模糊层次综合分析法在农业水价综合改革实施效果评价中的应用

王 凤，徐征和，潘维艳

(济南大学水利与环境学院，山东 济南 250022)

0 引 言

我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28 000 亿m3，人均水资源量只有2 300 m3，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一[1]。作为农业大国，我国农业用水占用水总量的62%，其中90%以上用于灌溉，但我国灌溉用水的有效利用系数较低，仅为0.45左右。为实现农业的可持续发展，农业节水已成为提高水利用率、解决水资源短缺、确保粮食安全的必然选择[2,3]。农业水价综合改革是实现农业节水的重要举措，已成为当前社会关注的焦点。新中国成立以来，农业水价政策虽经数次变革，但是水价偏低、农民节水意识淡薄、工程难以良性运行等问题仍普遍存在，制约着水利改革发展。2014年中央一号文件《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》明确提出，要全面深化农村改革，深入推进农业水价综合改革。2016年1月21日，国务院办公厅以国办发[2016]2号文下发了《关于推进农业水价综合改革的意见》，明确要求：“省级人民政府对本行政区域农业水价综合改革工作负总责，要切实加强组织领导，结合实际制定具体实施方案，明确改革时间表和分步实施计划，细化年度改革目标任务，建立健全工作机制，抓好各项措施落实。”

国内外许多学者从不同层面对农业水价综合改革问题进行了定性和定量分析研究。Rogers等[4]研究指出科学合理的水价是提高用水效率的关键所在；Mahmoud等[5]从用水者的角度对水价改革政策进行研究，认为所有的水价政策都应该将用水户对于该项政策的感受考虑进去；Ohab-Yazdi等[6]研究发现合理的灌溉水价可以提高水的使用效率；Sumps等[7]研究了线性动态数学规划模型在农业水价以及农户用水行为中的应用；Ramirez等[8]构建了结构方程模型来讨论农业用水和价格的关系。田圃德等[9]通过农业用水价格对农户承受能力影响的研究发现核算供水成本，制定合理的用水水价是改革重点；年自力等[10]探讨了云南和新疆农户对于不同水价政策调整时的反应及所采取的相应措施；李宝萍[11]运用模糊综合评价模型对灌区水价进行了测算，并与现行水价进行比对。

目前针对农业水价改革的研究主要集中在水价确定、农民对水价的承受能力分析等方面。对改革实施效果的评价研究较少。本文以山东省某市农业水价改革项目为研究背景，开展野外调研，探究该市目前农业水价改革实施情况，引入模糊层次综合分析模型[12-15]，从节水、经济、社会以及生态环境四个层面构建了农业水价综合改革实施效果评价的模糊层次综合评价模型，并对农业水价综合改革实施效果进行多级模糊评价，总结该市农业水价综合改革实施过程中的不足，提出相应的改进方法，为持续开展农业水价综合改革提供理论依据。

1 农业水价改革效果评价模型的构建

1.1 评价指标体系的确立

评价指标的选取是整个评价过程及其评价结果的关键。为科学合理进行农业水价改革实施效果评价，评价指标的选取应当遵循以下原则[16]：

(1)有效性原则：在体系的构建中所使用的数据要尽可能采用国家统计部门对外公布的统计数据，以确保评价结果的准确性。

(2)系统性原则：农业水价改革涉及范围广泛，故其评价体系要注重社会、经济、节水与生态环境四者效益的兼顾。

(3)代表性原则：所选取的改革效果评价指标要具有代表性，使其能够反映农业水价改革发展的方向与目标，选取的指标要便于进行检验与评价。

(4)定性与定量相结合的原则：农业水价改革实施效果的综合评价过程中引入模糊性概念，有些运用模糊数学进行定量处理，有些运用层次分析法进行定性与定量相结合处理。

农业水价综合改革涉及经济、社会、生态环境等多方面因素，而这些因素的指标种类繁多，因此，在效果评价过程中需要综合考虑各个方面，根据试点市农业水价改革的现状，在评价指标体系确定时需要考虑到农业节水是实施农业水价改革的核心目标，因此将节水效果单独作为一项指标，与经济效果、社会效果、生态环境效果共同构成一级评价指标[17,18]。在此基础上依据有效性、系统性、代表性等原则确定二级评价指标，从而构建农业水价改革实施效果综合评价指标体系，如表1所示。

表1 农业水价综合改革实施效果评价指标体系Tab.1 Agricultural water price comprehensive reform implementation effect evaluation index system

1.2 评价模型构建

传统的模糊层次综合分析法在确定指标权重时存在难以检验判断矩阵是否具有一致性、难以判断指标重要性等问题，因此本文采用改进的模糊层次分析法对农业水价改革实施效果进行评价[19]。该方法将传统的九标度法确定各指标权重改为采用三标度法，使专家对指标之间的重要性判断更为简单，并且引入模糊一致性矩阵，利用和行归一法得到各指标权重向量，再采用迭代法求精度较高的权重向量。其具体步骤如下[20]。

1.2.1 层次分析法确定各因素(指标)权重

(1)建立模糊判断矩阵F=(fij)n×n。

采用三标度法：

(1)

式中：C(i)是指标fi的相对重要程度；C(j)是指标fj的相对重要程度。

(2)将判断矩阵F=(fij)n×n转化为模糊一致性判断矩阵(优先判断矩阵)R=(rij)n×n，转换公式如下：

(2)

(3)利用和行归一法得到各指标权重向量，公式如下：

W(0)=(w1，w2，w3,…,wn)=

(3)

(5)运用迭代法进一步求精度较高的权重向量，以向量W(0)作为特征值法的迭代初值，利用迭代公式Vk+1=EVk，求特征向量Vk+1并求Vk+1的无穷范数‖Vk+1‖∞。

若‖Vk+1‖∞-‖Vk+1‖∞<ε(ε<0.001)，则‖Vk+1‖∞即为最大特征值λmax，将Vk+1进行归一化处理，公式如下：

(4)

所得到的向量W(k)=Vk+1即为权重向量，迭代结束；

若不满足误差要求，则公式如下：

(5)

以此作为新初值，再次叠加。

1.2.2 模糊综合评价法建立模糊关系矩阵

评价因素之间具有一定的相对性和不确定性，同时有些评价值难以量化。模糊综合评价法即在评价过程中引入模糊性概念，对模糊性(不确定性)问题进行定量处理[21,22]。其具体步骤如下：

(1)建立评价因素(指标)集。评价因素集是根据评价指标体系所确立的，评价指标的集合即为因素集。农业水价改革效果评价总的因素集为U={u1,u2,u3,u4}，依次代表节水效果，经济效果，社会效果，生态环境效果，其对应的单因素集分别为u1={u11,u12,u13,u14}，u2={u21,u22,u23,u24}，u3={u31,u32,u33,u34}，u4={u41,u42,u43}。

(2)建立评语集。V={v1,v2,v3,v4,v5}，依次代表改革实施效果很好，较好，一般，较差，很差5个等级。

(3)确定模糊关系矩阵。确定农业水价综合改革实施效果评价因素集中每个指标ui(i=1，2,…,m)隶属于评语集V中不同评语分级的程度，即隶属度Ri，得到模糊关系矩阵如下：

(6)

1.2.3 合成模糊层次综合评价结果

将已经求得的模糊关系矩阵R与权重向量W合成，得到模糊层次综合评判结果为：

(b1，b2，…,bn)

(7)

式中：bi为在等级模糊子集Vj中被评价指标的隶属度。实际中，常对评价结果采用最大隶属度原则进行分析。

2 实例分析

该市地处鲁西平原，水资源总量匮乏，水资源具有水质性和资源型缺水的双重特点。2015年该市农业用水占全市总用水量的82.7%，但农业用水灌溉利用系数只有0.57，比发达国家低20%～30%，该市农业节水潜力巨大。为确定该市合理的农业用水价格，保障供水工程良性运行，促进该市农业节水，提高农业用水效率，缓解地下水超采问题，在该市5.73 万hm2农田有效灌溉面积范围内推行农业水价综合改革，具体改革内容包括：建立合理的水价形成机制，完善农田水利基础设施及管护机制，建立精准的补贴和节水奖励机制等[23,24]。国家和省政府在农业用水问题上投入了很大精力，而水价改革项目的实施效果评价作为检验农业水价综合改革成效的重要标准，其评价结果对于进一步深化农业水价改革具有重要的意义。因此，为了对改革成效进行系统准确的评估，通过开展野外调研，发放问卷调查等方法对该市农业水价改革实施效果进行研究，在充分收集数据资料的基础上，通过构建模糊层次指标体系，运用模糊层次分析法对改革效果进行系统评价。

2.1 确立指标权重

根据上文建立的模型，结合该市实际情况以及农业水价改革实施方案，通过专家评分的方式对各指标进行重要性判断，利用MATLAB软件[25]按照式(1)～(5)所示模糊层次分析步骤对各级指标的综合权重进行迭代计算，求得该市农业水价综合改革实施效果评价指标权重，如表2所示。

2.2 建立模糊关系矩阵

按照该市农业水价综合改革的实际效果，结合现场调研结果，邀请10位相关领域的专家对该市农业水价改革实施效果评价各因素的隶属等级评语集进行打分评价，回收有效问卷10份。整理统计问卷调查结果，分别计算出各评价指标的隶属度，汇总得到模糊关系矩阵R，如表3所示。

根据表3中实施效果评价隶属度的汇总，通过处理可以分别得到节水效果u1，经济效果u2，社会效果u3以及生态环境效果u4的二级隶属度模糊关系矩阵，分别为R1，R2，R3，R4。

表2 某市农业水价综合改革效果评价指标体系权重表Tab.2 Weight table of agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index system

表3 某市农业水价综合改革实施效果评价指标隶属度汇总表Tab.3 Agricultural water price comprehensive reform effect evaluation index membership summary

2.3 农业水价改革实施效果模糊综合评价

2.3.1 一级指标模糊效果评价

根据求得的二级隶属度模糊关系矩阵R1，R2，R3，R4及指标权重W1，W2，W3，W4，运用模糊评价公式计算，分别得到该市节水效果、经济效果、社会效果和生态环境效果的综合评价结果。

(1)节水效果。

A1=W1·R1=

(2)经济效果。

A2=W2·R2=

(3)社会效果。

A3=W3·R3=

(4)生态环境效果。

A4=W4·R4=

按照最大隶属度的原则，该市农业水价改革节水效果，经济效果评价等级为较好，社会以及生态环境效果等级为一般。

2.3.2 综合效果评价

根据2.3.1的一级指标模糊效果评价，可以对该市农业水价改革实施效果进行模糊综合评价，其中综合评价矩阵为：

综合权重为：

因此该市农业水价改革模糊综合效果评价结果为：

由上述农业水价改革效果的模糊综合评价结果可以看出，该市农业水价改革实施效果等级中“很好”占32.04%，“较好”占42.71%，“一般”占22.00%，“较差”占3.69%，“很差”占0.75%。按照模糊综合评价最大隶属度的原则，该市农业水价改革实施效果评价结果为较好。从总体上来看，该市农业水价改革成效显著，在节水、经济方面产生了较好的效益，但是在社会以及生态环境方面效果较一般。就目前改革中的不足之处，在进一步深化农业水价改革过程中还需注意以下几点[26,27]：

(1)完善供水计量设施建设。按照经济适用、满足取用水管理和计量收费需要的原则，合理确定供水计量控制层级，加快计量体系建设。

(2)完善农民用水自治组织。在下一步的改革中，强调用水户的主体作用，完善用水户参与管理决策的民主管理机制。

(3)进一步加强宣传力度。让广大农民充分了解改革的出发点、落脚点和具体举措；让全社会看到实施改革带来的成效，广大农民享受到的改革成果。增强农民乃至全社会有偿用水、节约用水意识，积极营造有利于深化农业水价综合改革的良好舆论氛围。

(4)资金支持。不断加大对农业水价综合改革的投入力度，用以补助农业用水计量设施建设、工程维修养护、农村基层用水组织能力建设、农业用水精准补贴以及节水奖励等方面。

3 结 论

农业水价综合改革是一项系统的、复杂的工作，为科学系统地评价农业水价综合改革效果，本文构建了农业水价综合改革效果评价指标体系，建立模糊层次综合评价模型。并将该模型应用于某试点市农业水价改革效果评价过程，得到了系统、准确的评价结果，结果表明这种模糊层次综合分析法在农业水价综合改革效果评价过程中切实可行。结合实例分析，针对试点市改革现状得到以下主要结论：

(1)该市农业水价改革实施效果评价结果为较好，农业水价改革总体上效果突出，有较高的应用与实践意义，但是改革过程中还存在着一定的问题。

(2)在该市农业水价改革实施评价结果中，节水效果、经济效果评价等级为较好，其中作物灌溉水利用率以及农作物平均增产量较为突出，取得了良好的效益；其社会效果以及生态环境效果较为一般，尤其是政府与农民的关系处理尚不到位。

(3)该市需加强节水宣传力度，提高农民的节水能动性，落实好水价改革中的奖励与补贴制度，实现农民与政府共同参与农业节水改革的良好面貌。