基于层次分析法的灌区水位测量设备选型探析

侯亚洲，许士欣

（1.临沂市水利工程保障中心，山东 临沂 276000；2.临沂市水利资源开发服务中心，山东 临沂 276000）

当前，随着灌区信息化水平的提升，自动化水位测量设备将逐步替代传统水尺。如何选择合适的水位测量设备是灌区现代化改造过程中遇到的问题，依靠主观判断难以综合评价各种水位设备性能特点并做出可靠选择，本文应用层次分析法建立水位测量设备选型决策模型，将管理经验及设备特性量值化，排列出各设备的优劣次序作为决策依据。

1 建立层次分析模型

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是由美国运筹学家，匹兹堡大学Saaty教授于20 世纪70 年代初创立的一种决策分析数学模型，适用于现实中大量存在的无结构决策问题，将定性问题量值化为其显著特点，通过建立决策问题的递阶层次结构，构造递阶层次中每一层元素对于上层支配元素的权重，然后进行层次总排序，从而得出决策问题备选方案的优劣排序，以供决策参考。

1.1 建立层次结构图

将决策的目标、准则和方案自上而下地分解成若干层次，绘出层次结构图，其中最高层为目标层；中间层为实现目标而遵循的准则，准则层因子一般不多于9 个，中间层可以有1 个或多个，准则过多时可以分解出子准则层；最低层为方案层。

本文根据临沂市大中型灌区骨干渠道量水设备的选型一般遵循管理、施工、造价等要求，选择测量范围、测量精度、工程造价、稳定性及管护方便程度5 项因素作为评判因子，以雷达水位计、压力式水位计、浮子式水位计、超声波水位计（气介质）和电子水尺设备为方案层，构造出水位计选型评判指标体系如图1 所示。

图1 水位计选型评判指标体系

1.2 建立判断矩阵

从准则层开始，对于上一层每个因子的同一层所有因子，构造判断矩阵，直到方案层。判断矩阵是表示本层所有因子针对上一层某一个因子的相对重要性的比较，通过因子两两相互比较，确定各层次各因子之间的权重。

通过查阅5 种水位设备资料，听取专家、灌区管理人员和施工人员意见，构建准则层判断矩阵O-C（见表1），及方案层判断矩阵C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B（分别见表2～表6）。

表1 准则层判断矩阵O-C

表2 方案层判断矩阵C1-B

表3 方案层判断矩阵C2-B

表4 方案层判断矩阵C3-B

表5 方案层判断矩阵C4-B

表6 方案层判断矩阵C5-B

然后根据判断矩阵计算出排序向量ω=（ω1，ω2，ω3，ω4，ω5）T。

计算结果如下：

准则层对目标层的排序向量

ω（2）=（0.066 0，0.066 0，0.341 9，0.184 3，0.341 9）T

方案层对准则层因子排序向量

由于AHP 构造矩阵中不允许出现矛盾判断，需要复核判断矩阵的一致性。计算随机一致性比例CR=CI/RI，其中RI 为平均随机一致性指标，取值见表7；CI 为一致性指标（λmax为最大特征值）。

表7 平均随机一致性指标

当判断矩阵的CR＜0.1 时可认为矩阵具有满意的一致性，是可以接受的，否则说明矩阵存在矛盾，应对因子评价重新修正。经计算，判断矩阵O-C、C1-B、C2-B、C3-B、C4-B、C5-B 的CR 值分别为0.001 1、0.013 8、0.013 2、0.054 7、0、0.002 9，具有满意的一致性。

2 总目标的合成权重

将各层权重进行合成，得到方案层中每个方案对总目标的权重，对于上层支配因子权重的计算自上而下进行，可以得到方案层中每个元素对于总目标的排序向量ω（3）=P（3）ω（2），ω（3）中各分量的大小决定对应的方案优劣程度，总目标的合成权重见表8。

表8 总目标的合成权重

根据表8 的结果，得出量水设备的优选顺序为雷达水位计、电子水尺、超声波水位计、压力式水位计、浮子水位计。

3 结 语

精准的用水监测是灌区现代化管理的基础，是提高水资源利用效率和效益的重要手段，其核心是量水设施的布局和选型应当满足必要的水力学条件和经济实用原则。层次分析法（AHP）可以改变传统决策的视角，将管理经验及设备特性量化，减少主观判断导致的决策失误，提高决策的科学性。本文给出的排序结果主要针对临沂市灌区常用的水工建筑物量水设施的选择，灌区渠道量测水设施的种类很多，影响选择的因素也很多，应根据具体情况建立合适的决策模型。