节水灌溉方式的优化选择

简介： 本文提出了用于节水灌溉方式优化选择的项目综合评价方法。运用层次分析理论和方法，建立了综合考虑项目的国民经济评价、技术评价和社会评价以及内部收益率、净现值、效益费用比、投资回收期、灌水均匀度、灌水强度、灌溉水利用率、节水灌溉方式的安全性、可靠性、地形适应性、作物的适应性、施工难易程度等因素的节水灌溉方式选择的层次分析模型，阐述了综合评价节水灌溉方式的总排序、单排序及其各影响因素权重的计算方法。
关键字：节水灌溉；优化选择；层次分析；综合评价

1 节水灌溉方式的综合评价

　　根据水利部1994年发布的《水利建设项目经济评价规范》的规定，建设项目经济评价应进行“财务评价”和“国民经济评价”。对节水灌溉项目灌水方式的选择，可在“国民经济评价”的基础上，考虑“技术评价”和“社会评价”，即对节水灌溉项目进行综合评价。选择经济合理可行、技术效果指标优良、社会效果好的节水灌溉项目。

　　1.1 项目国民经济评价指标 项目国民经济评价指标为：经济内部收益率、经济净现值、经济效益费用比、投资回收期。

　　1.2 项目技术评价指标 节水灌溉项目的技术指标包括，灌水均匀度、灌水强度、灌溉水利用率。

　　1.3 项目社会评价指标 节水灌溉项目的社会评价指标包括，节水方式的安全性、可靠性、地形适应性、作物的适应性、农民欢迎程度、施工难易程度等。

2 节水灌溉方式选择的层次分析模型

　　节水灌溉方式的选择受多种因素的影响。因此，仅从某一个角度、某一个指标进行选择，往往具有片面性。层次分析法(简称AHP法)，可以将不同层次、多个指标综合成一个无量纲的评判值，由此对各种节水灌溉方式进行排序，从而选择最优的节水灌溉方式。

　　根据节水灌溉项目综合评价的要求，建立其综合评判的层次分析结果如图1所示。由图1采用两级评判模型，计算其方案的总排序和单排序综合效果评价值。

图1 节水灌溉项目综合评判层次结构

2.1 目标层(总排序)Z=M×S(1)

式中：Z为项目(方案)的综合经济效果评判值；M为权重矩阵，M=(M1，M2，M3)；S为单因素矩阵，S=(E，T，H)^T.

2.2 准则层(单排序)

　　(1)国民经济评价综合评价值E=Mg×Ee(2)

式中：E为国民经济效果综合评价值；Mg为国民经济指标权重矩阵，Mg=(Mg1,Mg2,Mg3,Mg4);Ee为国民经济指标矩阵，Ee=(E1,E2,E3,E4)^T.

　　(2)技术评价综合评价值T=Mt×Tt(3)

式中：T为技术评价综合评价值；Mt为技术评价指标权重矩阵，Mt=(Mt1,Mt2,Mt3)；Tt为技术评价指标矩阵，Tt=(T1,T2,T3)^T.

　　(3)社会评价综合评价值H=Ms×Hs(4)

式中：H为社会评价综合评价值；Ms为社会评价指标权重矩阵，Ms=(Ms1,Ms2,Ms3,Ms4,Ms5)；Hs为社会评价指标矩阵，Hs=(H1,H2,H3,H4,H5)^T.

3 指标权重的确定

　　3.1 构造指标比较判断矩阵 选择6～10名从事节水灌溉的专家组成专家组，各专家分别对同级指标两两比较，构造各层次判断矩阵B={bij}n×n(不包括方案层).bij表示对于B而言，bi对bj的相对重要程度，一般bij取1，2，3……9及它们的倒数。其中bij=1，表示bi与bj同样重要，且bij=1；bij=3，表示bi比bj重要一点，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极端重要，且bji=1/9.

　　3.2 计算指标权重值 按以下方法计算各指标的权重值。

　　①计算判断矩阵每一行元素的乘积Pi(i=1,2,……,n)(5)

　　②计算Pi的n次方根Dni(6)

　　③权重计算。对向量Dni归一化，即可得到其权重值(7)

　　④一致性检验。判断矩阵的偏差一致性指标CICI=λmax-n/n-1(8)

式中：λmax为判断矩阵的最大特征根。

随机一致性比率CRCR=CI/RI(9)

式中：RI为平均随机一致性指标，可查有关表得出。CR<0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，否则应对判断矩阵进行调整。

4 社会评价指标的获得

　　节水灌溉项目的国民经济评价指标和技术评价指标都为量化指标，均可通过计算获得。社会评价指标为定性指标，对其各项指标的量化值可通过模糊评判法获得。具体方法为。请节水灌溉的专家(一般为6个以上)，对所给定的指标按规定的评语进行评判，由此计算指标的隶属度。

指标评语集V={V1(很好)，V2(较好)，V3(一般)，V4(较差)，V5(很差)}

标准隶属度集U=(1.0，0.8，0.5，0.2，0)

指标隶属度计算

依据N个专家对各个指标不同节水灌溉方式所下的评语，按其标准隶属度进行平均，取平均隶属度作为该指标的隶属度。

5 有关指标的处理

　　节水灌溉项目综合评价指标有些为正向指标，如收益率、净现值、效益费用比、灌水均匀度、灌水强度、灌溉水利用率等，其指标值越大越好；有些为负向指标，如投资回收期，其指标越小越好。另外有些指标具有量纲。因此，在利用层次分析法求各节水灌溉方式的综合评价值时，必须对负向指标和有量纲指标进行技术处理。

　　5.1 指标的规范化 指标的规范化就是通过技术处理，消除指标间数量级差异过大和具有量纲的指标，使各指标在同一层次中具有可比性。具体方法是对指标进行指数化处理，即用同一指标数列中的最大值去除数列中的每一个指标，得到的商即为规范化处理后的指标值。用下式计算：Eii=Ei/Emax(10)

　　5.2 指标的同趋势化 指标的同趋势化就是将指标通过整理变换，使所有指标转化为同一方向。在建设项目经济评价中统一规定指标大者为优(正向指标)，这就要对指标小者为优(负向指标)的指标进行处理。具体处理方法可采用指标转置的方法，即大小值和求补法，用下式计算处理后的指标值：Eii=Emax+Emin-Ei(11)

式中：Eii为处理后的指标值；Emax为指标最大值；Emin为指标最小值；Ei为原指标值。

6 应用举例

　　某节水灌溉项目有管道灌溉、喷灌、滴灌、小管出流灌溉4个方案(分别为方案A、B、C、D)供选择，对其国民经济评价、技术指标计算、专家社会评价指标评判得到各评价指标见表1，下面用层次分析法选择最优节水灌溉方式。

　　6.1 指标处理 对表1中指标E1、E4、T1、T2作规范化处理；对指标E?3作规范化和同趋势化处理，处理后的结果见表2.

表1 各方案指标值

表2 评价指标规范化、同趋势化计算结果

　　6.2 各层指标权重计算 选8个专家对指标层和准则层构造权重判断矩阵，按式(5)～(9)计算其总排序和单排序指标权重和进行判断矩阵一致性检验。总排序指标权重和判断矩阵一致性检验计算见表3，其余计算略。

　　6.3 综合评判计算 由式(2)～(4)计算单层次指标综合值E、T、H；由式(1)计算各方案综合评判值Z，结果见表4.

表3 准则层权重判断矩阵及权重计算

表4 各层次综合评判值计算结果及总排序

7 结语

　　节水灌溉是今后农业灌溉的发展方向。由于节水灌溉的方式较多，实际应用中必然会遇到选择一种或几种节水灌溉方式，而选择时必须综合考虑诸多因素的影响，层次分析法是解决这类问题较为有效的方法。在本文中，综合考虑了经济、技术和社会3个大的因素以及各大要素中的小因素，使选择的节水灌溉方式更为经济、可靠、合理。

参 考 文 献：

　　[1] 罗金耀，陈大雕，王富庆，郭元裕。节水灌溉综合评价理论与模型研究[J]。节水灌溉1998，(4)

　　[2] 姜启源。数学模型[M]。北京：高等教育出版社。1996.6