基于模糊综合分析法的丰乐河灌区高效节水改造效益评价

张雪洁，张 芮，张梅花，赵 霞，王引弟，安亚鹏，蔺宝军

(1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.大禹节水集团，甘肃 兰州 730070)

水资源短缺是制约我国农村经济发展的最关键问题，因此水资源高效利用成为了重中之重。随着人口不断增长，经济持续快速发展，生态环境质量不断提升，节水改造工程的实施，水资源的利用率和效益也得到了显著的提高，并在一定程度上带来了经济效益，促进了社会、生态、环境等方面的发展。[1]

从1995年林性粹等[2]评价地面节水灌溉工程的时候，主要采用灌水质量、节水率、田间灌溉效率等经济效益指标。到2019年余航[3]对北屯灌区节水灌溉改造项目进行综合效益的评价时，从工程、社会、管理、可持续性等7个准则层，共选取了29个指标。可见我国对灌区高效节水改造效益评价越来越全面，取得了很大的进展。但同时也存在一定的问题，比如选择的指标相对模糊，针对性不强，不易获取或量化。

因此，本文采用模糊综合评价法，以丰乐河灌区为例，以经济效益、社会效益、环境效益3个方面为标准，根据该灌区的实际情况，共选取了11个具体指标，建立灌区高效节水改造综合效益评价体系，从而展开对该灌区进行评估。针对丰乐河灌区高效节水灌溉工程，从经济、社会、环境3个方面进行综合评价，旨在了解其现状，并对其进行评价；指出目前我国高效节水改造项目的建设与运营中的缺陷，并对其进行改进。

1 研究区概况

丰乐河灌区位于甘肃省酒泉市肃州区的东南部[4]，灌域内有3个乡镇2.64万人口，设计农业灌溉面积13.53万亩。灌区有小(2)型水库3座，引水渠首3座，引水渠系斗口以上衬砌率达95.05%，节水设施已全面覆盖，其中渠道防渗面积6.99万亩，高效节水管道输水灌溉面积为6.54万亩。灌区年内来水多集中于7—8月的地表径流，地表年均径流量0.97亿m3[5]。该区域是典型的严重缺水地区，每年的6月和9月旱情尤为严重。

丰乐河灌区建成于1956年，至今已运行60多年。灌区现状总体工程设施标准偏低，信息化覆盖程度不足，斗口计量设施缺乏，灌溉水利用系数不高，是典型的资源性、结构性缺水和现代化程度落后的灌区[6]。

2 结果与分析

2.1 评价方法

本次综合效益评价体系从经济效益、社会效益、生态效益这3个方面展开。由于评价指标具有各种模糊性和不确定性，则运用模糊综合评价法。该方法实际上就是按照模糊数学中包含的隶属度理论将定性评价转化成定量评价[7]，在使用的过程中，会对多个因素进行客观合理的综合评价，同时对于解决庞大复杂、难以量化的模糊工程评估问题有很好的效果[8]。其步骤如下：

(1)构建该灌区的评价指标体系。通过对相关文献资料的查阅与学习，筛选出影响该灌区效益的关键指标，确定出准则层和指标层，从而构建出适合该灌区的评价指标体系。

(2)建立评价模型。先根据模糊数学原理先构建单层效益评估模型，再结合构建的灌区节水效益两层指标体系，形成双层评价节水效益的综合模型。

(3)指标权重以及隶属度的确定。采用专家评价的方法确定各个指标的权重，建立相应隶属度的评价标准，将基本的数据代入到评价标准中，得到各个指标的隶属度。

(4)划分评价等级。查阅资料，按照以往等级划分的方法，划分评价分值，[90，100)分为一级，[75，90)分为二级，[60，75)分为三级，[30，60)分为四级，[0，30)分为五级，得到一个准确的分值，为最终的评价结果。

2.2 评价指标体系

建立一个合理的高效节水灌溉效益评价指标体系首先一定要搜集大量的资料并调查分析，以多个单一的评估指数为基础，组成评价指标体系，达到全面地体现出高效节水灌溉项目评价的各项要求[9]。所以，在系统分析和全面调查的前提下，按照科学性、适用性、针对性和简明性等基本原理，建立了相应的分级指标体系见表1[10]。在对特定的灌溉区域进行评价时，要根据当地的情况选择适宜的评价标准，建立适宜的评价指标体系。

2.3 评价模型

引入V={v1，v2，…，vm}为灌区高效节水效益评语集，每个元素对应的评价等级有m种，利用模糊数学原理构造单层效益评估模型为[11]:

B=A·R

(1)

(2)

式中，A、B—高效节水效益各评价因子的权向量和模糊数学法确定的待评样本的综合效益等级;R—专家赋分法构造的评价矩阵；ai、rij—效益评价因子i的权值及其隶属于等级j的程度。

设V={v1，v2，…，vm}为灌区节水效益评价的5个等级，待评样本隶属于一、二、三、四、五级的程度利用bj={b1，b2，b3，b4，b5}衡量，其数值大小称为隶属度。

结合以上单层综合评价模型和构建的灌区节水效益两层指标体系，形成双层评价节水效益的综合模型，其表达式为:

B=A·R

(3)

式中，A1、A2、A3—灌区节水效益综合评价体系中准则层各项因子的权重集；R1、R2、R3—反映高效节水效益的准则层各要素的评估值，即两层级间的变换矩阵；R11…R18、R21…R213、R31…R39—各个评价等级上每个元素的隶属度，其数值大小反映了趋近该等级的程度。

表1 灌区高效节水效益评价指标体系

为了更加直接明白的表述灌区高效节水改造的综合效益效益，将评价等级得的分区间定义为P=(一级，二级，三级，四级，五级)T=(90，75，60，30，0)T，其评价标准见表2。则定义最终评价的综合得分为D=B·P，灌区高效节水改造效益的优劣程度按照综合评分值D来判定。

表2 等级划分标准

2.4 指标权重与隶属度的确定

本次邀请了9位专家，通过专家打分的方式确定各层次的权重，见表3。评审人员根据灌区改造后的综合效益，按照上述11个指标的真实情况进行打分[13]。通过打分的统计结果确定各个指标的隶属度，见表4。

2.5 评价结果

将以上得出的数据代入模型公式中，计算结果如下：

表3 评价指标权重

表4 评价指标隶属度

D=B·P=(052，039，009，0，0)×(90，75，60，30，0)T=8145

最终确定灌区综合效益评价指数81.45分，按照最大隶属度准则确定丰乐河灌区属于较好这一等级[14]。根据表2的统计数据可知，在以上的11个评价指标中，所有指标的得分都分布在前面3个等级内，故该灌区评价得分较高。根据丰乐河灌区实际情况，改造总投资1.2亿元，建设内容有完善设施管理、渠系建筑物续建改造并配套建设信息化设施设备等，本次改造的节水综合效益成果较为显著。灌溉水利用系数高于甘肃省平均水平，达到0.6以上。灌溉面积不小于13.53万亩，耕地灌溉率达到100%，灌区信息化水平达到中级，生态用水保证率达到95%以上。从整体上看，该项目的节水效果和综合效益均处于较好的状态，其结果能够客观、准确地反映出该地区的实际生产状况。但由于是专家根据施工项目的具体情况，对各指标进行相应的打分，因此，在一定程度上专家的主观因素对其进行了一定的影响，今后进一步改进评价方法和完善评价体系。

3 结论

(1)本文运用模糊评价方法对灌溉高效节水改造进行效益评价，有效地克服了评价指标的含糊性，真实有效地反映本次高效节水灌溉改造项目的综合效果。

(2)从经济、社会和环境3方面11个指标进行全面评价，从而有效地解决了评价单一、片面性的弊端，而且指标体系数据比较容易获得，具有一定的实用性。

(3)由于目前甘肃省高效节水灌溉项目绩效评估工作尚处于探索阶段，因此本文对其他地区的节水灌溉改造技术的应用及综合效益的评价具有一定的借鉴意义。