位山灌区节水改造工程效益评价

付成让

（兰陵县水利局，山东 兰陵277731）

为了解决我国水资源分布不均匀， 局部区域干旱缺水的问题，近几十年来修建了大量的灌区工程，为灌区覆盖区域的工农业及生活提供了源源不断的水源。 随着国家经济的快速发展，用水量急速上升，且原有工程的老化造成输水效率降低，因此，灌区改造工程逐渐受到重视。 目前常用的灌区改造工程措施主要包括：原有渠道衬砌［1］、泵站改造［2］、农田节水配套措施［3-4］等。 快速准确地对灌区改造工程效益进行评价可以快速获取工程建设的绩效指标， 为后续改造提供参考。目前，较为常用的评价方法主要包括云模型［5-6］、TOPSIS法［7-8］、模糊综合法［9-10］等。 本文在大量收集资料的基础上， 使用蝙蝠算法结合未确知测度方法进行灌区改造工程效益评价。

1 灌区节水改造工程效益评价指标体系构建

1.1 评价指标选取

评价指标的选取必须客观、 全面才能保证评价结果的可靠性。 影响灌区改造工程效益评价的因素众多，主要包括：

（1）节水灌溉面积率：节水灌溉面积与有效灌溉面积的比值。

（2）灌溉保证率：指设计灌溉用水量的保证程度， 可用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率来表示。

（3）渠道衬砌率：渠道衬砌长度与总长度的比值。

（4）排涝达标率：指现有排水渠道能通过设计排水量的数量占排水渠道总数量的百分比。

（5）田间工程配套率：田间工程配套率指现有完好田间工程数量与应设田间工程数量之比。

单指标工程效益等级分级标准如表1。

表1 灌区工程效益单指标等级

续表1

1.2 基于蝙蝠算法评价指标权重获取

1.2.1 蝙蝠算法基本原理

在蝙蝠捕食的启发作用下， 所建立的一种基于全局搜索的优化算法。 该算法主要是通过不断进行更新蝙蝠的运动速度， 从而获取蝙蝠追捕猎物的位置。 蝙蝠算法的基本原理如下：

假设在已知空间内的某一时刻点t，蝙蝠出现在空间范围内随机分配的某一位置Lit， 且该蝙蝠进行捕食的速度为Vit，假设该蝙蝠发出的超声波频率为fi。在下一个时刻t+1时，蝙蝠所在的位置和捕猎的运动速度如下：

式中 fi为编号i的蝙蝠在t时刻所发出超声波的频率；fmax，fmin分别为蝙蝠群所发出的最大和最小超声波的频率；β为［0，1］范围内的一个随机数；L*为在该情况下的最优解。

在捕猎初期，蝙蝠与猎物相距较远，此时，蝙蝠若想快速接近猎物则需加快飞行速度 （增大响度）。当蝙蝠与猎物距离较近时，则需降低飞行速度，加大搜索频率（提高脉冲），从而可获取猎物的准确位置。响度和脉冲速率的变化计算如下：

1.2.2 指标权重获取

通过蝙蝠算法，寻找各指标的最优权重，结果如表2。

表2 评价指标权重

2 基于未确知测度方法的灌区改造工程效益评价

2.1 未确知测度理论

假设有n个待评价灌区改造工程，用空间向量集R表示，R={R1，R2，R3，…Rn}。 对于每个待评价工程有m个评价指标：X={X1，X2，X3，…Xm}。 Xij代表灌区改造工程Ri的第j个评价指标的实测值。 则灌区改造工程Ri的工程效益等级为：R={Ri1，Ri2，Ri3，…Rim}。 Xij的工程效益等级评价向量为：U={C1，C2，C3，…Cp}，设Ck为第k级评价指标且Ck＞Ck+1。 若C1＞C2＞C3，…Cp，则{C1，C2，C3，…Cp}，为一个有序分割类。

2.2 单指标测度评价矩阵

设μijk=μ（Xij∈Ck）表示指标Xij隶属于第k个评价指标Ck的程度该程度满足可加性和归一性， 则称为未确知测度。 单指标评价矩阵为：

2.3 多指标测度评价矩阵

设μijk=μ（Ri∈Ck）表示Ri属于第k级评价指标Ck的程度。

式中 ωj为指标Xj的权重。 多指标综合评价矩阵为：

2.4 置信度识别准则

3 工程应用

3.1 工程概况

位山灌区始建于1958年，并于1981年进行了改建。黄河水为位山灌区主要水源，设计灌溉面积36万hm2，其中有效灌溉面积为34.4万hm2。 改建后位山灌区渠首的引水流量240m3/s，有东西两个渠道，其中东渠引水流量80m3/s。 目前，位山灌区正在进行节水改造工程，主要是对已有结构的衬砌改造，提升防渗效果，截至目前，共衬砌渠道247.2km，其中干渠139.7km，分干87.2km，支渠20.3km，引黄济津衬砌67km。 干渠衬砌率为50.98%，灌溉保证率为50%，田间工程配套率91%，排涝达标率94%；灌溉水利用系数0.54，节水灌溉面积率73%，采用“高水位、大流量、速灌速停”等灌溉方式， 减少了水资源浪费。 同时对黄淮海灌区、东北平原农业产区灌溉改造项目进行评价。 单指标评价测度函数如图1，各灌区评价指标实际值和评价结果如表3和表4。 通过对位山灌区和其他两大灌区各4个样点灌区进行评价，位山灌区工程效益为Ⅱ级。

图1 单指标测度函数

表3 各灌区评价指标实际值

表4 各灌区改造工程效益评价结果

4 结语

（1）通过资料收集选取了6个指标作为灌区改造工程效益的评价指标， 搜集多个灌区改造情况作为蝙蝠算法的输入数据， 通过蝙蝠算法强大的搜索功能，确定了各个指标的权重，渠道衬砌率和田间工程配套率是影响灌区改造效益的重要指标。

（2） 使用未确知测度的方法对位山灌区和黄淮海灌区、东北平原农业产区灌区各4个样本点进行灌区改造工程效益评价， 表明位山灌区的工程效益等级为Ⅱ级。