基于AHP评价渠道输水性能因素权重确定

郭 刚

（甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门 735211）

基于AHP评价渠道输水性能因素权重确定

郭 刚

（甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门 735211）

文章通过AHP层析分析法，结合灌区具体干渠运行情况，对影响渠道输水性能的四个指标进行了分析评价。利用Matlab7.0计算软件分析得出：渠道糙率的权重为0.1089，渗透系数的权重为0.4405，渠道流量的权重为0.3703，环境影响的权重为0.0803。通过评价结果可以确定渗透系数和渠道流量对输水性能的影响比较明显，在今后的渠道运行管理工作中，可以加强渠道的防渗处理工作，减低糙率，同时按照设计流量行水，确保渠道安全稳定和提高水资源利用率，以此，不断推进灌区节水事业深入发展。

AHP；输水性能；分析评价；权重系数

渠道输水能力对灌区的经济效益有直接的影响，渠道输水性能越好，说明灌区渠道渗漏损失越小，越节约灌溉用水，水资源利用率越高。目前，反映灌区渠道输水性能高低最直接的参数就是渠系水利用系数，系数越高，输水性能越好。由于渠系水利用系数的测定过程比较繁琐，不仅测定方法工作量大，而且测定时间、频次也较多，相当浪费时间。近几年，有人对渠道输水性能进行了大量研究，徐诗涵等［1-2］通过运用模糊评价的方法对响水灌区4条干渠输水性能进行了评价，渠道防渗处理作为降低渠道输水损失最为重要的措施应予以重视。本文通过结合昌马灌区南干支渠渠道利用效率和灌溉水利用现状，利用AHP层析分析法，建立具有安全性和渠系水利用率两个评价指标的评价体系，并分析其影响因子所占的权重系数。最终，利用其分析结果了解影响灌区渠道输水能力的主要因子，找出相应的解决措施，进一步提高该因子所占的权重，以此加强渠道的输水能力，节约水资源，并为灌区发展节水农业奠定坚实理论基础。

1 层析分析法（AHP）

层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是一种将定性问题进行定量分析较实用的多准则、多目标的决策方法［3-6］，该方法将复杂的、主观的问题进行量化，用数量的方式表达和处理，把将要分析的问题分解为若干层次和若干因素，并且在各因素之间进行简单的比较和计算，利用模型计算每一层次相对重要性权重并加以排序，最后根据排序结果进行决策和确定选择解决问题的措施。

2 层析分析法确定权重及建立评价指标体系

2.1 渠道输水性能评价指标体系

渠道输水性能评价的主要目的在于评判渠道的安全性和利用率，在对渠道整体输水性能评价时需先对每个影响因子进行分析并确定自身评价结果，通过分析影响输水性能的各项因子，利用层析分析法确定各个因素的相对重要性权重，进而得出输水性能整体评价结果。

层析分析法主要有3层，即目标层、准则层和方案层。渠道输水性能评价主要分为确定输水性能影响因子权重和分析整体输水性能，准则层主要包括安全性和利用率两个判断矩阵，评价对象层有渠道糙率、渗透系数、渠道流量和环境影响，在确定判断矩阵时，根据每个指标评分等级计分，确定具体单个因子的权重值，最后，进行权重组合确定综合权重。用层次分析法确定的各个权重因子构造递阶层次关系如图1所示。

2.2 层次两两比较判断矩阵

层次递阶结构模型建立之后，按照1～9标度法定义各个标度见表1。

图1 渠道输水性能各个因子权重递阶层次结构图

表1 判断矩阵标度及定义

假设对象评价层有 n个对象 x=｛x1，x2，x3，x4，…，xn｝对目标层的权重，每一次使用评价对象中的两个因子进行相互比较，也就是说，aij表示xi和xj所在准则层中的影响之比，然后将对比结果按照矩阵标度为评价指标体系，确定判断矩阵为A：

2.3 单一指标权重计算

对于判断矩阵A=｛aij｝，应该满足以下两个条件（1）正互反性： aij＞0； aij=1aji； aii=1； （2）一致性： aij·ajk=aik， i； j； k=1， 2， …n； 满足上面条件的就是一致性判断矩阵［3-4］。然后，采用方根法计算评价指标权重，并求得判断矩阵归一化特征向量和最大特征值，具体计算公式如下：

在判断矩阵特征向量和最大特征值求出之后，需要对权重合理性进行一致性检验，一致性检验采用的指标为为一般一致性指标，RI为平均随机一致性指标，一般而言，对于低阶判断矩阵（阶数n≦15），其平均随机一致性指标可以查表2得到［7-8］。当 CR=0时，A具有完全一致性；当CR＜0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性。

表2 平均随机一致性指标R I值

2.4 目标综合权重计算

在单一准则条件下目标权重确定之后，将上层权重数与对应本层各元素的权重数进行加权和，所得该层元素在总目标当中的组合权重，即渠道输水性能在安全性指标与利用率指标下的综合权重为wi

3 昌马灌区支干渠输水性能评价

3.1 建立递阶层次评价指标体系，构建两两判断矩阵

根据以上方法和确定原则，以南干渠一分干渠作为评价对象，结合近年来渠道运行工况现状值，利用专家和管理人员自上而下对渠道输水性能各层指标进行两两比较，最终确定量化之后的判断矩阵。首先根据安全性和渠道利用率进行评分，结合标度建立两两判断矩阵A见表3。

表3 一级准则层判断矩阵A

一级准则层判断矩阵建立之后，进一步建立二级评价指标判断矩阵，根据专家和管理维护人员评分结果，对安全性指标B1建立判断矩阵见表4。

表4 二级安全性判断矩阵B1

根据建立的递阶层次评价体系，综合考虑各个因子对渠道利用率高低的影响，建立利用率评价指标的判断矩阵 B2见表5。矩阵一致性要求需要对判断矩阵特征解进行单层次一致性检验，以确定建立的判断矩阵是否符合层次分析法确定权重的合理性要求。

表5 二级利用率判断矩阵B2

3.2 计算各层指标权重并做一致性检验

按照层次分析法确定因素权重的的方法，建立一级准则层判断矩阵A并计算特征向量和最大特征值，并求得渠道输水性能安全指标和渠道利用率指标的权重。

所以，渠道输水性能评价安全性指标和利用率指标在整体评价中占的权重因子为A=［w1w2］=［0.83 0.17］。在考虑各个因子对安全性和利用率影响权重时，由于评价对象的个数为4，故建立的安全性判断矩阵和利用率判断矩阵都是4阶矩阵，利用数学软件Matlab7.0计算得到各因子权重值，见表6。

表6 渠道输水性能各指标权重系数

经过计算安全性和利用率准则判断矩阵B1和B2的最大特征值分别为 λmax1=4和 λmax2=4.14，一致性指标检验，查一致性指标RI=0.89，则一致性指标检验 CR=CI2/RI=0.053＜0.1，符合单层次一致性要求。

3.3目标综合权重计算

渠道输水性能各个影响因子在准则层中所占的权重确定之后，计算得各因子渠道输水性能中综合权重见表7。说明判断矩阵B1符合完全一致性要求；判断矩阵 B2：cI2=

表7 渠道输水性能各指标综合权重系数

通过分析计算，发现反映渠道输水性能高低的几个影响因子所起的作用各不相同，其中：渠道糙率的权重为0.1089，渗透系数的权重为 0.4405，渠道流量的权重为0.3703，环境影响的权重为0.0803。

4 结论

安全性和水资源利用率指标作为评价渠道输水能力的重要指标，必须在建设过程和运行管理中重视起来。本文通过结合灌区干渠运行情况，重点对影响南干渠一分干渠输水性能的各个因子进行了AHP层析分析法权重确定。通过研究表明，渠道渗透系数和渠道流量对南干渠一分干渠道输水性能的影响比较明显，分别为0.4405和0.3703。后期，为了更好的提高一分干渠的输水性能，管理人员不断加强了部分渠道防渗处理，以及严格按照渠道设计流量行水，目前，渠道输水性能良好，安全稳定运行。同时，可以把评价结果作为今后开展灌区管理和维护的依据，从最科学的角度，分清楚轻重缓急，降低主要影响因素对输水性能的不稳定影响。

［1］徐诗涵，刘东，包音涛涛.响水灌区渠道输水能力模糊综合评价［J］.节水灌溉，2014（01）：69-71+75. ［2］张风翔.基于改进AHP方法的沂沭泗地区水环境安全评价［J］.水利规划与设计，2013（02）：27-29.

［3］梁政，董超群，田家林，等.基于层次分析法压缩机整体评价部件权重确定［J］.西南石油大学学报，2013（04）：1-7.

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［6］何松.基于层次分析法的松树沟小流域水土保持效益评价［J］.水利规划与设计，2016（10）：132-135.

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TV672

A

1672-2469（2017）10-0105-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.029

2017-04-02

郭 刚（1968年-）男，工程师。