甄永權(quán)

(阜新市阜蒙縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 阜新 123135)

小型農(nóng)田水利工程為保障我國糧食產(chǎn)量與灌區(qū)正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其中灌區(qū)產(chǎn)糧約占我國糧食總量的75%以上，而小型農(nóng)田水利建設(shè)在很大程度上決定了灌區(qū)的高效運(yùn)行。小型農(nóng)田水利工程因存在施工難度低、工程投資少、建設(shè)規(guī)模小、分布范圍廣等特點(diǎn)，也可稱為“小農(nóng)水”工程，且施工和設(shè)計(jì)過程中普遍存在重視程度低的情況。同時(shí)，針對小型農(nóng)田水利工程各地政府的管理力度不夠，由此大大降低了其功能效應(yīng)，為了充分發(fā)揮小型農(nóng)田水利應(yīng)有的效益應(yīng)加強(qiáng)其運(yùn)行管理能力。實(shí)踐表明，將區(qū)域小農(nóng)水治理績效運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行評價(jià)，為提升小型農(nóng)田水利治理績效和保證灌區(qū)正常運(yùn)行的重要前提。

目前，對于小農(nóng)水治理績效的評價(jià)ANP法逐漸引起國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，周曉平、楊斌等以小型農(nóng)田水利工程為例，將其治理績效水平運(yùn)用ANP法進(jìn)行科學(xué)分析，并提出該方法計(jì)算各參評因子權(quán)重時(shí)具有良好適用性和可行性，可為提升灌區(qū)運(yùn)行管理水平和小農(nóng)水除險(xiǎn)加固整治提供決策依據(jù)。SD軟件為傳統(tǒng)ANP法的常用處理工具，實(shí)例分析時(shí)該過程涉及的環(huán)節(jié)多、運(yùn)算過程復(fù)雜，且主觀隨意性對ANP法權(quán)重計(jì)算的影響較大。因此，文章將Fuzzy法與ANP法相耦合建立小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)模型，為了實(shí)現(xiàn)高效、快速的預(yù)測分析引入Matlab軟件和SD軟件，從而大大降低了傳統(tǒng)AHP法的運(yùn)算量[1-2]。

1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)符合一定的原則，從而保證評價(jià)體系能夠系統(tǒng)、全面的體現(xiàn)農(nóng)田水利的運(yùn)行管理現(xiàn)狀，具體如下：

1)統(tǒng)籌兼顧原則：參評因子的選取應(yīng)盡可能的覆蓋小型農(nóng)田水利的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性、工程效率、社會影響等多方面內(nèi)容，評價(jià)因子要與工程治理績效密切相關(guān)，綜合考慮農(nóng)田水利的各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建綜合性評判體系。

2)科學(xué)性原則：小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)體系要選取信息量豐富、可比性強(qiáng)、代表性好且相互獨(dú)立的要素。

3)系統(tǒng)性原則：為了可以系統(tǒng)、全面的提升農(nóng)田水利運(yùn)行管理現(xiàn)狀，應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際狀況選取自成系統(tǒng)的評判體系，同時(shí)反映小型農(nóng)田水利現(xiàn)狀存在的問題、未來變化特征和發(fā)展趨勢等，符合系統(tǒng)性和動態(tài)性原則。

目前，尚未形成統(tǒng)一、完善的農(nóng)田水利治理績效評估體系和方法，結(jié)合阜蒙縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)和小農(nóng)水建設(shè)實(shí)際情況，依據(jù)專家咨詢法、理論統(tǒng)計(jì)法、頻率統(tǒng)計(jì)法和相關(guān)文獻(xiàn)資料，最終選取生態(tài)環(huán)境、工程效率和社會影響3個(gè)一級指標(biāo)和12項(xiàng)二級指標(biāo)，構(gòu)建適用于該地區(qū)的小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)體系[3-7]，見表1。

表1 阜蒙縣小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)體系

2 ANP-Fuzzy方法

ANP-Fuzzy法屬于一種耦合了Fuzzy評價(jià)法和ANP網(wǎng)絡(luò)分析法的綜合評價(jià)法，該方法可以客觀描述不同參評要素間的相互關(guān)系，同時(shí)可量化各項(xiàng)評價(jià)因子值，比較準(zhǔn)確的揭示小型農(nóng)田水利治理績效各指標(biāo)間的邏輯關(guān)系，從而確保評價(jià)結(jié)果的可靠性和精準(zhǔn)度。采用ANP-Fuzzy法評價(jià)小型農(nóng)田水利的流程如下：

1)結(jié)合小型農(nóng)田水利治理績效評估體系和ANP法基本原理，評判不同參評要素間的邏輯關(guān)系，按照梯階層次結(jié)構(gòu)建立治理績效評估體系。

2)通過對ANP法加權(quán)超矩陣的運(yùn)算處理，獲取各項(xiàng)參評因子的初始權(quán)重，設(shè)Bi(i=1，2，3……m)、Bij(j=1，2，3……n)為ANP綜合評價(jià)體系中的一級和二級指標(biāo)，依據(jù)專家意見判別兩兩要素間的相互關(guān)系，按照1-9標(biāo)度準(zhǔn)則構(gòu)造判斷矩陣，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)換處理后形成特征向量，經(jīng)一致性檢驗(yàn)獲取滿足科學(xué)合理性要求的局部權(quán)重Wij。

3)標(biāo)準(zhǔn)化處理權(quán)重矩陣Wij，經(jīng)ANP法轉(zhuǎn)換處理獲取極限矩陣W+，采用公式(1)可計(jì)算得到各參評因子權(quán)重，在i趨于無窮大的條件下，各指標(biāo)權(quán)重即為矩陣W+的列向量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

4)運(yùn)用模糊線性法處理評估體系中的二級指標(biāo)，依據(jù)該運(yùn)算結(jié)果可形成一級指標(biāo)評判矩陣如下：

(2)

式中，fij為隸屬于某個(gè)等級時(shí)被考核二級指標(biāo)Bij的次數(shù)，rij為相對隸屬度。

5)結(jié)合小型農(nóng)田水利治理績效的一級評價(jià)指標(biāo)值及其權(quán)重矩陣形成總評價(jià)向量Pi，設(shè)治理績效評判等級有t個(gè)，則總評價(jià)向量表達(dá)式為：

(pi1，pi2，…，pij)

(3)

6)根據(jù)總體評價(jià)矩陣及其一級指標(biāo)權(quán)重，利用下式獲取小型農(nóng)田水利治理績效的綜合評價(jià)向量，依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)輸出最終的評價(jià)等級，即：

Q=W·P=(q1，q2，…，qt)

(4)

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 區(qū)域概況

阜蒙縣地處遼寧省西北部，東與新民、黑山、彰武接壤，南與義縣、北寧相連，西與北票毗鄰，北靠內(nèi)蒙古奈曼旗、庫倫旗，其地理位置為E41°44′-42°34′、N121°01′-122°26′之間。阜蒙縣土地資源豐富，總土地面積6245.1km2，其中耕地面積25.46萬hm2，占總面積的40.77%，農(nóng)村人均占有耕地0.398 hm2，居全省第一位，土地面積優(yōu)勢突出；園田面積1807hm2，占總面積的0.29%；林地面積15.64萬hm2，森林覆蓋率為25.04%，近年來退耕還林、還草、栽植果樹效果顯著；現(xiàn)有5.24萬hm2牧草地逐步在改造，發(fā)展速度較快，占總面積的8.38%；其它用地面積15.94萬hm2，占總面積的25.52%。

該區(qū)域?yàn)楸睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，氣候特點(diǎn)為冬春少雨干旱、夏秋多雨炎熱、四季分明、光照充足，平均氣溫7.2℃，太陽輻射量138.5kJ/cm2，平均降水量500mm。年內(nèi)降水分配極不均衡，其中5-9月降水為425mm，占全年的85%，日照時(shí)數(shù)2865.5h。縣域地勢東部平洼，中部多丘陵、低山，北部丘陵，南部低山，西北以丘陵、低山為主，境內(nèi)海拔最低、最高點(diǎn)為45.8m和831.4m，按成因?qū)⒌孛残螒B(tài)大致分為堆積、剝蝕和構(gòu)造三類，土壤類型以褐土、棕壤土、草甸土、水稻土和風(fēng)沙土為主。阜蒙縣物產(chǎn)資源豐富，森林覆蓋率較高，農(nóng)作物主要有花生、大豆、高粱、小雜糧、谷子、玉米和薯類；樹種有杏、棗、榆、楊、柳、柏、松、梨等174種，礦產(chǎn)資源有膨潤土、石灰石、硅石、鐵、煤炭等。由于特殊的地形地貌、氣候環(huán)境和歷史條件，加之灌溉用水效率低和區(qū)域水資源量少等原因，使得阜蒙縣農(nóng)田有效灌溉面積呈不斷下降趨勢；另外，現(xiàn)有的小型農(nóng)田水利設(shè)施比較落后，農(nóng)田覆蓋率和灌區(qū)用水效率的減少，對滿足農(nóng)作物生長需水量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民創(chuàng)收等產(chǎn)生不利影響，不利于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

為了從根本上解決以上問題，水利發(fā)展“十三五”期間，全縣在原有5.31萬hm2灌溉面積的基礎(chǔ)上，建設(shè)節(jié)水灌溉面積1.33萬hm2，其中：新增1萬hm2；非節(jié)水灌溉面積改造為節(jié)水灌溉面積3333hm2。使阜蒙縣水澆地面積在“十三五”期末達(dá)到了4.98萬hm2，非水澆地3333hm2，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村人口人均0.07hm2水澆地的目標(biāo)。1萬hm2水澆地全部為節(jié)水灌溉，其中：渠道防滲灌溉面積3273hm2，移動、半固定噴灌面積3613hm2，管灌面積1400hm2，微噴灌面積1713hm2。新建水源工程1690處，其中：塘壩4座，方塘63座，建攔河引水工程11處，打機(jī)電井1552眼，灌溉站24座，自流引水工程14處，潛流22處。非節(jié)水灌溉面積改造為節(jié)水灌溉面積3333hm2中，渠道防滲灌溉面積740hm2，移動、半固定噴灌面積1353hm2，管灌面積620hm2，微、噴灌面積620hm2。全縣農(nóng)業(yè)發(fā)展以綠色農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)為主功方向，建設(shè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化基地為導(dǎo)向，通過農(nóng)田水利基本建設(shè)，在很大程度上提升了農(nóng)機(jī)化綜合水平，經(jīng)過多年的建設(shè)改造形成了較為完善的農(nóng)業(yè)科技服務(wù)體系和灌排系統(tǒng)。

結(jié)合現(xiàn)有評判標(biāo)準(zhǔn)和上述阜蒙縣的農(nóng)田水利建設(shè)情況，選用適用于正態(tài)分布數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)差分級法，將小農(nóng)水治理績效評價(jià)體系劃分為Ⅰ-Ⅴ級，各等級劃分情況見表2。

3.2 ANP法確定權(quán)重

根據(jù)阜蒙縣近3年小型農(nóng)田水利建設(shè)相關(guān)資料，提取治理績效各參評因子初始數(shù)據(jù)，結(jié)合ANP模型基本原理和專家意見對各項(xiàng)因子打分，從而建立權(quán)重計(jì)算模型和判斷矩陣。受文章篇幅限制僅列出了一級指標(biāo)工程效率B1的判斷矩陣，見表3-表4。

表2 阜蒙縣農(nóng)田水利治理績效分級情況

表3 一級指標(biāo)判斷矩陣

表4 工程效率B1判斷矩陣

通過一致性檢驗(yàn)所有評價(jià)指標(biāo)確保農(nóng)田水利治理績效評價(jià)的合理性，運(yùn)用SD軟件和ANP法獲取相應(yīng)的極限矩陣，見表5，各指標(biāo)權(quán)重即為相應(yīng)的列向量。然后將阜蒙縣小型農(nóng)田水利治理績效評價(jià)體系的一級指標(biāo)權(quán)重W利用SD軟件求解，結(jié)果為：W=(0.500，0.250，0.250)；同理，按照相同的方法和流程獲取工程效率子系統(tǒng)下屬的二級指標(biāo)權(quán)重為：W1=(0.135，0.042，0.102，0.195)；社會影響子系統(tǒng)下屬的二級指標(biāo)權(quán)重為：W2=(0.133，0.097，0.072，0.056)；生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性子系統(tǒng)下屬的二級指標(biāo)權(quán)重為：W3=(0.051，0.057，0.024，0.035)。

表5 農(nóng)田水利工程ANP極限矩陣

續(xù)表5 農(nóng)田水利工程ANP極限矩陣

3.3 Fuzzy法確定工程治理績效等級

為了保證小型農(nóng)田水利治理績效各指標(biāo)評價(jià)的公正性和客觀性，邀請熟悉當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利建設(shè)情況的9位專家參與評分，這9位專家來自不同文化等級、職業(yè)和年齡段。各項(xiàng)評估等級與參評因子相對應(yīng)，統(tǒng)計(jì)整理專家評定情況，匯總隸屬于不同等級的頻次見表6。

表6 評估等級出現(xiàn)頻次歸總表

根據(jù)模糊線性變換法和Matlab軟件，利用文中所述公式構(gòu)造各二級指標(biāo)評判矩陣，充分考慮專家意見和農(nóng)田水利建設(shè)實(shí)際情況確定治理績效評價(jià)矩陣Rjt，因此工程效率方面農(nóng)田水利治理績效評價(jià)矩陣如式(5)。然后利用模糊數(shù)學(xué)法和已獲取的各指標(biāo)權(quán)重，確定該子系統(tǒng)對應(yīng)的評價(jià)向量：B11=(0.062，0.177，0.234，0，0)。

(5)

按照相同的流程和方法，可依次獲取生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性和社會影響子系統(tǒng)的評價(jià)向量，見表7。

表7 阜蒙縣農(nóng)田水利治理最終評價(jià)

從表7可以看出，工程效率子系統(tǒng)達(dá)到一般等級，而生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性和社會影響子系統(tǒng)達(dá)到較好等級。由此表明，阜蒙縣農(nóng)田水利治理大大提升了工程效率，對提升農(nóng)田水利施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平等具有積極作用，為充分發(fā)揮研究區(qū)農(nóng)田水利應(yīng)用的功能效應(yīng)提供了重要保障。

4 結(jié) 論

區(qū)域農(nóng)田水利工程治理績效在很大程度上決定了其農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，隨著農(nóng)田水利建設(shè)投資的不斷增加，當(dāng)前亟需形成一套符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況、評價(jià)客觀公眾且操作簡便的績效評價(jià)體系。文章在詳細(xì)分析Fuzzy法和ANP法基本原理的基礎(chǔ)上，將二者有機(jī)結(jié)合用于農(nóng)田水利的治理績效評價(jià)，并以阜蒙縣農(nóng)田水利工程為例驗(yàn)證了該方法的科學(xué)合理性。結(jié)果表明，ANP-Fuzzy法可以較為客觀、全面的反映農(nóng)田水利運(yùn)行管理情況，可為灌區(qū)節(jié)水改造和區(qū)域農(nóng)田水利治理績效評估提供一種新的途徑。