崔亞鋒,陳 菁,代小平

(1.水利部松遼水利委員會(huì)流域規(guī)劃與政策研究中心,吉林長(zhǎng)春 130021; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098;3.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院,河南鄭州 450011)

基于灰色關(guān)聯(lián)模型的松花江流域大型灌區(qū)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

崔亞鋒1,陳 菁2,代小平3

(1.水利部松遼水利委員會(huì)流域規(guī)劃與政策研究中心,吉林長(zhǎng)春 130021; 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098;3.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院,河南鄭州 450011)

通過實(shí)地問卷調(diào)研,獲得松花江流域大型灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀基礎(chǔ)數(shù)據(jù),結(jié)合當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)實(shí)際情況,建立灌區(qū)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià),最終得出松花江流域大型灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀優(yōu)劣程度,評(píng)價(jià)結(jié)果將為松花江流域大型灌區(qū)節(jié)水改造及其投資的優(yōu)先次序確定提供參考依據(jù)。

松花江流域;大型灌區(qū);熵值法;灰色關(guān)聯(lián)模型;現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

2009年4月8日,國(guó)務(wù)院召開國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議,討論并原則通過《全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃(2009—2020年)》,會(huì)議指出,糧食安全始終是治國(guó)安邦的頭等大事,也是當(dāng)前擴(kuò)大內(nèi)需、應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī)的重要基礎(chǔ)。必須堅(jiān)持立足國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)糧食基本自給的方針,建立糧食生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制,保護(hù)和調(diào)動(dòng)農(nóng)民種糧積極性、科技人員創(chuàng)新積極性、地方政府抓糧積極性,著力提高土地產(chǎn)出率、資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率,增強(qiáng)糧食綜合生產(chǎn)能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力,確保國(guó)家糧食安全[1]。

東北地區(qū)是我國(guó)糧食生產(chǎn)核心區(qū),是我國(guó)最大的玉米、優(yōu)質(zhì)粳稻和大豆產(chǎn)區(qū),包括黑龍江、吉林、遼寧三省,占全國(guó)糧食生產(chǎn)核心區(qū)縣總數(shù)的31%。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì),2008年東北三省糧食產(chǎn)量約8925.3萬t,占全國(guó)糧食產(chǎn)量的16.9%[2]。東北地區(qū)為中國(guó)濕地資源最為豐富的地區(qū),濕地類型以淡水沼澤和湖泊為主,總面積為673.78萬hm2,占東北地區(qū)總面積的8.53%,占全國(guó)濕地總面積的17.51%。濕地與人類的生存息息相關(guān),是天然的蓄水庫和重要的基因庫,因此,在保護(hù)東北地區(qū)濕地的前提下,增加糧食產(chǎn)量,需要在現(xiàn)有耕地的基礎(chǔ)上,節(jié)約水資源,提高土地的利用效率和作物的產(chǎn)量。東北地區(qū)大型灌區(qū)眾多,尤以松花江流域中的松嫩平原居多,其流域內(nèi)的大型灌區(qū)分布廣泛,對(duì)其運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià),及時(shí)反饋灌區(qū)存在的問題,對(duì)于灌區(qū)今后的節(jié)水改造具有重大意義,也為提高糧食產(chǎn)量作出貢獻(xiàn)。

關(guān)于灌區(qū)現(xiàn)狀的評(píng)價(jià),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的研究工作,1990年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織召開了關(guān)于性能評(píng)價(jià)研討會(huì),在實(shí)例應(yīng)用研究中作了灌區(qū)比較評(píng)價(jià)。1990—2000年間,國(guó)外眾多學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了研究,主要有 Molden等[3]、Svendsen等[4]和Bos[5]。Svendsen等[4]利用系統(tǒng)分析的方法對(duì)灌區(qū)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究,為灌區(qū)性能評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ),此方法的優(yōu)點(diǎn)在于將復(fù)雜的灌溉過程分為幾個(gè)系統(tǒng)分開來研究。

國(guó)內(nèi)對(duì)于灌區(qū)評(píng)價(jià)最早的研究者是茆智教授,他在研究我國(guó)的灌區(qū)現(xiàn)狀時(shí),提出了一套比較全面的評(píng)價(jià)指標(biāo),并且對(duì)湖北漳河灌區(qū)在改造之前的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià),分析了灌區(qū)尚存在的不足之處,提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施[6]。周明耀等[7]運(yùn)用低階多層次灰色評(píng)價(jià)方法對(duì)灌區(qū)管理現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)[7]。王久順等[8]運(yùn)用投影尋蹤技術(shù)對(duì)灌區(qū)改造進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

筆者認(rèn)為,對(duì)于灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀的研究若僅局限于單一灌區(qū),不進(jìn)行灌區(qū)之間的比較,則意義不大,通過灌區(qū)之間的比較,并且把分析結(jié)果及時(shí)反饋給灌區(qū)管理單位,使其了解到自身的問題所在以及與其他灌區(qū)之間的差異,對(duì)灌區(qū)今后的發(fā)展將十分有利。

1 熵值法及灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)模型

1.1 熵值法

指標(biāo)權(quán)重確定一般分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法確定出的指標(biāo)權(quán)重主要取決于專家的知識(shí)結(jié)構(gòu)、工作經(jīng)驗(yàn)及偏好,存在著主觀隨意性,可能影響評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。故本文采用客觀賦權(quán)法中的熵值法,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。

熵值法基本步驟如下:

a.計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下,第i個(gè)灌區(qū)的特征比重

對(duì)于越大越優(yōu)型指標(biāo),指標(biāo)值xij直接代入上式計(jì)算;對(duì)越少越優(yōu)型指標(biāo),則先取指標(biāo)值xij的倒數(shù),再代入上式計(jì)算。

b.計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值

其中k＞0,ej＞0。如果xij對(duì)于給定的j全部相等,那么Pij=此時(shí)ej=k ln(n)。

ijj

c.計(jì)算指標(biāo)xj的差異性系數(shù)

d.確定權(quán)重

1.2 灰色關(guān)聯(lián)模型

灰色關(guān)聯(lián)法是基于灰色系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)分析的一種評(píng)價(jià)方法?；疑碚撌墙橛谕耆芍屯耆豢芍g的,灰色性廣泛存在于各種系統(tǒng)中;關(guān)聯(lián)分析是根據(jù)系統(tǒng)各因素間或各系統(tǒng)行為間的數(shù)據(jù)列或指標(biāo)列的發(fā)展態(tài)勢(shì)與行為做相似或相異程度的比較,以判斷因素的關(guān)聯(lián)與行為的接近。關(guān)聯(lián)分析具有以下優(yōu)點(diǎn),不追求大樣本,不要求數(shù)據(jù)有特殊的分布,計(jì)算量比回歸分析小,可以得到較多的信息(關(guān)聯(lián)序、關(guān)聯(lián)矩陣等)。

灰色關(guān)聯(lián)模型符合本文評(píng)價(jià)松花江流域大型灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀的要求,可以使不同灌區(qū)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,另外對(duì)于同一個(gè)灌區(qū)而言,也能使其進(jìn)行橫向的等級(jí)關(guān)聯(lián)分析,與其他模型相比,灰色關(guān)聯(lián)模型更能突出灌區(qū)對(duì)比的重點(diǎn),從而評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際情況[10]。其基本步驟如下:

1.2.1 灌區(qū)狀況與評(píng)價(jià)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

灌區(qū)運(yùn)行狀況綜合評(píng)價(jià)中,灌區(qū)的總體性能是通過諸多評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合反映的。因此,灌區(qū)總體性能與評(píng)價(jià)因子之間存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系。從數(shù)學(xué)上描述,設(shè)灌區(qū)總體性能定義為γ,相應(yīng)的m個(gè)評(píng)價(jià)因子記為xj,則xj與γ的關(guān)聯(lián)關(guān)系可表示為

式中:f{·}為集合{x1,x2,…,xm}相對(duì)于γ的關(guān)聯(lián)測(cè)度函數(shù);θ(⊕)稱為灰量,表示這種關(guān)聯(lián)函數(shù)中不確定信息或不完全的缺省部分;S=(x,y,z)為空間坐標(biāo)量,表示不同空間的灌區(qū);T為時(shí)間坐標(biāo)量。

1.2.2 關(guān)聯(lián)模式識(shí)別模型的建立

a.樣本矩陣的建立。設(shè)有n個(gè)待評(píng)價(jià)灌區(qū),共有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),每個(gè)灌區(qū)的所有評(píng)價(jià)指標(biāo)值用向量表示,記為xi=(xi1,xi2,…,xim),i=1,2,…,n,從而得到原始評(píng)價(jià)矩陣Xn×m=(xij)n×m。

式中:xij為第i個(gè)灌區(qū)第j個(gè)指標(biāo)的觀測(cè)值,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

b.評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)矩陣的建立。設(shè)灌區(qū)運(yùn)行狀況按C個(gè)級(jí)別進(jìn)行識(shí)別,C個(gè)級(jí)別的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值矩陣為

式中:shj為第j個(gè)指標(biāo)第h級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值,h=1,2,…,C;j=1,2,…,m。

c.矩陣元素規(guī)格化。為消除指標(biāo)物理量綱不同帶來的影響,在評(píng)價(jià)之前需將樣本矩陣和標(biāo)準(zhǔn)矩陣中各指標(biāo)元素規(guī)格化。設(shè)1級(jí)為灌區(qū)運(yùn)行狀況很好,C級(jí)為灌區(qū)運(yùn)行狀況很差,這兩種狀況的相對(duì)隸屬度分別定為1和0。第二級(jí)至C-1級(jí)為灌區(qū)運(yùn)行狀況很好與很差兩個(gè)極點(diǎn)間的中間狀態(tài)。灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)值與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)灌區(qū)運(yùn)行狀況的相對(duì)隸屬度分別按線性內(nèi)插式確定。

①對(duì)于指標(biāo)數(shù)值越大指標(biāo)性能越好的指標(biāo),如渠系水利用系數(shù)、收入支出比、水費(fèi)實(shí)收率等,可按下列形式分別變換X,S矩陣

樣本矩陣 Xn×m,標(biāo)準(zhǔn)矩陣SC×m規(guī)格化后分別記為

e.關(guān)聯(lián)度及綜合評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)矩陣的計(jì)算。第i個(gè)灌區(qū)與第h級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之間的相似程度,可用關(guān)聯(lián)度γih=(ai,bh)表示,即

式中:wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

世界銀行推薦的一套灌區(qū)快速評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為外部指標(biāo)和內(nèi)部指標(biāo)。其中針對(duì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的指標(biāo)總共44個(gè),可以歸并為水平衡指標(biāo)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以及環(huán)境指標(biāo)3類[11]。

國(guó)際水管理研究院(IWMI)在灌區(qū)性能評(píng)價(jià)方面做了很多工作,并且在為性能比較提出了9個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo),這套指標(biāo)數(shù)目比較少,但是揭示了關(guān)于灌區(qū)的足夠信息,詳見表1。

表1 IWMI推薦使用評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 松花江流域大型灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合上述評(píng)價(jià)指標(biāo),從我國(guó)灌區(qū)的實(shí)際情況出發(fā),結(jié)合松花江流域地域特點(diǎn),提出適合松花江流域灌區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,詳見表2。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值確定

根據(jù)本文第2節(jié)確定的指標(biāo)體系,結(jié)合全國(guó)灌區(qū)各個(gè)指標(biāo)的平均值和松花江流域灌區(qū)基本情況,以及松花江流域近期各項(xiàng)灌區(qū)規(guī)劃,最終確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值,詳見表3。

表3 各評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值

3 實(shí)例應(yīng)用

通過實(shí)地調(diào)研,對(duì)松花江流域大型灌區(qū)有了更進(jìn)一步的了解,根據(jù)世界銀行和國(guó)際水管理研究院推薦的灌區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,結(jié)合松花江流域灌區(qū)區(qū)域特點(diǎn),建立了一套適合松花江流域灌區(qū)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,基于灰色關(guān)聯(lián)模型,對(duì)松花江流域26個(gè)大型灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。灌區(qū)分布示意圖如圖1。

圖1 松花江流域(哈爾濱市以上)大型灌區(qū)分布示意圖

圖1中,從1號(hào)到26號(hào)灌區(qū)分別為永舒榆灌區(qū)、洮兒河灌區(qū)、前郭灌區(qū)、松沐灌區(qū)、梨樹灌區(qū)、飲馬河灌區(qū)、海龍灌區(qū)、白沙灘灌區(qū)、引嫩灌區(qū)、東升灌區(qū)、南引灌區(qū)、紅岸灌區(qū)、躍進(jìn)灌區(qū)、查哈陽灌區(qū)、牧場(chǎng)灌區(qū)、富南灌區(qū)、富西灌區(qū)、龍安橋灌區(qū)、友誼灌區(qū)、音河灌區(qū)、江東灌區(qū)、興旺灌區(qū)、衛(wèi)星灌區(qū)、西泉眼灌區(qū)、永安灌區(qū)、澇州灌區(qū)。

3.1 指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)本文1.1節(jié)熵值法的具體步驟,結(jié)合對(duì)松花江流域大型灌區(qū)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù),最終確定11個(gè)指標(biāo)權(quán)重如下:

Wj=(0.123 7,0.114 1,0.165 8,0.279 2, 0.007 4,0.002 4,0.008 4,0.067 6,0.087 9, 0.092,0.0514)

3.2 灌區(qū)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

根據(jù)1.2節(jié)中灰色關(guān)聯(lián)模型的具體步驟,通過灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)模型對(duì)松花江流域灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià),得出灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀情況,詳見表4。

表4 松花江流域大型灌區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀

4 結(jié) 論

由表4可以總結(jié)出,目前灌區(qū)運(yùn)行狀況處于差和較差級(jí)別的較多,占受評(píng)灌區(qū)總數(shù)的一半,具體結(jié)果詳見表5。

表5 灌區(qū)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

通過對(duì)松花江流域大型灌區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和等級(jí)劃分,可以為松花江流域大型灌區(qū)節(jié)水改造優(yōu)先次序提供理論依據(jù),從而提高灌區(qū)性能,加大灌區(qū)糧食生產(chǎn)能力,為早日實(shí)現(xiàn)全國(guó)增產(chǎn)千億斤糧食計(jì)劃多作貢獻(xiàn)。

[1]晉農(nóng).國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃(2009—2020年)》[J].當(dāng)代農(nóng)機(jī),2009 (11):46-46.

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F407.9

A

1003 -9511(2013)04 -0054 -05

2012-12 -01 編輯:陳玉國(guó))

10.3969/j.issn.1003 -9511.2013.04.014

水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201001023)

崔亞鋒(1986—),男,遼寧朝陽人,碩士,主要從事水土資源規(guī)劃與管理研究。