2 準(zhǔn)則層(單排序)

　　(1)國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)值E=Mg×Ee(2)

式中：E為國(guó)民經(jīng)濟(jì)效果綜合評(píng)價(jià)值；Mg為國(guó)民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重矩陣，Mg=(Mg1,Mg2,Mg3,Mg4);Ee為國(guó)民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)矩陣，Ee=(E1,E2,E3,E4)^T.

　　(2)技術(shù)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)值T=Mt×Tt(3)

式中：T為技術(shù)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)值；Mt為技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重矩陣，Mt=(Mt1,Mt2,Mt3)；Tt為技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣，Tt=(T1,T2,T3)^T.

　　(3)社會(huì)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)值H=Ms×Hs(4)

式中：H為社會(huì)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)值；Ms為社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重矩陣，Ms=(Ms1,Ms2,Ms3,Ms4,Ms5)；Hs為社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣，Hs=(H1,H2,H3,H4,H5)^T.

3 指標(biāo)權(quán)重的確定

　　3.1 構(gòu)造指標(biāo)比較判斷矩陣 選擇6～10名從事節(jié)水灌溉的專家組成專家組，各專家分別對(duì)同級(jí)指標(biāo)兩兩比較，構(gòu)造各層次判斷矩陣B={bij}n×n(不包括方案層).bij表示對(duì)于B而言，bi對(duì)bj的相對(duì)重要程度，一般bij取1，2，3……9及它們的倒數(shù)。其中bij=1，表示bi與bj同樣重要，且bij=1；bij=3，表示bi比bj重要一點(diǎn)，且bji=1/3；bij=5，表示bi比bj重要，且bji=1/5;bij=7，表示bi比bj重要的多，且bji=1/7；bij=9，表示bi比bj極端重要，且bji=1/9.

　　3.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值 按以下方法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值。

　?、儆?jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Pi(i=1,2,……,n)(5)

　　②計(jì)算Pi的n次方根Dni(6)

　?、蹤?quán)重計(jì)算。對(duì)向量Dni歸一化，即可得到其權(quán)重值(7)

　?、芤恢滦詸z驗(yàn)。判斷矩陣的偏差一致性指標(biāo)CICI=λmax-n/n-1(8)

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征根。

隨機(jī)一致性比率CRCR=CI/RI(9)

式中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可查有關(guān)表得出。CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

4 社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的獲得

　　節(jié)水灌溉項(xiàng)目的國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)都為量化指標(biāo)，均可通過(guò)計(jì)算獲得。社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為定性指標(biāo)，對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)的量化值可通過(guò)模糊評(píng)判法獲得。具體方法為。請(qǐng)節(jié)水灌溉的專家(一般為6個(gè)以上)，對(duì)所給定的指標(biāo)按規(guī)定的評(píng)語(yǔ)進(jìn)行評(píng)判，由此計(jì)算指標(biāo)的隸屬度。

指標(biāo)評(píng)語(yǔ)集V={V1(很好)，V2(較好)，V3(一般)，V4(較差)，V5(很差)}

標(biāo)準(zhǔn)隸屬度集U=(1.0，0.8，0.5，0.2，0)

指標(biāo)隸屬度計(jì)算

依據(jù)N個(gè)專家對(duì)各個(gè)指標(biāo)不同節(jié)水灌溉方式所下的評(píng)語(yǔ)，按其標(biāo)準(zhǔn)隸屬度進(jìn)行平均，取平均隸屬度作為該指標(biāo)的隸屬度。

5 有關(guān)指標(biāo)的處理

　　節(jié)水灌溉項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)有些為正向指標(biāo)，如收益率、凈現(xiàn)值、效益費(fèi)用比、灌水均勻度、灌水強(qiáng)度、灌溉水利用率等，其指標(biāo)值越大越好；有些為負(fù)向指標(biāo)，如投資回收期，其指標(biāo)越小越好。另外有些指標(biāo)具有量綱。因此，在利用層次分析法求各節(jié)水灌溉方式的綜合評(píng)價(jià)值時(shí)，必須對(duì)負(fù)向指標(biāo)和有量綱指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)處理。

　　5.1 指標(biāo)的規(guī)范化 指標(biāo)的規(guī)范化就是通過(guò)技術(shù)處理，消除指標(biāo)間數(shù)量級(jí)差異過(guò)大和具有量綱的指標(biāo)，使各指標(biāo)在同一層次中具有可比性。具體方法是對(duì)指標(biāo)進(jìn)行指數(shù)化處理，即用同一指標(biāo)數(shù)列中的最大值去除數(shù)列中的每一個(gè)指標(biāo)，得到的商即為規(guī)范化處理后的指標(biāo)值。用下式計(jì)算：Eii=Ei/Emax(10)

　　5.2 指標(biāo)的同趨勢(shì)化 指標(biāo)的同趨勢(shì)化就是將指標(biāo)通過(guò)整理變換，使所有指標(biāo)轉(zhuǎn)化為同一方向。在建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)中統(tǒng)一規(guī)定指標(biāo)大者為優(yōu)(正向指標(biāo))，這就要對(duì)指標(biāo)小者為優(yōu)(負(fù)向指標(biāo))的指標(biāo)進(jìn)行處理。具體處理方法可采用指標(biāo)轉(zhuǎn)置的方法，即大小值和求補(bǔ)法，用下式計(jì)算處理后的指標(biāo)值：Eii=Emax+Emin-Ei(11)

式中：Eii為處理后的指標(biāo)值；Emax為指標(biāo)最大值；Emin為指標(biāo)最小值；Ei為原指標(biāo)值。

6 應(yīng)用舉例

　　某節(jié)水灌溉項(xiàng)目有管道灌溉、噴灌、滴灌、小管出流灌溉4個(gè)方案(分別為方案A、B、C、D)供選擇，對(duì)其國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、技術(shù)指標(biāo)計(jì)算、專家社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)判得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1，下面用層次分析法選擇最優(yōu)節(jié)水灌溉方式。

　　6.1 指標(biāo)處理 對(duì)表1中指標(biāo)E1、E4、T1、T2作規(guī)范化處理；對(duì)指標(biāo)E?3作規(guī)范化和同趨勢(shì)化處理，處理后的結(jié)果見(jiàn)表2.

表1 各方案指標(biāo)值

評(píng)價(jià)指標(biāo)

方案A

方案B

方案C

方案D

凈現(xiàn)值E1

11.26

9.2

10.8

9.6

收益率E2

0.112

0.128

0.135

0.142

投資回收期E3

12.8

13.2

14.2

11.5

效益費(fèi)用比E4

1.86

2.10

1.94

1.65

灌水均勻度T1

85.2

91.6

82.4

83.2

灌水強(qiáng)度T2

9.3

9.1

8.6

9.2

灌溉水利用率T3

0.85

0.92

0.95

0.90

安全可靠性H1

0.92

0.90

0.86

0.82

地形適應(yīng)性H2

1.0

1.0

1.0

1.0

作物適應(yīng)性H3

1.0

0.9

0.8

1.0

農(nóng)民歡迎程度H4

1.0

0.8

0.7

0.9

便于施工程度H5

0.9

0.8

0.7

0.8

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)范化、同趨勢(shì)化計(jì)算結(jié)果

評(píng)價(jià)指標(biāo)

方案A

方案B

方案C

方案D

凈現(xiàn)值E1

1.000

0.821

0.964

0.857

收益率E2

0.112

0.128

0.135

0.142

投資回收期E3

0.909

0.880

0.810

1.000

效益費(fèi)用比E4

0.866

1.000

0.924

0.786

灌水均勻度T1

0.930

1.000

0.899

0.908

灌水強(qiáng)度T2

1.000

0.978

0.924

0.989

灌溉水利用率T3

0.850

0.920

0.950

0.900

安全可靠性H1

0.920

0.900

0.860

0.820

地形適應(yīng)性H2

1.000

1.000

1.000

1.000

作物適應(yīng)性H3

1.000

0.900

0.800

1.000

農(nóng)民歡迎程度H4

1.000

0.800

0.700

0.900

便于施工程度H5

0.900

0.800

0.700

0.800

　　6.2 各層指標(biāo)權(quán)重計(jì)算 選8個(gè)專家對(duì)指標(biāo)層和準(zhǔn)則層構(gòu)造權(quán)重判斷矩陣，按式(5)～(9)計(jì)算其總排序和單排序指標(biāo)權(quán)重和進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn)?？偱判蛑笜?biāo)權(quán)重和判斷矩陣一致性檢驗(yàn)計(jì)算見(jiàn)表3，其余計(jì)算略。

　　6.3 綜合評(píng)判計(jì)算 由式(2)～(4)計(jì)算單層次指標(biāo)綜合值E、T、H；由式(1)計(jì)算各方案綜合評(píng)判值Z，結(jié)果見(jiàn)表4.

表3 準(zhǔn)則層權(quán)重判斷矩陣及權(quán)重計(jì)算

Z

E

T

H

M

E

1

6

2

0.614

T

1/6

1

1/2

0.118

H

1/2

2

1

0.268

λmax=3.018

CI=0.0091

RI=0.58

CR=0.016<0.1

表4 各層次綜合評(píng)判值計(jì)算結(jié)果及總排序

層次

方案A

方案B

方案C

方案D

E

0.617

0.612

0.623

0.581

T

0.912

0.964

0.924

0.920

H

0.973

0.896

0.826

0.932

Z

0.747

0.730

0.713

0.716

總排序

1

2

4

3

7 結(jié)語(yǔ)

　　節(jié)水灌溉是今后農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展方向。由于節(jié)水灌溉的方式較多，實(shí)際應(yīng)用中必然會(huì)遇到選擇一種或幾種節(jié)水灌溉方式，而選擇時(shí)必須綜合考慮諸多因素的影響，層次分析法是解決這類問(wèn)題較為有效的方法。在本文中，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)3個(gè)大的因素以及各大要素中的小因素，使選擇的節(jié)水灌溉方式更為經(jīng)濟(jì)、可靠、合理。

參 考 文 獻(xiàn)：

　　[1] 羅金耀，陳大雕，王富慶，郭元裕。節(jié)水灌溉綜合評(píng)價(jià)理論與模型研究[J]。節(jié)水灌溉1998，(4)

　　[2] 姜啟源。數(shù)學(xué)模型[M]。北京：高等教育出版社。1996.6