北屯灌区节水改造项目综合效益评价分析

余 航

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

2018年，新疆自治区GDP总量约为1.15万亿元，在全国排名第26，其中第一产业所占比重为16.5%左右，远高于全国平均水平(7.6%)，且全区有一半人口生活在农村地区。由此可知，第一产业对新疆自治区经济发展、社会稳定极其重要。发展节水灌溉是保证全区农业可持续发展、解决区内用水矛盾的有效途径，但前期必须对节水灌溉项目综合效益进行评价，只有该指标满足要求后才能顺利实施。

1 项目区概况

北屯灌区位于新疆阿勒泰地区福海县境内，目前灌区总人口4.1万人，共包括5个农牧团场和农十师，灌区现有耕地2.06×104hm2。北屯灌区属于典型大陆性气候，干旱少雨且蒸发量大，目前灌区农业用水量达5.45×108m3/a，每年存在灌溉用水缺口320×104m3，30%耕地为传统漫灌。为解决用水缺口问题，相关部门从2012年开始逐步对北屯灌区部分漫灌耕地(涉及面积0.28×104hm2)进行了节水改造，本文对该节水灌溉改造项目综合效益进行评价。

2 综合效益评价体系的建立

2.1 评价指标及分级标准确定

综合效益评级体系建立应遵循以下几个原则：①全面、简明、有效；②定性与定量相结合；③具有可比性、通用性、互补性；④动态和静态相结合[1]。

为了评价北屯灌区节水灌溉改造项目的综合效益，共建立1个一级指标、7个二级指标、29个三级指标，具体见表1。本项目对定量指标的评估标准共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5个等级(Ⅰ级最高)；对定性指标划分为促进(100～90)、较促进(90～70)、低促进(70～50)、较差(50～30)、差(30～0)[2]。

表1 北屯灌区节水灌溉改造项目综合效益评价指标体系

2.2 评价指标权重的确定

由于评价指标较多，为了确定各个指标对综合效益影响的重要度，需要确定各指标的权重。目前，常用的计算方法包括结构熵权法、熵权法、博弈论，为保证结果的准确性，本文采用以上3种方法共同计算指标权重[3]。

2.2.1 结构熵权法

结构熵权法结合主观和客观权重，综合Delphi调查法和模糊分析法，形成典型排序，有效避免了数据的不确定性。该方法计算指标权重值wj公式见式(1)[4]：

(1)

式中：yj为总体认识度。

2.2.2 熵权法

熵权法是根据各项指标信息来构建矩阵，通过特定算法求出特征比重，根据熵值判断信息离散程度，离散度越小，说明其有效性越大。该方法计算指标权重值wj公式见式(2)。

(2)

式中：Si为第i项熵值；m为总指标个数。

2.2.3 博弈论

博弈论结合以上两种方法，采用MATLAB软件将其优化后得到综合权重，使最优权重和各个权重偏差尽量减小，寻找一致和妥协，使结果最合理化。该方法计算指标综合权重值w*公式见式(3)[5]：

(3)

(4)

通过结合以上3种方法，得出北屯灌区节水改造项目不同指标权重对比图(图1)。由图1可知，社会风气好转程度C6、促进经济发展C7、经济内部收益率C9、亩产节水率C17综合权重位居前四，均超过0.05。

3 神经网络综合效益评价分析

以北屯灌区各项指标权重数据为基础，为保证评价结果的准确性，本文分别利用BP神经网络法和小波神经网络法对其综合效益进行评价分析。

3.1 基于BP神经网络法的节水灌溉改造综合效益评价

3.1.1 BP神经网络原理和计算步骤

BP神经网络是一种应用最广泛的反向传播神经算法，可以通过正反向传输而不断修改神经元权值来降低误差，由于是系统自动学习修改的，避免人为因素影响。计算步骤大致如下：①初始化，将各个指标权重值整理并输入；②随意选取一个指标输入系统进行模拟训练，直到误差达到标准(0.000 1)，在调整权重时避免调节位居前列的指标；③将各指标权重输入系统，得出最终的评价结果[6]。

3.1.2 评价结果分析

以2013-2017年节水灌溉改造项目区的数据为标准，通过BP网络神经法分析得出其综合效益，见图2。其中，2013、2014两年综合效益等级为Ⅲ级，2015、2016、2017三年综合效益等级为Ⅱ级。项目区于2015年彻底完成0.28×104hm2农田的节水灌溉改造，这是综合效益等级提升的根本原因。

3.2 基于小波神经网络法的节水灌溉改造综合效益评价

3.2.1 小波神经网络原理

根据研究内容，本项目选用连续性小波神经网络，通过小波元代替神经元。其计算步骤大致分为：训练→仿真→测试，本质和BP神经网络一致。小波神经网络有以下几个优点：①学习能力强，收敛速度更快；②存在尺度、平移两个参数因子，更有利于有效信息的提取；③隐含节点数少，结构简单。

3.2.2 评价结果分析

数据基础同BP神经网络，最终分析综合效益见图3。与BP神经网络评价结果相比，2013年综合效益等级处于Ⅲ级和Ⅳ级之间，2017年处于Ⅰ级和Ⅱ级之间，其余年份一致，基本上两种方法评价结果相符合。因此，最终确定2013-2017年北屯高效节水灌溉改造项目综合效益等级为：Ⅲ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅱ级、Ⅱ级。

图3 小波神经网络评价结果

4 结 语

通过建立和分析评价指标体系，得出北屯灌区节水灌溉改造项目对当地社会风气好转、促进经济发展、内部收益、亩产节水率等均有较大影响。通过两种神经网络法评价，得出2013-2017年改造项目的综合效益等级由Ⅲ级提升至Ⅱ级，节水改造效益显著。由此可知，在第一产业所占比重较大地区，积极推进高效节水项目对于提升区域经济、稳定社会关系等均有重要作用。