节水灌溉方式的优化选择

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

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

评价指标

方案A

方案B

方案C

方案D

净现值E1

11.26

9.2

10.8

9.6

收益率E2

0.112

0.128

0.135

0.142

投资回收期E3

12.8

13.2

14.2

11.5

效益费用比E4

1.86

2.10

1.94

1.65

灌水均匀度T1

85.2

91.6

82.4

83.2

灌水强度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

地形适应性H2

1.0

1.0

1.0

1.0

作物适应性H3

1.0

0.9

0.8

1.0

农民欢迎程度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 评价指标规范化、同趋势化计算结果

评价指标

方案A

方案B

方案C

方案D

净现值E1

1.000

0.821

0.964

0.857

收益率E2

0.112

0.128

0.135

0.142

投资回收期E3

0.909

0.880

0.810

1.000

效益费用比E4

0.866

1.000

0.924

0.786

灌水均匀度T1

0.930

1.000

0.899

0.908

灌水强度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

地形适应性H2

1.000

1.000

1.000

1.000

作物适应性H3

1.000

0.900

0.800

1.000

农民欢迎程度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

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 各层次综合评判值计算结果及总排序

层次

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

总排序

1

2

4

3

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