崔世彬，宋艷艷，趙維志

（1.蓬萊市農(nóng)村水利處，山東 蓬萊 265600；2.蓬萊市平山水庫管理所，山東 蓬萊 265600）

我國人均水資源占有量約為2 100 m3，為世界人均水資源占有量的1/4。2016年全國總用水量6 040.2億m3，其中農(nóng)業(yè)用水3 768.0億m3，占總用水量的62.4%。農(nóng)業(yè)灌溉是我國用水大戶，發(fā)展節(jié)水灌溉是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。然而節(jié)水灌溉的方式有很多，在實際應(yīng)用中，設(shè)計者會面對從多種節(jié)水灌溉方式中選取一個最優(yōu)的設(shè)計方式，而選擇時必須綜合考慮諸多因素的影響，因此節(jié)水灌溉方式的優(yōu)化選擇是一個多目標(biāo)決策問題。

為了科學(xué)合理地選擇灌溉方式，張慶華等運用層次分析法對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行了優(yōu)化選擇，門寶輝等運用灰色關(guān)聯(lián)投影法選擇井灌區(qū)最優(yōu)節(jié)水灌溉方式。多目標(biāo)決策方式中各因素指標(biāo)之間往往是有一定聯(lián)系而不是相互獨立的，盡管他們之間的關(guān)系不明確，但是實際上卻是存在的。因此各個指標(biāo)權(quán)重的確定，會不可避免地受到人為因素的影響，TOPSIS優(yōu)化法可以很好地克服這個問題。本文采用TOPSIS法進(jìn)行節(jié)水灌溉方式優(yōu)化選擇。

1 原理與方法

TOPSIS是系統(tǒng)工程中有限方式多目標(biāo)決策分析的一種常用方法，對樣本資料無特殊要求，使用靈活簡便。他通過歸一化后的數(shù)據(jù)規(guī)范化矩陣，找出多個目標(biāo)中最優(yōu)目標(biāo)和最劣目標(biāo)（分別用理想解和負(fù)理想解表示），分別計算各評價目標(biāo)與理想解和負(fù)理想解的距離，獲得各目標(biāo)與理想解的貼近度，按理想解貼近度的大小排序，以此作為評價灌溉方式優(yōu)劣的依據(jù)。貼近度取值在0～1之間，該值愈接近1，表示相應(yīng)的評價目標(biāo)越接近最優(yōu)水平；反之，該值愈接近0，表示評價目標(biāo)越接近最劣水平。

用于節(jié)水灌溉方式的優(yōu)選建模步驟如下：

1）建立節(jié)水灌溉方式的決策矩陣。設(shè)適合的節(jié)水灌溉方式有m種，有n個評價指標(biāo)，則決策矩陣為A=（aij）m×n。

2）對節(jié)水灌溉方式?jīng)Q策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。處理時評價指標(biāo)要同趨勢化，因此要將低優(yōu)指標(biāo)（成本型指標(biāo)）轉(zhuǎn)化為高優(yōu)指標(biāo)（效益型指標(biāo)）。

3）確定節(jié)水灌溉方式的評價指標(biāo)熵權(quán)wj。根據(jù)信息熵的定義求解輸出熵Dj和指標(biāo)的差異度Kj，從而計算出熵權(quán) wj。

4）建立考慮指標(biāo)權(quán)重的決策矩陣Z′，并進(jìn)行歸一化得出歸一化的矩陣Z。

5）確定節(jié)水灌溉方式優(yōu)化指標(biāo)的理想解Z0=[Z01，Z02，…，Z0n]和負(fù)理想解]。

7）計算各節(jié)水灌溉方式指標(biāo)值與理想解的相對接近度Gi。

Gi在0～1之間取值，Gi愈接近1，表示該評價對象越接近最優(yōu)水平；反之，Gi愈接近0，表示該評價對象越接近最劣水平。

8）根據(jù)Gi大小對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行排序，Gi的順序就是灌溉方式優(yōu)劣的順序。

2 應(yīng)用實例

某節(jié)水灌溉項目有管道灌溉、噴灌、滴灌、小管出流灌溉4種方式（分別為方式A、B、C、D）供選擇，以國民經(jīng)濟(jì)評價（凈現(xiàn)值E1、收益率E2、投資回收期E3、效益費用比E4）、技術(shù)指標(biāo)計算（灌水均勻度T1、灌水強度T2、灌溉水利用率T3）、專家社會評價（安全可靠性H1、地形適應(yīng)性H2、作物適應(yīng)性H3、農(nóng)民歡迎程度H4、便于施工程度H5）為評價指標(biāo)進(jìn)行節(jié)水灌溉方式的優(yōu)選。評價指標(biāo)見表1。

下面用基于熵權(quán)TOPSIS法選擇最優(yōu)節(jié)水灌溉方式。

由表1可以看出，地形適應(yīng)性H2指標(biāo)不具有區(qū)分節(jié)水灌溉方式的作用，故該指標(biāo)不包括在模型之內(nèi)，即模型中的評價指標(biāo)為11個。11個指標(biāo)中投資回收期E3為成本型指標(biāo)，其他10個為效益型指標(biāo)。

經(jīng)優(yōu)化計算，最終得相對接近度

對 Gi進(jìn)行排序，GA≥GD≥GB≥GC，可見節(jié)水灌溉方式的優(yōu)劣順序為方式A、方式D、方式B、方式C。此結(jié)果與文獻(xiàn)[2]的結(jié)果（方式A、方式B、方式D、方式C）雖有差別，但最優(yōu)方式卻相同，而且用熵權(quán)TOPSIS法對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行優(yōu)化，各個方式的相對接近度差別較大，易于區(qū)分。

表1 評價指標(biāo)

3 結(jié)語

本文應(yīng)用基于熵權(quán)TOPSIS法對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行優(yōu)化，建立了評價指標(biāo)的TOPSIS模型，通過實例驗證取得了可靠的評價結(jié)果。應(yīng)用TOPSIS法對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行優(yōu)化選擇，克服了人為賦予權(quán)重的隨意性，具有簡單實用的特點。從結(jié)果來看，用熵權(quán)TOPSIS法對節(jié)水灌溉方式進(jìn)行優(yōu)化，各個方式相對接近度差別較大，易于區(qū)分。由于實例中選取的評價指標(biāo)無法涵蓋全部的節(jié)水灌溉影響因素，模型在應(yīng)用中還需不斷完善。