常年灌溉地带节水灌溉效益评估----基于动态可拓TOPSIS法

尤 敏，吴凤平，沈俊源

(河海大学规划与决策研究所，南京 211100)

0 引 言

我国政府高度重视节水农业的发展，积极增加节水灌溉面积，提倡各级政府引导完善现代农业建设，节水灌溉在解决人口、资源、环境和可持续发展四大问题方面意义重大。我国灌溉地带依据年降水量划分，其中年降水量少于400 mm的常年灌溉地带主要分布在黄河中上游地区和西北内陆地区，这一地带的降水总量较少，季节降水分配不平均，当地的农作物生长普遍依赖人工灌溉。现以常年灌溉地带为例，试对节水灌溉技术经济效应进行评估。

从20世纪80年代起陆续有学者关注节水灌溉并对其进行评价，大致沿着定性研究过渡到定量研究，各利益割裂单独评价过渡到综合评价的脉络，具有代表性的方法包括模糊综合评价法[2，3]，灰色系统理论[4，5]，信息熵[6，7]，逼近理想解法(TOPSIS法)[8]等。通过总结以上研究方法发现，进行节水灌溉效益评价的关键在于确定各个具体评价指标对于总目标的相对重要程度，从而利用改进方法将定性指标与定量指标结合得出加权结果，做出评价。

1 节水灌溉效益评估

节水灌溉的效益与当地的经济承受力、技术可行性高度相关。针对这些复杂因素，引入可拓法动态赋权并结合改进后的TOPSIS法，构建科学的评价模型，合理规避评价过程中定性指标和定量指标之间存在的不相容性和关联性问题，对农业节水灌溉进行技术经济效应评估。

1.1 指标体系构建

遵循科学性原则、可操作性原则、简捷性原则及针对性原则，通过大量阅读文献[1，9，10]以及预先分析所采集数据的主成分，针对节水灌溉效益，提取出以下9个指标，并划分为技术效益和经济效益。

表1 节水灌溉效益评价指标体系

1.2 指标权重确定

基于简单关联函数的动态可拓[11]赋权法减少了常规打分法的主观因素影响，一方面不依赖主观判断，具有客观性；另一方面指标权重大小由实际观测值决定，观测样本不同得出的权重不同，具有动态性。为了达到凸显不利因素的效果，使得实际观测值趋向劣势变化时，指标权重随之增大。现将指标划分为两类：实际观测值越大越劣的成本型指标，实际观测值越大越优的效益型指标。

(1)计算实际观测值的简单关联函数值；成本型指标对应最优点在右端的简单关联函数(1)和效益型指标对应最优点在左端的简单关联函数(2)：

(2)

式中：aij≤vi≤bij，vi为第i个评价指标的实际观测值；Vij=(aij,bij)为第i个评价指标第j类评价等级的标准区间。

(2)求与各个指标关联度最大的等级jmax及对应的简单关联函数值rijmax；

(3)

(3)计算初步指标权重γi，并在模型中加入参数，以便后期调整参数值实现归一化；当实际观测值落入等级越大指标应被赋权越大时，

γi=jmax·[m-1+rijmax(vi,Vij)]

当实际观测值落入等级越小指标应被赋权越大时，

γi=(m+1-jmax)·[m-1+rijmax(vi,Vij)]。

式中：m是评价等级的数量。

1.3 基于熵值的相对接近度的确定

已知k个待评定物元，n个评价指标，m个评价等级，由k个物元关于第i个评价指标的实际观测值和n(m-1)个分级临界值组成zij，形成决策矩阵Z=(zij)(k+m-1)n。

为消除不同量纲对数据的干扰，将原始的决策矩阵规范化，得到F=(fij)(k+m-1)n}。

(4)

i=1,2,…,k+m-1;j=1,2,…,n

将规范化矩阵与上一步骤中得出的权重ωj相乘，得到加权规范化矩阵：

V=(vij)(k+m-1)n=(ωifij)(k+m-1)n

(5)

i=1,2,…,k+m-1;j=1,2,…,n

效益型指标的理想解x+j与负理想解x-j分别为x+j=max(vij)，x-j=min(vij)；成本型指标的理想解x+j与负理想解x-j分别为x+j=min(vij)，v-j=max(vij)。 本文采用相对熵值确定各个待评定物元与理想解和负理想解的距离S+i和S-i。

(6)

1.4 待评定物元的评估

首先遵循逼近理想解的原理，计算得出的εi越大，则待评定物元越优；反之，待评定物元越劣。其次根据最大关联度原则，利用Mk+1,Mk+2，…,Mk+m-1等分级临界值计算得出的相对接近度εk+1,εk+2,…,εk+m-1作为相对接近度的分级标准，将计算得出的相对接近度与其比对，归纳待评定物元的隶属等级，从而判断该区域节水灌溉的综合效应水平，针对评估结果采取相应措施。

2 实证分析

2.1 节水灌溉效益评价指标体系的建立

常年灌溉地带细分为两个亚区：黄河中上游和西北内陆区。节水灌溉效益评价指标体系中定量指标有7个，主要借助实地调查和田间取样确定实际观测值；定性指标邀请流域专家、行政领导和相关从业人员打分评估，并将评估结果处理成0～10分之间的数值。在遵循《节水灌溉技术规范》等行业标准的前提下，参考国内外的相关文献，结合节水灌溉现状，综合多方研究成果。最终得出黄河中上游和西北内陆区评价指标的原始数据和分级标准。

表2 常年灌溉地带区域节水灌溉原始数据与分级标准

2.2 基于动态可拓法确定权重

除了C23投资回收年限是唯一的实际观测值越大越不利的指标，适用于式(1)；其他指标的实际观测值都是越小越不利，适用于式(2)计算简单关联函数值。

表3 黄河上中游区、西北内陆区动态权重表

2.3 基于熵值确定相对接近度

已知本次实证分析由5个评级等级，2个待评定物元，8个评价指标组成。2个物元对8个评价指标的实际观测值和8×4个分级临界值组成zij，形成决策矩阵Z=(zij)6×24。由式(4)得到规范化矩阵F=(fij)6×8。由动态可拓赋权取得的两个权重分别是ω黄河上中游区=(0.121，0.205，0.149，0.171，0.099，0.103，0.111，0.041)，ω西北内陆区=(0.043，0.225，0.175，0.110，0.165，0.082，0.128，0.073)。与规范化矩阵F相乘得到两个不同权重的加权规范化矩阵：

采用相对熵值计算出两个不同权重的S+i和S-i及相对接近度εi。

2.4 评估常年灌溉地带节水灌溉的综合效应

根据黄河上中游区域节水灌溉实际观测值决定的权重，最终得出的相对接近度中，0.990、0.886、0.549、0.273构成了分级标准的临界值，此时的黄河上中游区的相对接近度为0.091，处于Ⅳ类偏下；而由西北内陆区域实际观测值决定的权重得出的相对接近度中，0.997、0.909、0.572、0.320为分解标准临界值，此时的西北内陆区的相对接近度是0.148，处在Ⅳ类居中的位置。

3 结 论

常年灌溉地带是节水灌溉工程分布密度较大的地区，适宜作为节水灌溉综合效应评估的典型示范案例。在应用动态可拓赋权结合改进TOPSIS的方法来评估节水灌溉综合效应的过程中，提出几点参考方向。

(1)节水灌溉是综合的系统的评估对象，需要从技术效应和经济效应方面以及定性和定量角度多方面多视角加以考虑。

(2)黄河上中游区位于河流上游，生态环境极度脆弱，水土流失严重。该区域节水灌溉的综合效益提升应该注重保护生态，造福下游，考虑利用水价等经济杠杆推动发展节水灌溉。西北内陆区干旱少雨，属于资源型缺水地区，经常发生上下游争水冲突。该区域节水灌溉的重点应落在上下游统一调配，协调时空水资源分布。

(3)节水灌溉的效益评估由多重因素组成，是个多目标问题。在评估方法上，应用可拓法对实际观测值动态赋权，削弱了主观因素的影响，具备客观性和动态性的优点。结合TOPSIS法，通过与理想解的接近程度衡量待评估物元优劣，计算步骤简洁易懂，具备实用性，尤其适用于多目标多元评价体系。

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