基于博弈论赋权的灌溉用水效率GRA—TOPSIS评价模型

在构建区域灌溉用水效率综合评价指标体系的基础上,运用博弈论(Game theory,GT)思想将层次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)所得主观权重与改进熵值法(Improved entropy value method,IEVM)所得客观权重进行综合集成以获取组合权值,并将灰色关联分析(Gray relation analysis,GRA)与逼近理想解排序(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)相结合,以三江平原10个大型灌区为例进行验证,对区域灌溉用水效率作综合评价。采用Spearman等级相关系数检验灌溉水有效利用系数排序与GRA-TOPSIS法排序,得到的相关系数高达0.863,且GRA-TOPSIS法、GRA法、TOPSIS法对同一灌区综合排序的位次相差均不超过2,表明评价结果具有合理性和一致性;GRA-TOPSIS法所得综合值的极差为0.343,变异系数为0.267,均高于单独使用GRA法或TOPSIS法的极差与变异系数,更有利于对灌区灌溉用水效率进行辨识分区。此外,根据目标层与准则层排序差异度将灌区分为3类,辨识各灌区灌溉用水效率主控因子,对区域灌溉用水效率发展策略的制定具有参考价值。     

基于熵权TOPSIS法的灌溉用水效率评价

【目的】对灌区灌溉用水效率进行评价,为灌区节水改造提供科学依据。【方法】通过构建灌溉用水效率综合评价指标体系,基于熵权TOPSIS法对2017—2020年新疆兵团第二师6个灌区的灌溉用水效率进行评价。【结果】熵权TOPSIS法的评价结果与灌区实际情况相符,评价结果排序与灌溉水有效利用系数排序、AHP—模糊综合评价结果排序均具有显著相关性,且熵权TOPSIS法相比AHP—模糊综合评价法的变异系数更大,更有利于灌区灌溉用水效率的等级划分;根据灌区各评价指标等级与灌溉用水效率综合评价等级之间的差异,确定了灌溉用水效率的主控因素。【结论】基于熵权TOPSIS法的灌溉用水效率评价具有可行性,灌区在节水改造建设的同时,应确定合理的灌溉制度,提高灌溉用水效率,建设现代化高效节水灌区。     

基于PSO-AHP与粗集理论组合赋权的灌溉用水效率评价

在构建灌区灌溉用水效率评价指标体系的基础上,依据线性加权思想将基于粒子群算法的层次分析法(PSO-AHP)和粗糙集理论所得的主客观权重组合以获取组合权值并用模糊综合评价法评价灌溉用水效率。用Spearman等级相关系数检验模糊综合评价法和灌溉水有效利用系数的评价结果,其相关系数达到0.833,且各灌区灌溉用水效率的排序位次均不超过2,证明了采用PSO-AHP与粗糙集理论进行组合赋权并用模糊综合评价法评价灌溉用水效率的合理性。进一步对比两种评价结果的极值和变异系数,模糊综合评价法的1.051和0.170均远大于灌溉水有效利用系数的0.048和0.035,更有利于评价等级的划分,表明文中所采用的评价方法相对于灌溉水有效利用系数在灌溉用水效率评价领域具有明显的优越性。     

基于农田灌溉系统水能关系的农业节水管理分区研究——以上海为例

【目的】对不同类型的农业灌溉区域进行节水的节能潜力分析并开展相关管理对策探讨。【方法】根据上海农业灌溉系统水资源消耗与能源消耗特征,构建了农业节水管理分区指标体系,采用Ward系统聚类法对上海镇域尺度上的农业灌溉区域进行聚类分析,通过实证研究将上海农业灌溉区域分为4类,并讨论了具有针对性的节水与节能管理对策。【结果】(1)增加水利基础设施建设投入在提升农业用水效率的同时,需兼顾农业灌溉系统的能源利用效率,以提升区域农业灌溉系统的综合效益;(2)在上海当前节水管理水平和区域水资源利用条件下,小规模分散型农业灌溉模式向规模化灌溉方式转变,对提升区域农业用水效率与用能效率的效果并不明显;(3)针对分散型小规模农业灌区实施用水与用能的价格激励机制是实现农业用水效率与用能效率共同提升的一项有益尝试;(4)针对灌溉用水与用能等生产成本占总生产成本比重较小的规模化大型农场,为提高生产经营者的灌溉节水节能意识与动力,应加强农业水总量控制与定额管理,并利用水价的市场调节作用,激励其用水效率与用能效率的共同提升。【结论】基于农田灌溉系统用水与用能关系综合分析的农业节水分区研究,可以为上海及其他平原河网地区农业灌溉系统节水与节能综合效益提升提供科学的管理建议。     

南方大型灌区水稻田灌溉制度实时优化方法研究

【目的】提高南方大型平原自流灌区农业用水效率,发展精准灌溉。【方法】针对江苏省洪金灌区,基于降雨短期预报和水量平衡方程,开展水稻灌溉制度的实时优化研究。【结果】基于7 d短历时天气预报,2017年7月7─13日洪金灌区采用实时优化方法确定的灌溉方案与传统灌溉制度相比,在满足同样灌水要求情况下的灌溉水量减少了32%。【结论】该方法对南方水稻区种植具有普遍指导意义,能够更加精确地安排水稻灌溉制度,提高雨水利用率,优化地区水资源分配。     

灌区用水效率与效益评价——以天津市里自沽灌区为例

以天津市宝坻区里自沽大型灌区的基本资料为基础.选取灌溉水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数、灌溉水生产效率、耕地有效灌溉率、节水灌溉工程面积率6个指标,构建了模糊综合评价模型,对影响灌区用水综合效益的因素进行了分析.结果表明,2004-2008年,里自沽大型灌区综合评价指数分别为3.299、3.423、3.624、3.679、3.687整体上呈现明显的上升趋势,其用水效率状况处于较好阶段.利用模糊综合评价法,对灌区用水效率与效益进行了评价.结果表明,工程状况与管理水平对于灌区用水系数的影响较显著.必须加大灌区节水改造以及灌区管理体制改革力度,进一步提高农业灌溉水的利用效率和效益,促进水资源的可持续发展.     

基于SahysMod模型的节水条件下河套灌区水盐动态模拟

【目的】探明不同节水条件下河套灌区水盐动态的长期演化趋势,为河套灌区适宜节水规模及灌排管理提供数据支撑。【方法】以河套灌区为研究对象,综合考虑气象、水文地质、土壤、灌溉、作物等多因素的空间变异性,结合SahysMod分布式模型与GIS软件,基于2007—2012年和2013—2016年的实测数据对模型进行率定及验证,模拟不同情景方案下的水盐动态变化。【结果】在现有灌排条件下,年排水量呈先减小后逐渐稳定的趋势,年排水量平均值为5.31亿m³;灌区中上游耕地土壤盐分轻微减小,下游明显增加;综合考虑灌区节水与下游乌梁素海生态环境需水,灌区未来引水量在现有基础上最多可减少15%,最多可节约6.46亿m³水量;若田间灌溉量维持不变,渠系水利用系数(η)最多可提高17.6%;当总引水量的削减量相同时,田间灌溉量削减方案对提升灌区排盐能力效果较佳。因此,可优先考虑减少田间灌溉量,其次提高η。【结论】在灌区规模节水的同时,需综合考虑下游生态环境需求,结合灌区实际生态补水条件确定最佳用水管理方案。     

基于DEA-CCR与复合系统的用水效率评价

使用DEA模型计算综合用水效率需满足自由度的限制,即投入产出指标数之和的2倍小于决策单元数量,否则造成区分度较低,出现多个决策单元综合效率同时为1,造成难以排序的问题,因此限制了综合用水效率评价指标个数。为解决以上问题,提出了基于DEA-CCR模型与复合系统的综合用水效率评价方法,根据水资源主要用途将综合用水效率分解为生态用水效率、生活用水效率、生产用水效率3个子系统,利用DEA-CCR模型计算各子系统的用水效率。根据多目标线性加权和法决策理论,通过子系统用水效率与各子系统熵权,求解综合用水效率。最后以上海市2001-2015年综合用水效率为例进行研究,通过分析评价结果,提出了全面的改进措施。利用基于复合系统与DEA模型的综合用水效率评价方法所得评价结果符合上海市实际情况,证明了该方法合理可用。     

VIKOR法在节水灌溉项目方案优选中的应用

【目的】有效解决节水灌溉项目方案选择困难得多属性复杂决策问题。【方法】基于VIKOR算法提出了一种新的节水灌溉项目方案优选方法,使用目标差值率对各指标的原始数据进行标准化处理,同时利用改进的CRITIC法进行客观赋权。【结果】通过对实际案例应用进行分析,并与其他优选方法作对比,当VIKOR法的决策系数取不同值时,得到的排序结果分别与模糊综合评价法、模糊物元模型结果完全一致,得出的最优方案与实际情况相符,表明了将VIKOR法应用到节水灌溉项目方案优选中是可行的。【结论】VIKOR法具有原理简单、计算简便、分辨率高、结果稳定性强等特点,并且决策系数可以根据项目研究意义和决策者的意愿进行调整,增强了VIKOR法操作的灵活性和结果的可靠性,该方法也可以在类似工程方案优选与评价方面广泛应用。     

熵权模糊物元模型在节水灌溉综合效益评价的应用

针对以往节水灌溉综合效益评价中多采用简单的多指标综合评价的不足,运用熵权法来确定评价指标的权重,建立基于熵权的物元可拓模型对灌区节水灌溉综合效益进行评价,分别从节水灌溉的社会效益、经济效益和生态效益3个方面入手,构建评价指标综合体系.并以吉安市的田南灌区、谷口灌区、银湾桥灌区和南车灌区共4个灌区为实例进行评价,结果显示:银湾桥灌区的节水灌溉综合效益级别为“一般”,田南灌区的节水灌溉综合效益级别向“一般”级别转化,谷口灌区的节水灌溉综合效益级别向“较好”级别转化,而南车灌区的节水灌溉综合效益级别向“好”级别转化,采用灵敏度分析方法进一步验证评价结果的稳定,所得评价结果科学可靠.说明熵权物元分析法在节水灌溉综合效益评价中具有一定的应用价值.     

运用灰色关联法进行灌区运行状况综合评价

利用层次分析法和信息熵理论相结合进行评价指标权重的确定,并利用灰色关联法对灌区运行状况进行评价。通过对湖北省大型灌区现状水平的评价,根据各灌区关联度的大小对灌区进行排序与分类;同时根据评价指标的关联度,可知各指标对灌区运行状况综合评价的重要性。最后通过灰色关联法与近似理想点排序法对各灌区的评价结果进行比较,可知这二种评价方法对各灌区排序结果基本相一致,说明利用灰色关联法对灌区运行状况进行综合评价是一种有效、简便的评价方法。     

基于NSGA-Ⅱ的灌区水资源优化配置模型及应用

【目的】解决灌区水资源短缺、农业用水效率不高的问题,为灌区水资源管理提供科学依据。【方法】基于大系统分解协调原理构建了包含灌区作物种植结构和作物灌溉制度的层次优化模型,并剖析第1层模型中灌水时间对灌溉制度优化的影响,以及第2层模型中生态效益对作物种植结构优化的影响。以宝鸡峡五泉灌区为研究对象,构建了2层协调优化模型,并利用非支配排序遗传算法,实现了灌区水资源的优化配置。【结果】(1)以灌水量和灌水时间为优化对象的优化设计方案,可以提高灌区整体经济效益。第2层模型不考虑生态效益时,灌水量与灌水时间同时优化时的经济效益较只优化灌水量时增加1.87%,而第2层模型考虑生态效益时,对应的增长率为1.32%。(2)在作物种植结构的优化模型层引入生态效益优化目标,虽然经济效益有所降低,但优化后的经济效益依然显著高于现状种植结构下的经济效益,方案1、方案2、方案3和方案4与现状情况下的经济效益相比,增长率分别为15.72%、15.27%、15.99%和15.07%。(3)考虑生态效益后,优化后的生态耦合度值与现状相比也有所提升,提高23.5%。【结论】采用第1层模型优化灌溉水量和灌水时间,且第2层模型考虑经济效益和生态效益的方案,可实现水资源最优配置。     

2种典型的综合赋权法应用于灌区

指标权重的确定对评价结果的合理性起着至关重要的作用,为了对灌区节水改造项目综合后评估进行客观合理的评价,将两种典型的不同原理的综合赋权法应用于灌区节水改造项目评估,发现两种综合赋权法得出的权重向量大小排序结果并不相同,根据两种权重值计算的多个灌区评价值大小排序相同,作者对该现象进行了分析,并对两种赋权法的特点、适用范围进行了阐述。     

2种典型的综台赋权法应用于灌区评价的比较研究

指标权重的确定对评价结果的合理性起着至关重要的作用,为了对灌区节水改造项目综合后评估进行客观合理的评价,将2种典型的不同原理的综合赋权法应用于灌区节水改造项目评估,发现2种综合赋权法得出的权重向量大小排序结果并不相同,根据2种权重值计算的多个灌区评价值大小排序相同.对该现象进行了分析,并对2种赋权法的特点、适用范围进行了阐述.     

高关灌区中稻田间水利用系数试验研究

【目的】测算分析高关灌区灌溉水利用系数,提高水资源优化配置和实现最严格水资源管理决策。【方法】以高关灌区中稻试验田为样本,采用平均法、实测法、对比实测法分别测算了高关灌区中稻田间水利用系数。【结果】3种方法测算所得系数分别为0.903、0.941和0.921,相差不大,误差在5%以内,其中,实测法所得系数最大,平均法所得系数最小。高关灌区中稻田间水利用系数随灌水定额增大而减小,呈负相关关系;对比实测法与实测法相比,认为田面渗漏是稻田的有效耗水,田埂渗漏则是稻田的无效耗水,避免了中间测定造成的累积误差,适用于稻作区田间水利用系数的测定。【结论】对比实测法测算的高关灌区中稻田间水利用系数为0.921是合理的。     

漳河灌区节水改造综合效益评价

近20年来,漳河灌区节水改造工程成效显著,全面系统地评价灌区节水改造效果可为提高灌区管理水平及用水效率提供科学依据。基于漳河灌区2000-2013年的工程建设及运行数据,选择灌区的作物种植、节水效益、运行管理及经济效益4个要素的11项评价指标,利用改进熵值法评价灌区节水改造综合效益。评价结果表明,灌区在多年节水改造作用下,综合效益在前11年处于上升阶段,后3年处于下降阶段。通过比较灌区综合评价排序与准则层评价排序,得到灌区综合效益的主控因素为作物种植结构、节水效益、经济效益。     

“横向”拉开档次法对小型灌区的综合评价与排序

随着我国农村小型农田水利工程建设的开展,选择那种评价方法对这些规模及改造方式差别不大的小型灌区进行评价显得尤为重要。采用拉开档次法对分宜县改造后的6座小型灌区进行综合评价排序,评价结果表明,所得评价值差异性大,便于对不同灌区的改造效果进行对比分析;且能够很好的反映出小型灌区的实际情况。应用证明这种评价方法条理清晰、逻辑性强、简单实用,可以为小型灌区的评价工作提供科学的指导。     

基于组合赋权-VIKOR的四参数区间数评价研究

为了提高引黄灌区灌溉用水效率,针对引黄灌区属性值和属性权重均未知的多属性灌溉用水效率评价问题,提出了一种基于四参数区间数的评价方法,并选取工程、环境和管理三方面进行评价。通过改进熵值法和群决策相对熵集结模型计算组合权重,通过VIKOR算法计算待评价对象的排名,然后将算法应用到三义寨灌区引黄灌区灌溉用水效率的评价中,通过评价结果发现在不能人为的影响环境指标的情况下,为了提高引黄灌区灌溉用水效率,应尽量提高管理的投入。     

北屯灌区用水效率与效益评价

根据北屯灌区基本资料,选取灌溉水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数、灌溉水生产效率、耕地有效灌溉率和节水灌溉工程面积率6个指标,构建了模糊综合评价模型,对影响灌区用水综合效益的因素进行了分析.结果表明,工程状况与灌区节水灌溉的发展对灌区灌溉水利用效率的影响较为显著.     

基于水平衡测试的石门水库灌区用水效率与提高措施分析

汉中石门水库灌区是汉中平原大型灌区，通过水平衡测试分析典型灌区用水效率、研究提高用水效率的措施，对实最严格水资源管理制度的模式、经验与做法具有十分重要的意义。通过对灌区开展点、线、面式的水平衡测试，掌握了灌区水量分配、输水、用水设施运行情况、用水总量和各区域用水之间的定量关系。从测试数据入手，计算灌溉用水效率，结合灌区地貌、作物分布、渠道衬砌等多方面因素，分析灌区灌溉用水效率，研究提高措施。结果表明，灌区在丘陵地区种植水稻与低级渠道输水渗漏是灌区用水损失较大的因素，为灌区提高用水效率与节水方案制定提供了重要依据。