TOPSIS模型在小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價中的應(yīng)用

(遼寧省蓋州市水土保持局，遼寧 蓋州 115200)

TOPSIS模型在小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價中的應(yīng)用

楊斌

(遼寧省蓋州市水土保持局，遼寧 蓋州 115200)

以遼寧省蓋州市6個小型灌區(qū)為研究對象，通過選取該研究區(qū)小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的防洪能力、排澇能力、抗旱能力、降漬能力、水質(zhì)自凈等幾項綜合指標(biāo)，以此通過TOPSIS模型中的熵權(quán)，對各項指標(biāo)的信息熵進(jìn)行計算，從而得到不同指標(biāo)的具體權(quán)重，對研究區(qū)小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的綜合保障能力進(jìn)行客觀評價，為加強區(qū)域農(nóng)田水利工程建設(shè)具有重要作用。

蓋州市；小型農(nóng)田水利工程；基礎(chǔ)設(shè)施；TOPSIS模型；評價

農(nóng)田水利設(shè)施是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障，也是我國地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。做好農(nóng)田水利工程建設(shè)工作，是增強區(qū)域農(nóng)業(yè)抗旱能力、推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營、促進(jìn)當(dāng)?shù)丶Z食增產(chǎn)、改善人民生活水平的重要基礎(chǔ)。盡管近年來遼寧蓋州市在市委、市政府的帶領(lǐng)下，于農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得了重要成效。但是，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模小、建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低、相關(guān)配套設(shè)施差、后續(xù)維護(hù)保障能力不足。因此，蓋州市現(xiàn)有小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施依然難以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、實踐的根本要求。在此背景下，基于TOPSIS模型，對該市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的防洪能力、排澇能力、抗旱能力、降漬能力和水質(zhì)自凈能力等進(jìn)行綜合評價至關(guān)重要。

1 TOPSIS模型簡介

TOPSIS模型分析法又稱多目標(biāo)、多指標(biāo)決策分析法[1]。其為英文“Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution”的縮寫。TOPSIS模型本質(zhì)上是一種結(jié)合有限個評價對象同理想化目標(biāo)之間的接近程度，對相關(guān)評價指標(biāo)的優(yōu)劣程度或功能作用的大小進(jìn)行科學(xué)排序方法[2]。其不僅分析簡便，而且計算結(jié)果科學(xué)、應(yīng)用更為靈活[3]。因此，這種模型在我國小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價中得到了廣泛應(yīng)用。該模型在具體實踐應(yīng)用中的分析、評價原理是：

(1) 結(jié)合評價對象與最優(yōu)解、最劣解的距離，對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行合理排序；

(2) 對研究對象的優(yōu)、劣程度評價：若研究對象最優(yōu)，表明其與最優(yōu)解相靠近，并遠(yuǎn)離最劣解；反之，則靠近最劣解，遠(yuǎn)離最優(yōu)解，評價結(jié)果為最劣；

(3) 最優(yōu)評價結(jié)果各項指標(biāo)的值都為最優(yōu)值；

(4)最劣評價結(jié)果各項指標(biāo)的值都為最劣值。

2 TOPSIS模型構(gòu)建

1)構(gòu)建TOPSIS模型的決策矩陣。假設(shè)TOPSIS模型多指標(biāo)集和多指標(biāo)決策方案集分別為C = (C1, C2, ..., Cm)和M = (M1, M2, ...,Mm)；Xij(i=1, 2, ..., n; j=1, 2, ..., m)則為單項目指標(biāo)決策方案Mj=(M1, M2, ...,Mj)對單指標(biāo)Ci=(C1,C2, ...,Ci)的值。由此可建立TOPSIS模型的多目標(biāo)決策矩陣：

(1)

2)對TOPSIS模型的決策矩陣進(jìn)行無量綱化。此步驟的主要目的，在于有效消除TOPSIS模型中各指標(biāo)量綱的差異對最終決策造成的相關(guān)影響。無量綱化處理可通過以下公式計算：

V=(xij*)m′n

(2)

式中：同指標(biāo)不同方案中第j個指標(biāo)的最大值——:xjmax；同指標(biāo)不同方案中第j個指標(biāo)的最大值——:xjmin；

3)對TOPSIS模型的加權(quán)決策矩陣進(jìn)行構(gòu)建。經(jīng)過無量鋼化的矩陣V·各指標(biāo)的權(quán)重W，即可得到如下TOPSIS模型的加權(quán)決策矩陣：

Z=(rij)m×n

(3)

4)對TOPSIS模型評價指標(biāo)的熵權(quán)進(jìn)行計算。熵是TOPSIS模型中相關(guān)指標(biāo)無程序度的一個重要度量指標(biāo)；通過計算，若該模型相關(guān)指標(biāo)的信息熵越大，表明該指標(biāo)所能提供的相關(guān)信息量就越小，同時其在研究對象綜合評價過程中的實際貢獻(xiàn)程度就越低，該指標(biāo)實際所占權(quán)重值也就越小[4]。對此，在TOPSIS模型分析、評價過程中，可基于評價指標(biāo)的熵權(quán)值，對模型中各指標(biāo)的變異程度進(jìn)行衡量。各評價指標(biāo)的熵權(quán)計算公式如下：

(4)

式中：Wj為TOPSIS模型各指標(biāo)權(quán)重；H為TOPSIS模型評價指標(biāo)的熵；n為TOPSIS模型評價指標(biāo)數(shù)量

5)確定TOPSIS模型加權(quán)決策矩陣Z的最優(yōu)和最劣向量。TOPSIS模型加權(quán)決策矩陣Z的最優(yōu)、最劣向量分別為：

Z+=(Z1+，Z2+，…，Zm+)

(5)

Z-=(Z1-，Z2-，…，Zm-)

(6)

6)歐氏距離的計算

(7)

(8)

7)計算各項目的歐氏貼近度。 計算公式如下：

(9)

8)對象評價。 結(jié)合項目的歐氏貼近度，對相關(guān)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行科學(xué)排序，Ci的值越大，表明該小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的綜合保障能力越強[5]。

3 農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價中TOPSIS模型應(yīng)用

結(jié)合上述模型構(gòu)建與相關(guān)應(yīng)用步驟，本文將對遼寧蓋州市的6個小型灌區(qū)進(jìn)行TOPSIS模型研究。通過指標(biāo)權(quán)重計算，從而基于“防洪功能、排澇功能、抗旱功能、降漬功能、水質(zhì)凈化功能”視角，科學(xué)評價該研究區(qū)小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的綜合保障能力[6]。結(jié)合具體評價指標(biāo)，通過專家進(jìn)行評價，最終得到如下賦分結(jié)果：

表1 蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)專家賦分

然后基于上述數(shù)據(jù)指標(biāo)，采用TOPSIS模型，對蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的綜合保障能力進(jìn)行評價[7]。

1)構(gòu)建TOPSIS模型的決策矩陣。 由于表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)差異較大，故首先需對其進(jìn)行統(tǒng)一化處理，從而得到如下數(shù)列矩陣(見表2)。

表2 蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)統(tǒng)一化處理系數(shù)

2)對TOPSIS模型評價指標(biāo)的熵和熵權(quán)進(jìn)行計算

TOPSIS模型評價指標(biāo)的熵權(quán)：

(4)

=(0.46, 0.02, 0.44,0.01, 0.20,0.42)

3)確定TOPSIS模型加權(quán)決策矩陣Z的最優(yōu)和最劣向量

最優(yōu)向量：Z+=(0.230, 0.152, 0.157, 0.241, 0.230)

最劣向量：Z-=(0, 0, 0, 0, 0)

4)歐氏距離的計算

最優(yōu)歐氏距離：D+= (0.219, 0.217, 0.193, 0.179 , 0.225,0.152)

最劣歐氏距離：D-= (0.159, 0.190, 0.179, 0.158, 0.175, 0.227)

5)計算各項目的歐氏貼近度

各項目的歐氏貼近度C = (0.501 , 0.509, 0.557, 0.609, 0.612, 0.683)

6)對象評價。根據(jù)上述模型分析計算結(jié)果，對研究區(qū)小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的“防洪能力、排澇能力、抗旱能力、降漬能力、水質(zhì)自凈能力”等幾項綜合指標(biāo)進(jìn)行排序[8]，結(jié)果如下：

表3 蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)重要性排序

從表3最終的分析結(jié)果來看，項目1在蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施“防洪能力、排澇能力、抗旱能力、降漬能力、水質(zhì)凈化能力”[8]等指標(biāo)方面的綜合保障能力較強，其所占權(quán)重為68.3%；而項目4各方面的綜合保障能力較弱，其所占權(quán)重為50.0%。其它項目2、項目3、項目5、項目6的歐氏貼近度(所占權(quán)重)分別為50.9%、55.7%、61.2%、68.3%。所以，結(jié)合上表計算參數(shù)， 蓋州市小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)重要性排序(由小到大)結(jié)果為：④<③<⑤<②<⑥<①。由此可以看出，本文所研究的主要對象——蓋州市六個不同小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況存在很大差異，導(dǎo)致這一現(xiàn)狀產(chǎn)生的主要因素在于蓋州市社會各界和相關(guān)部門對農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)資金、技術(shù)等投入力度不同。因農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施涉及因素多、評價過程復(fù)雜，故基于TOPSIS模型對區(qū)域小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況進(jìn)行評價，對于加強區(qū)域農(nóng)田水利工程建設(shè)具有重要作用。

4 結(jié)語

綜上所述，TOPSIS模型是一種科學(xué)、有效的多指標(biāo)、多因素決策評估模型。本文通過對蓋州市6個不同小型水利工程基礎(chǔ)設(shè)施的綜合保障能力進(jìn)行TOPSIS模型評價。結(jié)果表明：該研究區(qū)不同小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施在“防洪、排澇、抗旱、降漬和水質(zhì)凈化”等方面的功能各不相同。鑒于此，相關(guān)部門已加大了對當(dāng)?shù)匦⌒娃r(nóng)田水利工程設(shè)施的建設(shè)和管理。該市近幾年來已建有各類農(nóng)田水利蓄水、引水、提水和節(jié)水工程，農(nóng)業(yè)灌溉能力提升，水利工程裝機量不斷增大，有效灌溉和防洪能力提升，這些農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施，從根本上改善了蓋州市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)條件和農(nóng)業(yè)發(fā)展環(huán)境，也為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收奠定了重要基礎(chǔ)。

[1]賈瑞紅.淺析農(nóng)田水利建設(shè)的科學(xué)化管理[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2011.(6):22-24.

[2]李南,方國華,官云飛.基于改進(jìn)的投影尋蹤水利現(xiàn)代化評價模型[J].水利水電技術(shù).2014.(1):118-121.

[3]任高珊,范立群.多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化配置水資源實例分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計.2014.(6):36-40.

[4]殷欣,劉小剛,張彥,等.基于投影尋蹤的云南省農(nóng)業(yè)水資源效率評價[J].水土保持通報.2013.(5):271-275.

[5]高勇.新民市農(nóng)田水利工程建設(shè)探析[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2014.(3):43-44+76.

[6]馬峰,王千,藺文靜,等.基于指標(biāo)體系投影尋蹤模型的水資源承載力評價——以石家莊為例[J].南水北調(diào)與水利科技.2012.(3):62-66.

[7]張慶文,金菊良.水土流失分區(qū)的賦權(quán)投影尋蹤方法[J].水利規(guī)劃與設(shè)計.2013.(11):38-41.

[8]朱成立,陳婕,馮寶平,等.基于投影尋蹤的濱海鹽堿地改良綜合效應(yīng)評價[J].水利水電科技進(jìn)展.2013.(2):20-25.

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B

1004-1184(2017)05-0142-02

2017-04-06

楊斌(1973-)，男，遼寧營口人，工程師，主要從事農(nóng)田水利及農(nóng)村飲水安全工程方面工作。