毛夢(mèng)祺 丁忠義 董麗麗 賈斐斐

摘要：在熵權(quán)法求權(quán)重的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊線性規(guī)劃方法，建立適用于研究區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田利用結(jié)構(gòu)的模糊線性規(guī)劃模型，引入隸屬函數(shù)，求出模糊最優(yōu)解，從而得到項(xiàng)目區(qū)建設(shè)方案；采用逼近理想解排序法，構(gòu)建TOPSIS模型對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，4個(gè)行政村綜合效益水平為優(yōu)秀，3個(gè)行政村綜合效益水平為良好，2個(gè)行政村綜合效益水平一般，此方案為在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益三方面有機(jī)統(tǒng)一的可行方案。

關(guān)鍵詞：土地整理；高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田；模糊線性規(guī)劃；逼近理想解排序

中圖分類號(hào)：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）11-2813-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.11.065

Research on Comprehensive Evaluation of High-Standard Basic Farmland Construction Scheme Implementation Benefits——Take Damiao Township of Lingbi County as An Example

MAO Meng-qi， DING Zhong-yi， DONG Li-li， JIA Fei-fei

（School of Environment Science and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China）

Abstract： This paper build fuzzy linear programming model suitable for studying the use structure of high-standard basic farmland， based on seeking weight with entropy weight method， then import the subjection function to obtain fuzzy optimal solution so as to get the construction scheme of project areas. TOPSIS model is constructed to evaluate comprehensive benefit of high-standard basic farmland after the optimization design. The results show that four of the administrative villages comprehensive benefits reach excellent level， three of them are good level and the others are middle level. The scheme is feasible with organic unity of economic， social and ecological benefit.

Key words： land consolidation； high-standard basic farmland； fuzzy linear programming； TOPSIS

在國務(wù)院正式批準(zhǔn)《全國土地整治規(guī)劃（2011-2015）》，明確“十二五”土地整治目標(biāo)任務(wù)，部署2 666.67萬hm2高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田是鞏固農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)的核心，確保國家糧食安全的重要手段，是未來一段時(shí)期耕地保護(hù)和土地整治工作的重要內(nèi)容[1]。農(nóng)地整理在我國各地廣泛開展的時(shí)間較早，理論方法都比較成熟，但高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)可借鑒的方法和理論還比較少[2]。并且我國目前的絕大多數(shù)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目是按照規(guī)劃實(shí)施，規(guī)劃方案的合理性與科學(xué)性沒有一定的量化標(biāo)準(zhǔn)，其中人為因素較多。高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)方案實(shí)施效益綜合評(píng)價(jià)，可以避免規(guī)劃區(qū)域內(nèi)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益方面因項(xiàng)目實(shí)施而產(chǎn)生的負(fù)面影響；同時(shí)，以研究的結(jié)果科學(xué)地、合理地調(diào)整規(guī)劃方案，使規(guī)劃方案更加符合規(guī)劃區(qū)域的實(shí)際情況，促進(jìn)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[3]，更好地保護(hù)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田和提高耕地質(zhì)量。

本研究采用模糊線性規(guī)劃的方法，建立適用于研究區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田利用結(jié)構(gòu)的模糊線性規(guī)劃模型，提出相應(yīng)的建設(shè)方案，并運(yùn)用逼近理想解排序法，構(gòu)建TOPSIS模型對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)方案的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，盡可能消除過程中的人為因素，以期為同類型高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省靈璧縣大廟鄉(xiāng)，涉及沙灘、王場(chǎng)、馬莊、騎張、溝涯、殷莊、胡場(chǎng)、大廟、沙南等9個(gè)行政村，項(xiàng)目區(qū)東邊界是騎張村、殷莊村和大廟村村界，西邊界是大路鄉(xiāng)鄉(xiāng)界，北邊界是高樓鎮(zhèn)鎮(zhèn)界，南邊以302省道為界（東經(jīng)117°37′37″～117°43′50″，北緯33°45′13″～33°49′20″）。項(xiàng)目區(qū)總面積3 373.12 hm2，建設(shè)規(guī)模2 515.12 hm2，基本農(nóng)田面積2 067.58 hm2。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部有徐明高速、鮑虞路等主要交通干道，南端有302省道，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部農(nóng)村路網(wǎng)已經(jīng)初步形成，現(xiàn)狀水泥路狀況良好，但長度有限；現(xiàn)狀砂石路面由于修建時(shí)間長久，部分砂石已風(fēng)化，加之農(nóng)機(jī)長期碾壓，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)砂石路面坑洼不平；現(xiàn)狀土路條件較差，不能滿足群眾的出行要求，嚴(yán)重妨礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦，溝渠、河流比較多，因此，排澇是項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要問題。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有紅泥溝南北向貫穿全境，并且有利民溝和老濉河兩條重要排水渠系。區(qū)內(nèi)已有錯(cuò)綜的排水斗溝、農(nóng)溝及坑塘水面，總體上來說項(xiàng)目區(qū)內(nèi)澇水排水較為通暢。但項(xiàng)目?jī)?nèi)仍存在部分排水溝淤積的情況，水草叢生，樹根盤結(jié)，阻水現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致排水溝蓄水能力和排澇能力下降。

2 研究方法與模型

2.1 模糊線性規(guī)劃

1970年，Bellman等在多目標(biāo)決策的基礎(chǔ)上，提出模糊決策的基本模型，在該模型中，凡決策者不能精確定義的參數(shù)、概念和事件等，都被處理成某種適當(dāng)?shù)哪：蟍4]。1977年，Zimmerman首先討論了模糊線性規(guī)劃，把線性規(guī)劃的約束條件或目標(biāo)函數(shù)模糊化，引進(jìn)隸屬函數(shù)，從而導(dǎo)出一個(gè)新的經(jīng)典線性規(guī)劃問題。本研究從田間道面積、生產(chǎn)路面積、斗溝面積和農(nóng)溝面積等變量出發(fā)，建立約束條件，以經(jīng)濟(jì)利益為主要目標(biāo)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，形成模糊線性規(guī)劃模型，獲得高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)方案。

2.2 選取約束條件

項(xiàng)目要求在不改變?cè)型恋乩每臻g布局與性質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)缺性規(guī)劃設(shè)計(jì)，盡可能保留原有主干道與農(nóng)田水利設(shè)施，所以研究區(qū)內(nèi)存在農(nóng)村宅基地、殯葬用地、內(nèi)陸灘涂，河流水面等大片不動(dòng)工區(qū)，不在本次優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮范圍之內(nèi)。

綜合各類優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)中主要的影響因素有田間道面積、生產(chǎn)路面積、斗溝面積、農(nóng)溝面積、田間道防護(hù)林面積、生產(chǎn)路防護(hù)林面積。選取的約束條件分為土地總面積約束、項(xiàng)目資金約束和項(xiàng)目施工約束3個(gè)方面[5]。

2.2.1 土地總面積約束 x1+x2+x3+x4+x5+x6≤n，其中，土地總面積約束n為扣除原有道路面積、溝渠面積和其他不動(dòng)工區(qū)面積之后的項(xiàng)目區(qū)總面積。

2.2.2 項(xiàng)目資金約束 r1x1+r2x2+r3x3+r4x4+r5x5+r6x6≤m，其中，r1為每修建1 m2田間道所需要的資金，r2為每修建1 m2生產(chǎn)路所需要的資金，r3為每清淤1 m2斗溝所需要的資金，r4為每清淤1 m2農(nóng)溝所需要的資金，r5為每種植1 m2田間道防護(hù)林帶所需要的資金，r6為每種植1 m2生產(chǎn)路防護(hù)林帶所需要的資金，m為約束條件。

2.2.3 耕地面積約束 ■≥P，S總為項(xiàng)目區(qū)土地總面積，x7為建設(shè)后耕地面積，x0為原有耕地面積，該高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目不要求有新增耕地，但是按照保護(hù)耕地的原則，項(xiàng)目實(shí)施后，耕地面積也不得減少。

2.2.4 項(xiàng)目施工的約束 主要分為田間道工程約束、生產(chǎn)路工程約束、斗溝工程約束、農(nóng)溝工程約束，依次建立約束條件為：e1≥a1；e2≥a2；e3≥a3；e4≥a4。其中，a1，a2，a3，a4為模糊數(shù)，相應(yīng)隸屬度函數(shù)為：

Ua1（x）=（x-13 000）/（14 000-13 000）

Ua2（x）=（x-32 000）/（33 000-32 000）

Ua3（x）=（x-7 000）/（75 000-7 000）

Ua4（x）=（x-9 000）/（10 000-9 000）

2.3 構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)

本研究以經(jīng)濟(jì)利益為主要目標(biāo)，在兼顧研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)與布局要求的基礎(chǔ)上[6]，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：ymax（x）=c1vx1+c2vx2+c3vx3+c4vx4+c5vx5+c6vx6 （1）

式（1）中，c1，c2，c3，c4，c5，c6分別表示田間道工程、生產(chǎn)路工程、斗溝清淤工程、農(nóng)溝清淤工程、田間道防護(hù)林工程、生產(chǎn)路防護(hù)林工程對(duì)耕地總收益的貢獻(xiàn)率，滿足c1+c2+c3+c4+c5+c6=1，v為每公頃農(nóng)地的收益。

2.3.1 v的確定 項(xiàng)目的耕地經(jīng)濟(jì)效益分析以種植小麥、玉米為主，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，項(xiàng)目區(qū)復(fù)種指數(shù)180%，小麥單產(chǎn)6 750 kg/hm2，售價(jià)1.9元/kg，玉米單產(chǎn)7 050 kg/hm2，售價(jià)2元/kg，確定y取值3.96萬元。

2.3.2 c1，c2，c3，c4，c5，c6系數(shù)的確定 目前確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重涉及到的方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，主觀賦權(quán)法的客觀性較差，本研究采用客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法確定目標(biāo)函數(shù)系數(shù)。具體步驟如下：

①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。假設(shè)給定了k個(gè)指標(biāo)x1，x2，...，xk，其中xi=x1，x2，…，xn。假設(shè)對(duì)各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值為p1，p2，...，pk，那么pij=■。②求取各指標(biāo)信息熵，第i個(gè)指標(biāo)的信息熵Hi可定義為：Hi=-a■fijlnfij，其中，fij=■，a=■（假定當(dāng)fij=0時(shí)，fijlnfij=0）。③確定各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)求出的各指標(biāo)信息熵，求取各指標(biāo)權(quán)重（表2）：wi=■（i=1，2，...，k）。

2.3.3 確定目標(biāo)函數(shù)

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （2）

2.3.4 確定模糊線性規(guī)劃模型

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （3） x1≥（a1，d1）x2≥（a2，d2）x3≥（a3，d3）x4≥（a4，d4）0.010 04x1+0.006 01x2+0.000 6x3+0.000 32x4≤（a5，d5）x1+8x2+5.5x3+6x4+3x5≤（a6，d6）■≥P2.4 模型求解

模糊線性規(guī)劃模型求解步驟如下[7，8]：①約束條件伸縮指標(biāo)di取0，模糊約束退化為普通約束，求解普通線性規(guī)劃；②構(gòu)造模糊目標(biāo)集，使目標(biāo)函數(shù)模糊化；③模糊判決，利用單純形法求解新的普通線性規(guī)劃。

求得x1=2 067.58 hm2，x2=5.45 hm2，x3=11.49 hm2，x4=4.28 hm2，x5=2.92 hm2，即新修田間道13 625 m，新修生產(chǎn)路32 830 m，斗溝清淤7 130 m，農(nóng)溝清淤9 734 m。

3 優(yōu)化后土地綜合效益評(píng)價(jià)

3.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

以綜合效益為目標(biāo)層，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，選取耕地凈收益、產(chǎn)出投入比、交通長度增加率、溝渠長度增加率、農(nóng)田防護(hù)林覆蓋率和植被覆蓋率6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9]，采用熵權(quán)法賦權(quán)重（表3）。

3.2 綜合效益評(píng)價(jià)

采用逼近理想解排序方法建立綜合效益評(píng)價(jià)模型，正理想解是一設(shè)想的最優(yōu)的解，它的屬性值都達(dá)到最好的值；而負(fù)理想解是一設(shè)想的最劣的解，它的屬性值都達(dá)到各最壞的值，通過檢測(cè)評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解、負(fù)理想解的距離來進(jìn)行排序，若評(píng)價(jià)對(duì)象最靠近正理想解同時(shí)又最遠(yuǎn)離負(fù)理想解，則為最好；否則不為最優(yōu)[10]。

3.2.1 構(gòu)建加權(quán)決策矩陣 在熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，將標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣的每一個(gè)指標(biāo)與相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重相乘，得到加權(quán)決策矩陣。

V=v11 v12 … v1nv21 v22 … v2n■vm1vm2…vmn=b11·w1 b12·w1 …b1n·w1b21·w2 b22·w2 …b2n·w2■bm1·wm bm2·wm…bmn·wm（4）

（2）確定正、負(fù)理想解

當(dāng)各指標(biāo)值都達(dá)到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值時(shí)，取正理想解V+；當(dāng)各指標(biāo)值都達(dá)到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最差值時(shí)，取負(fù)理想解V-。

V+=v1+，v2+，…，vm+ （5）

V-=v1-，v2-，…，vm- （6）

（3）計(jì)算距離

分別計(jì)算各礦區(qū)評(píng)價(jià)向量到正理想解的距離Dj+和負(fù)理想解的距離Dj-。

Dj+=■ （7）

Dj-=■ （8）

（4）計(jì)算貼近度

各礦區(qū)評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的貼近度為

Cj=■，0≤Cj≤1 （9）

當(dāng)Cj=1時(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益最好，道路出行、灌溉排水等農(nóng)田配套設(shè)施的布局優(yōu)化較優(yōu)良；當(dāng)Cj=0時(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益極差，道路出行、灌溉排水等農(nóng)田配套設(shè)施的布局優(yōu)化亟需改善。結(jié)合本研究區(qū)的實(shí)際情況，將貼近度劃分為4個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，用以反映項(xiàng)目區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益情況（表4）。

4 結(jié)果與分析

利用逼近理想解排序法對(duì)項(xiàng)目區(qū)9個(gè)行政村高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到9個(gè)村與最優(yōu)方案的貼近度（表5）。

由表5可見，胡場(chǎng)村、馬莊村、沙灘村和王場(chǎng)村的道路出行、灌溉排水等農(nóng)田配套設(shè)施的布局優(yōu)化與理想值貼近度較高，溝涯村、騎張村、殷莊村的貼近度達(dá)到良好的標(biāo)準(zhǔn)，沙灘村和胡場(chǎng)村的綜合效益為中等水平，該方案綜合效益的優(yōu)秀率達(dá)到44.4%，33.3%為良好。其中與最優(yōu)方案貼近度最高的是王場(chǎng)村，貼近度最低的是沙南村。

大廟村和沙南村與理想值的貼近度均不高，處于中等水平。沙南村僅有約一半的行政村面積在項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)，而大廟村同樣只有小部分面積在研究區(qū)內(nèi)，且多數(shù)為建設(shè)用地。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)大廟村和沙南村的土地利用類型不完整，是導(dǎo)致與理想值貼近度不高的主要原因。

溝涯村、騎張村與殷莊村的綜合效益處于良好水平，3個(gè)行政村原有的基本農(nóng)田配套設(shè)施就比較完備，規(guī)劃前現(xiàn)狀已達(dá)到一定水平。溝涯村原有的道路體系已十分完善，大多數(shù)田間道路已經(jīng)硬化，生產(chǎn)路情況完好，所以其交通長度增加率比較低；加上溝涯村內(nèi)有一片面積較大的連片林地，所以其生態(tài)效益也相對(duì)較優(yōu)。騎張村與殷莊村現(xiàn)有的交通現(xiàn)狀良好，同時(shí)有一條紅泥溝南北貫穿兩行政村項(xiàng)目區(qū)，騎張村境內(nèi)還有條主要灌排渠系利民溝，且兩村的灌排網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較順暢，無需過多規(guī)劃排水溝渠，其溝渠長度增加率不是很高。

沙灘村、胡場(chǎng)村、馬莊村和王場(chǎng)村的綜合效益水平達(dá)到優(yōu)秀，與理想值貼近度較高。這4個(gè)行政村的基本情況比較類似，沙灘村和馬莊村現(xiàn)有水泥路面路況優(yōu)良，但長度有限，砂石路面損壞較嚴(yán)重，其規(guī)劃的田間道、生產(chǎn)路較多；同時(shí)兩村毗鄰，設(shè)計(jì)一條灌排斗溝東西向貫穿兩行政村，極大地改善了其灌排情況。王場(chǎng)村面積較大，位于整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的中心位置，是整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的樞紐，規(guī)劃設(shè)計(jì)了多條連接村莊的道路，胡場(chǎng)村與王場(chǎng)村毗鄰，其交通條件與灌排情況也得到較大改善，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)收益明顯提高。

5 結(jié)論

在安徽省靈璧縣相關(guān)部門提供各項(xiàng)有關(guān)資料和查閱項(xiàng)目區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查踏勘的基礎(chǔ)上，深入剖析了項(xiàng)目區(qū)內(nèi)9個(gè)行政村的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田現(xiàn)狀，進(jìn)行定性分析，并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量分析，采用基于熵權(quán)的模糊線性規(guī)劃方法，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，構(gòu)建約束條件，引入隸屬度函數(shù)，求出最優(yōu)解，獲得各項(xiàng)約束條件下路、溝、渠的優(yōu)化方案。構(gòu)建優(yōu)化后高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用逼近理想解排序法對(duì)項(xiàng)目區(qū)9個(gè)行政村高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，4個(gè)行政村的綜合效益水平達(dá)到優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，3個(gè)行政村的綜合效益水平為良好，2個(gè)行政村的水平為中等，此方案通過對(duì)田、水、路、林的統(tǒng)一整治，保護(hù)了高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，有效地提高了項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)利益，促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相統(tǒng)一的可行性規(guī)劃建設(shè)方案。這與該項(xiàng)目的承擔(dān)單位、實(shí)施單位、管理單位以及評(píng)審專家的評(píng)價(jià)一致，也與項(xiàng)目區(qū)實(shí)際相符合。

本研究采用系統(tǒng)化的數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)方案，在土地規(guī)劃各項(xiàng)規(guī)程的基礎(chǔ)上，盡可能地消除人為主觀因素，使規(guī)劃方案更加科學(xué)合理，為皖北地區(qū)類似高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田綜合效益的定量評(píng)價(jià)和定性分析提供了更加科學(xué)的依據(jù)和理論參考。但在模糊線性規(guī)劃模型的構(gòu)建中，約束條件的限定仍存在一些主觀意見，加上研究對(duì)象本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致該模型還有需要改進(jìn)之處。

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