尤 敏，吳鳳平，沈俊源

(河海大學(xué)規(guī)劃與決策研究所，南京 211100)

0 引 言

我國(guó)政府高度重視節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，積極增加節(jié)水灌溉面積，提倡各級(jí)政府引導(dǎo)完善現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，節(jié)水灌溉在解決人口、資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四大問(wèn)題方面意義重大。我國(guó)灌溉地帶依據(jù)年降水量劃分，其中年降水量少于400 mm的常年灌溉地帶主要分布在黃河中上游地區(qū)和西北內(nèi)陸地區(qū)，這一地帶的降水總量較少，季節(jié)降水分配不平均，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物生長(zhǎng)普遍依賴(lài)人工灌溉?，F(xiàn)以常年灌溉地帶為例，試對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。

從20世紀(jì)80年代起陸續(xù)有學(xué)者關(guān)注節(jié)水灌溉并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，大致沿著定性研究過(guò)渡到定量研究，各利益割裂單獨(dú)評(píng)價(jià)過(guò)渡到綜合評(píng)價(jià)的脈絡(luò)，具有代表性的方法包括模糊綜合評(píng)價(jià)法[2，3]，灰色系統(tǒng)理論[4，5]，信息熵[6，7]，逼近理想解法(TOPSIS法)[8]等。通過(guò)總結(jié)以上研究方法發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行節(jié)水灌溉效益評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于確定各個(gè)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的相對(duì)重要程度，從而利用改進(jìn)方法將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)結(jié)合得出加權(quán)結(jié)果，做出評(píng)價(jià)。

1 節(jié)水灌溉效益評(píng)估

節(jié)水灌溉的效益與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)承受力、技術(shù)可行性高度相關(guān)。針對(duì)這些復(fù)雜因素，引入可拓法動(dòng)態(tài)賦權(quán)并結(jié)合改進(jìn)后的TOPSIS法，構(gòu)建科學(xué)的評(píng)價(jià)模型，合理規(guī)避評(píng)價(jià)過(guò)程中定性指標(biāo)和定量指標(biāo)之間存在的不相容性和關(guān)聯(lián)性問(wèn)題，對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)評(píng)估。

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

遵循科學(xué)性原則、可操作性原則、簡(jiǎn)捷性原則及針對(duì)性原則，通過(guò)大量閱讀文獻(xiàn)[1，9，10]以及預(yù)先分析所采集數(shù)據(jù)的主成分，針對(duì)節(jié)水灌溉效益，提取出以下9個(gè)指標(biāo)，并劃分為技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 節(jié)水灌溉效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)權(quán)重確定

基于簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)的動(dòng)態(tài)可拓[11]賦權(quán)法減少了常規(guī)打分法的主觀因素影響，一方面不依賴(lài)主觀判斷，具有客觀性；另一方面指標(biāo)權(quán)重大小由實(shí)際觀測(cè)值決定，觀測(cè)樣本不同得出的權(quán)重不同，具有動(dòng)態(tài)性。為了達(dá)到凸顯不利因素的效果，使得實(shí)際觀測(cè)值趨向劣勢(shì)變化時(shí)，指標(biāo)權(quán)重隨之增大。現(xiàn)將指標(biāo)劃分為兩類(lèi)：實(shí)際觀測(cè)值越大越劣的成本型指標(biāo)，實(shí)際觀測(cè)值越大越優(yōu)的效益型指標(biāo)。

(1)計(jì)算實(shí)際觀測(cè)值的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)值；成本型指標(biāo)對(duì)應(yīng)最優(yōu)點(diǎn)在右端的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)(1)和效益型指標(biāo)對(duì)應(yīng)最優(yōu)點(diǎn)在左端的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)(2)：

(2)

式中：aij≤vi≤bij，vi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際觀測(cè)值；Vij=(aij,bij)為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)第j類(lèi)評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。

(2)求與各個(gè)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度最大的等級(jí)jmax及對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)值rijmax；

(3)

(3)計(jì)算初步指標(biāo)權(quán)重γi，并在模型中加入?yún)?shù)，以便后期調(diào)整參數(shù)值實(shí)現(xiàn)歸一化；當(dāng)實(shí)際觀測(cè)值落入等級(jí)越大指標(biāo)應(yīng)被賦權(quán)越大時(shí)，

γi=jmax·[m-1+rijmax(vi,Vij)]

當(dāng)實(shí)際觀測(cè)值落入等級(jí)越小指標(biāo)應(yīng)被賦權(quán)越大時(shí)，

γi=(m+1-jmax)·[m-1+rijmax(vi,Vij)]。

式中：m是評(píng)價(jià)等級(jí)的數(shù)量。

1.3 基于熵值的相對(duì)接近度的確定

已知k個(gè)待評(píng)定物元，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，m個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，由k個(gè)物元關(guān)于第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際觀測(cè)值和n(m-1)個(gè)分級(jí)臨界值組成zij，形成決策矩陣Z=(zij)(k+m-1)n。

為消除不同量綱對(duì)數(shù)據(jù)的干擾，將原始的決策矩陣規(guī)范化，得到F=(fij)(k+m-1)n}。

(4)

i=1,2,…,k+m-1;j=1,2,…,n

將規(guī)范化矩陣與上一步驟中得出的權(quán)重ωj相乘，得到加權(quán)規(guī)范化矩陣：

V=(vij)(k+m-1)n=(ωifij)(k+m-1)n

(5)

i=1,2,…,k+m-1;j=1,2,…,n

效益型指標(biāo)的理想解x+j與負(fù)理想解x-j分別為x+j=max(vij)，x-j=min(vij)；成本型指標(biāo)的理想解x+j與負(fù)理想解x-j分別為x+j=min(vij)，v-j=max(vij)。 本文采用相對(duì)熵值確定各個(gè)待評(píng)定物元與理想解和負(fù)理想解的距離S+i和S-i。

(6)

1.4 待評(píng)定物元的評(píng)估

首先遵循逼近理想解的原理，計(jì)算得出的εi越大，則待評(píng)定物元越優(yōu)；反之，待評(píng)定物元越劣。其次根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則，利用Mk+1,Mk+2，…,Mk+m-1等分級(jí)臨界值計(jì)算得出的相對(duì)接近度εk+1,εk+2,…,εk+m-1作為相對(duì)接近度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將計(jì)算得出的相對(duì)接近度與其比對(duì)，歸納待評(píng)定物元的隸屬等級(jí)，從而判斷該區(qū)域節(jié)水灌溉的綜合效應(yīng)水平，針對(duì)評(píng)估結(jié)果采取相應(yīng)措施。

2 實(shí)證分析

2.1 節(jié)水灌溉效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

常年灌溉地帶細(xì)分為兩個(gè)亞區(qū)：黃河中上游和西北內(nèi)陸區(qū)。節(jié)水灌溉效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中定量指標(biāo)有7個(gè)，主要借助實(shí)地調(diào)查和田間取樣確定實(shí)際觀測(cè)值；定性指標(biāo)邀請(qǐng)流域?qū)＜?、行政領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)從業(yè)人員打分評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果處理成0～10分之間的數(shù)值。在遵循《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，參考國(guó)內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合節(jié)水灌溉現(xiàn)狀，綜合多方研究成果。最終得出黃河中上游和西北內(nèi)陸區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 常年灌溉地帶區(qū)域節(jié)水灌溉原始數(shù)據(jù)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 基于動(dòng)態(tài)可拓法確定權(quán)重

除了C23投資回收年限是唯一的實(shí)際觀測(cè)值越大越不利的指標(biāo)，適用于式(1)；其他指標(biāo)的實(shí)際觀測(cè)值都是越小越不利，適用于式(2)計(jì)算簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

表3 黃河上中游區(qū)、西北內(nèi)陸區(qū)動(dòng)態(tài)權(quán)重表

2.3 基于熵值確定相對(duì)接近度

已知本次實(shí)證分析由5個(gè)評(píng)級(jí)等級(jí)，2個(gè)待評(píng)定物元，8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成。2個(gè)物元對(duì)8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際觀測(cè)值和8×4個(gè)分級(jí)臨界值組成zij，形成決策矩陣Z=(zij)6×24。由式(4)得到規(guī)范化矩陣F=(fij)6×8。由動(dòng)態(tài)可拓賦權(quán)取得的兩個(gè)權(quán)重分別是ω黃河上中游區(qū)=(0.121，0.205，0.149，0.171，0.099，0.103，0.111，0.041)，ω西北內(nèi)陸區(qū)=(0.043，0.225，0.175，0.110，0.165，0.082，0.128，0.073)。與規(guī)范化矩陣F相乘得到兩個(gè)不同權(quán)重的加權(quán)規(guī)范化矩陣：

采用相對(duì)熵值計(jì)算出兩個(gè)不同權(quán)重的S+i和S-i及相對(duì)接近度εi。

2.4 評(píng)估常年灌溉地帶節(jié)水灌溉的綜合效應(yīng)

根據(jù)黃河上中游區(qū)域節(jié)水灌溉實(shí)際觀測(cè)值決定的權(quán)重，最終得出的相對(duì)接近度中，0.990、0.886、0.549、0.273構(gòu)成了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值，此時(shí)的黃河上中游區(qū)的相對(duì)接近度為0.091，處于Ⅳ類(lèi)偏下；而由西北內(nèi)陸區(qū)域?qū)嶋H觀測(cè)值決定的權(quán)重得出的相對(duì)接近度中，0.997、0.909、0.572、0.320為分解標(biāo)準(zhǔn)臨界值，此時(shí)的西北內(nèi)陸區(qū)的相對(duì)接近度是0.148，處在Ⅳ類(lèi)居中的位置。

3 結(jié) 論

常年灌溉地帶是節(jié)水灌溉工程分布密度較大的地區(qū)，適宜作為節(jié)水灌溉綜合效應(yīng)評(píng)估的典型示范案例。在應(yīng)用動(dòng)態(tài)可拓賦權(quán)結(jié)合改進(jìn)TOPSIS的方法來(lái)評(píng)估節(jié)水灌溉綜合效應(yīng)的過(guò)程中，提出幾點(diǎn)參考方向。

(1)節(jié)水灌溉是綜合的系統(tǒng)的評(píng)估對(duì)象，需要從技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)方面以及定性和定量角度多方面多視角加以考慮。

(2)黃河上中游區(qū)位于河流上游，生態(tài)環(huán)境極度脆弱，水土流失嚴(yán)重。該區(qū)域節(jié)水灌溉的綜合效益提升應(yīng)該注重保護(hù)生態(tài)，造福下游，考慮利用水價(jià)等經(jīng)濟(jì)杠桿推動(dòng)發(fā)展節(jié)水灌溉。西北內(nèi)陸區(qū)干旱少雨，屬于資源型缺水地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生上下游爭(zhēng)水沖突。該區(qū)域節(jié)水灌溉的重點(diǎn)應(yīng)落在上下游統(tǒng)一調(diào)配，協(xié)調(diào)時(shí)空水資源分布。

(3)節(jié)水灌溉的效益評(píng)估由多重因素組成，是個(gè)多目標(biāo)問(wèn)題。在評(píng)估方法上，應(yīng)用可拓法對(duì)實(shí)際觀測(cè)值動(dòng)態(tài)賦權(quán)，削弱了主觀因素的影響，具備客觀性和動(dòng)態(tài)性的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合TOPSIS法，通過(guò)與理想解的接近程度衡量待評(píng)估物元優(yōu)劣，計(jì)算步驟簡(jiǎn)潔易懂，具備實(shí)用性，尤其適用于多目標(biāo)多元評(píng)價(jià)體系。

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