评价方法选择与评价指标体系确定

一、评价方法的选择

应用于农业节水示范区的评价方法比较多，大体上可分为两种类型，第一种是基于随机性概率论及数理统计的方法，如综合指数评价法、概率统计评价法、主分量分析评价法、热力学嫡评价法等；第二种是20世纪80年代以来兴起和发展起来的模糊集理论、灰色系统理论、人工神经网络和遗传算法等新的理论和优化技术。

多级模糊综合评判法是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，进行综合评价的一种方法。该方法体现了自然界客观存在的模糊性和不确定性，符合客观规律。模糊综合评判法的优点有：隶属函数和模糊统计方法为定性指标定量化提供了有效的方法，实现了定性和定量方法的有效集合。在客观事物中，有一些问题往往不是绝对的肯定或绝对的否定，涉及模糊因素很多，而模糊综合评判法则可以很好地解决这些判断中带有模糊性和不确定的问题。所得结果为一向量即评语集，克服了传统数学方法中结果单一性的缺陷，结果包含的信息量丰富。

喷、滴灌项目区的评价指标系统具有多层次性、模糊性、灰色性，也有一定的主观性，如果用确切的数学语言和模型来描述这种本身有一定不确定性的对象，可能不会得到满意的评价结果，因此，对喷灌项目区进行评价，要想绝对精确是不可能的，也是不必要的。考虑到多级模糊综合评判法以上的优势，以及喷、滴灌项目区自身的特点，本文选用多级模糊综合评判法对喷灌区进行评价。

二、多级模糊综合评判法简介

模糊综合评判是指对受多种因素影响的事物或现象做出总的评价。模糊综合评判的数学模型可分为一级模型和多级模型。一级模糊评判是多级评判方法的基础，在此基础上引出多级模型。这里只介绍一级与二级模糊综合评判。

（一）一级模糊综合评价

①设因素集为U=（u1，u2，…，un），其中ui（i=1，2，…，n）表示对此事物有影响的第i个因素。

②设每个因素的评价等级集为V=（v1，v2，…，vm），其中vj（j=1，2，…，m）表示每个因素的第j个评价等级。

③进行单因素评价。设第i个因素的单因素评价向量为ri，则n个因素的评价矩阵为R=（r1，r2，…，rn）。

④设因素权重集为A=（a1，a2，…，an），且在进行综合评价时，考虑到各个因素对评定事物所起作用大小不一样，这种评价作用就形成了因素集合U上的一个权重集A。

总分法和加权评分法是综合评判中最常用的方法，本文采取加权评分法。加权评分法可表示为：

其中Q表示加权评价分数，ai（i=1，2，…，n）是第i个因素所占的权重，且要求Zi是第i个因素的单因素评价值。算得A和R后即可进行一级模糊综合评判，本文采用加权评分模型M（·，⊕）：B=A·R，其中A为因素权重集，R为总的评价矩阵，B为总评价结果。

（二）二级模糊评价模型

在实际评价工作中需要考虑的因素很多，各因素可能分属不同的层次，因此，有必要把因素按特定的属性分成几类，先对每一类进行综合评判，再对评价结果进行各类之间的高层次综合，这样就有了多级综合评价模型。

①将因素集U中的元素按照某些共性分成若干子集U=（u′1，u′2，…，u′n），这里u′1，u′2，…，u′n均为U的子集，且u′i∩u′j=Ø（i≠j，i，j=1，2，…，n）。

②对每一个u′i按一级综合评价方法进行模糊综合评判。可得一级综合评判矩阵B=（b1，b2，…，bn）。设每个因素的权重为a′，则可得权重集A′=（a′1，a′2，…，a′n）。

③二级模糊综合评判模型。把一级综合评判所得矩阵作为二级评判的评价集V′=（v′1，v′2，…，v′n），则可得二级评判模型：

B′=A′·V′=A′·B=，其中B′为二级评判的最终结果。

三、指标体系的构建

运用多级模糊综合评判方法对喷灌区进行评价时，选取能反映喷灌区节水效果的因素集作为评价指标体系，并设定相应的评价集。合理的农业节水综合效益评价指标体系，可为客观、公正地评价各种农业节水综合效益提供科学依据。

（一）指标体系构建的原则和方法

1.指标体系构建的原则

①科学性。评价指标既要立足于现有的基础和条件，能够科学、客观地反映不同地区、不同资源条件下的农业用水水平，又要考虑发展的因素和不同地区的可比性，且对不同的评价对象进行评价时，同一指标的评价所采用的评价标准和评价方法必须一致，以便于比较和分析评价对象的各指标，并能反映农业节水的含义和实现的程度。

②系统与层次相结合。宏观上农业节水综合效益包括社会效益、经济效益和生态环境效益，由不同层次、不同要素组成。因此，确定指标时必须运用系统的观点，将总体目标层层分解，再进行综合，以便从各个侧面全面、完整地反映出评价对象的各个主要影响因素，全面系统地反映出工程实施前后各方面的正负效益。同时要体现出系统的层次性和各子系统的独立性与相关性，分别确定各层次指标的权重，做到系统与层次相结合。

③动态与静态相结合。由于农业节水对区域农业、农村经济影响的滞后性和影响因素的复杂性，不易在较短的时间内得到反映，它是一个历史的、动态的发展过程，是动态与静态的统一。因此，评价指标中既要有反映现实的静态指标，又要有反映其发展的动态指标。

④定性与定量相结合。在农业节水综合效益众多的影响和制约因素中，有些因素可以定量化，而有些因素难以定量，只能定性描述，但这些定性因素甚至对工程的评价起着主导作用。因此，指标体系应尽量选择定量指标，难以量化的重要指标要进行定性描述。

⑤可操作性。评价指标要指导各地农业节水建设，需要通俗易懂，要求指标的描述简捷、准确，指标的含义明确、具体，避免指标间内容的相互交叉和重复。同时，在设置指标时不要盲目追求指标体系“万能”，而要在不影响指标系统性的原则下，尽量减少指标数量，以尽量提高指标的可操作性和实用性。另外，评价指标体系要具有开放性，便于评价指标的更新和扩充。

2.指标体系构建的方法

应用系统分析方法，构建农业节水综合效益评价指标体系，具体有以下4个步骤：

①系统分析。在坚持指标体系构建原则的基础上，明确评价的目的和意义，确定出系统层次。

②系统设计。设计调查表格，收集基础数据，与专家讨论，初选评价指标；建立评价指标层次结构，确定指标量化方法和权重的计算方法。

③系统建立。对典型项目进行调查，确定出其量化数学模型，编制运行程序。

图7-1-1　评价指标体系构建流程图

（二）指标体系的确定

农业节水综合效益的评价是一项复杂的系统工程，涉及社会、经济、资源和生态环境的诸多方面，其中大部分评价因素可以通过实测、调查和计算以精确化的数值进行定量描述，而部分由于其本身内涵和外延的不确定性，只能进行定性描述。因此，在构建评价指标体系时，首先根据评价指标的确定性情况将指标分为定性和定量两大类，然后再分别按社会、经济和生态环境3个划分标准构建。本文构建了包含21个具体指标的评价指标体系，具体见图7-1-2。

图7-1-2　农业节水综合效益评价指标体系结构框架

四、评价指标的阐释

（一）定性指标（B1）

1.社会指标（C1）

①改善农产品品质（D1）。随着农业节水项目的实施，农业用水矛盾将会明显减少。与无农业节水项目的地区相比，该地区不仅能在一定程度上保证农作物各种生理活动所需的水分，加强农作物的某些生理活动，而且还能够创造一个适宜于农作物生长的生态环境，有利于作物的生长和发育。该指标反映了农作物生长和发育的改善程度，它从农产品品质的角度出发，反映了农业节水项目的实施对社会的贡献。

②提高群众生活水平（D2）。农业节水的最终目的就是缓解水资源短缺的矛盾，提高和改善人民群众的生活水平。主要通过两种途径实现：一是通过农业节水，提高农作物的产量，改善农产品的品质，使农民的收入增加；二是通过农业节水，促进当地生态环境的良性循环，改善当地居民的生活环境，提高人民群众的生活质量。该指标是从人民群众的自身利益的角度出发，反映农业节水项目的实施对社会的贡献。

③对促进区域农业发展的作用（D3）。农业节水项目的实施，为农业结构调整提供良好的基础条件，可加快农业结构调整的步伐；同时，也加快农业基础设施建设，改善农业生产条件，促进项目区的农业发展。另外，通过实施农业节水工程，减少用水浪费，将节约下来的水用于那些缺水的邻近地区的农业灌溉，可在某种程度上促进整个区域农业的发展。

④对促进区域经济发展的作用（D4）。在水资源总量不变的前提下，减少农业用水量，可相对地提高工业用水量和其他用水量。也就是说农业节水项目的实施不仅可推动区域农业经济的发展，而且还可促进区域工业经济和其他产业经济的发展，从而加快整个区域经济的发展。

2.生态环境指标（C2）

①改善水体质量（D5）。水体质量简称水质，指水的物理性质和化学质量，包括水温、透明度、酸碱度、总硬度、水中溶解气体和营养盐等。农业节水项目的实施，能有效促进水、肥优化配置，提高资源利用率，减缓项目区内农业面源污染负荷量。

②改善农田小气候（D6）。喷滴灌技术的实施，有效地调节农作物种植区内土壤水分，空气湿度、温度，促使农作物生长环境适宜。但是，由于节水灌溉改变原有大水漫灌条件下的水量平衡，会导致局部生态环境的变化，对于植被、地下水、地表水、湖泊有一定的负面影响。

③对水资源持续利用的影响（D7）。农业节水项目的实施，一方面使水资源的分配更为合理，减少地下水的超采，维持水资源的平衡和良性循环；另一方面通过使农民增产增收，提高人们的生活水平，为水资源的保护创造经济条件，可促进水资源的持续利用。

④防止土壤侵蚀（D8）。农业节水项目的实施，可改善水力条件，减少水土流失。

⑤防止土壤盐碱化（D9）。农业节水灌溉的实施，有效减少灌溉量和外部盐分供给量，减缓浅层地下水埋深上升，从而防止土壤盐碱化。

（二）定量指标（B2）

1.社会指标（C3）

①单位面积平均年增加粮食产量（D10）。由于农业节水项目的实施提高了灌溉保证率，扩大了耕地面积，设计灌溉定额及灌水周期更加适合于作物生长需要，农作物的产量、质量都得到了提高。它是衡量项目区农民增产增收的重要指标之一。

②主要农作物净灌溉定额减少量（D11）。农业节水灌溉促使农作物灌溉用水量的减少主要体现在两个方面：一是灌溉过程中的水分渗漏和地面流失减少，通过灌溉水的利用系数体现；二是减少农田水分蒸腾蒸发损耗，即农作物的生理生态用水减少，体现在各作物的净灌溉定额上。该指标主要反映了农作物的生理生态用水情况，是衡量农业节水程度的重要指标之一。

③提高灌溉水利用系数（D12）。灌溉水利用系数是指灌区在输水、配水过程中的有效利用程度。它表现为田间所需要的净流量（或净水量）与渠首引入流量（或水量）之比，或等于渠系水利用系数和田间水利用系数的乘积。它从输、配水的角度反映农业节水的程度，是衡量农业节水程度的重要指标之一。

④灌溉水分生产率变化值（D13）。灌溉水分生产率综合反映灌区的农业生产水平、灌溉工程状况和灌溉管理水平，直接地显示出在灌区投入的单位灌溉水量的农作物的产出效果。它可有效地把节约灌溉用水与农业产量结合起来，既可以避免片面地追求节约灌溉用水量而忽视农业产量的倾向，又可以防止片面地追求农业增产而不惜大量增加灌溉用水量的倾向。它体现了水量投入的产出效率，是衡量灌区（在实施农业节水前后）农业生产水平、灌溉工程状况和灌溉管理水平的重要指标。

⑤人均年纯收入增长率（D14）。农业节水的最终目的就是改善和提高人民群众的生活水平，而与群众生活水平息息相关、最为重要的指标就是“人均年纯收入增长率”这一硬指标，它反映了人民群众生活水平的改善程度。

2.资源指标（C4）

①单位投资节地（D15）。单位投资节地是指单位投资所节约的土地面积。使用工程节水技术后，输水渠道的水力条件较土渠好，其断面尺寸可以显著减小，也就是说输水渠道的堤顶宽度和边坡系数均可减小，从而减少了渠道占地，节省了土地面积。

②单位投资节工（D16）。单位投资节工是指单位投资所减少的用工。用工包括管水用工、输水渠道的整修用工、清除杂草和清淤用工等，采用农业节水技术措施后，输、配水条件得到了很大改善。与实施前相比，输、配水系统更便于集中管理，而且输水速度快，灌溉效率高，灌水周期短，从而可以大大减少田间灌水的劳动量和劳动强度，明显地减少用工。

③单位投资节水（D17）。单位投资节水是指单位投资所节约的农业用水量。农业节水项目的实施，一方面提高灌溉水利用系数，使在输水过程中水量的损耗明显减少；另一方面通过合理控制作物的生理生态用水，降低作物的净灌溉定额，从而节省农业用水量。

④单位投资节电（D18）。单位投资节电是指单位投资所减少的电能的消耗量。在河流水量比较丰富，但灌区位置较高，修建其他自流引水工程困难或不经济时，一般采用抽水取水的方式，即通过泵站的运动把电能传给被抽的水流，使被抽的水流能量增加，以满足灌溉的需求。在提水灌溉中，电能的消耗量与灌溉水量有关。

3.经济指标（C5）

①单位面积平均净效益现值（D19）。单位面积平均净效益现值是指利用社会折现率将项目计算期内的单位面积平均净效益折算到基准年的现值之和，它是反映项目对国民经济所做贡献的一项指标。

②经济内部收益率（D20）。经济内部收益率是指分析期内总效益现值等于总费用现值时的折现率，或者说是净现值等于零时的折现率。

③单方农业节水投资（D21）。单方农业节水投资是指农业节水工程每节约1 m3水的投入额，它从农业节水量的角度衡量建设项目的经济效果。

五、评价指标的计算方法

（一）定性指标的计算

定性指标的数值及量化值采用专家区间评分法，即通过聘请n位专家分别对第j个评价对象的第i个定性指标给出评分区间（l=1，2，…，n），将作最大、最小化处理，记统计中 、出现的频数并计算总频数，确定Q的隶属频率，然后计算Q的隶属频率平均数，此平均数即为评价指标i的最终专家评分值。

式中：rij∈［0，1］。

（二）定量指标的计算

1.定量指标计算

（1）社会指标（C3）

a.每公顷年均增加粮食产量（D10）。每公顷年均增加粮食产量是指与无农业节水项目相比，项目区内多年平均每公顷所增加的粮食产量。

式中：Δy为每公顷年均增加粮食产量（kg/hm2）；

　　　yq，y′q分别为农业节水项目实施后和无农业节水项目（即传统灌溉）

　　　q作物的平均单产（kg/hm2）；

　　　Aq为q作物的灌溉面积（hm2）；

　　　m为作物种类。

b.主要农作物净灌溉定额减少量（D11）。主要农作物灌溉定额减少量指与无农业节水项目相比，项目区内各主要农作物的净灌溉定额减少量的加权平均值。

式中：Δm为主要农作物灌溉定额减少量（m3/hm2）；

　　　mq，m′q分别为农业节水项目实施后和无农业节水项目时第q种作物的净灌溉定额（m3/hm2）。

c.提高灌溉水利用系数（D12）。提高灌溉水利用系数指与无农业节水项目相比，该项目区内水的利用系数变化值。

式中：Δη为水利用系数变化值；

　　　η渠，η渠′分别为农业节水项目实施后和无农业节水项目时的渠系水利用系数；

　　　η田，η田′分别为相应的田间水利用系数。

d.灌溉水分生产率变化值（D13）。灌溉水分生产率变化值是指与无农业节水项目相比，该项目区内单位水资源量的农业产出水平的变化值。考虑到单位面积灌溉水量不仅受灌溉工程条件和灌溉管理水平的影响，而且受年降水量和作物种植结构的影响，灌溉水分生产率在年际间变化较大，所以采用灌溉水分生产率的多年平均值作为评价指标。

式中：ΔWP为灌溉水分生产率变化值（kg/m3）；

　　　Y，Y′分别为农业节水项目实施后和无农业节水项目时灌区作物总产量（单位为kg）和平均产量（kg/hm2）；

　　　W为灌区相应的总灌溉用水量（m3）；

　　　W′为单位面积灌溉用水量（毛灌溉定额）（m3/hm2）。

e.人均年纯收入增长率（D14）。人均年纯收入增长率指与无农业节水项目时相比，该项目区内人均年纯收入增长速率，表示为

式中为人均年纯收入增长率；

　　　R，R′分别为农业节水项目实施后和无农业节水项目时的人均年纯收入（元/人）。

（2）资源指标（C4）

a.单位投资节地（D15）。单位投资节地是指单位投资所节约的土地面积。

式中：s为单位投资节地（hm2/万元）；

　　　ΔS为节地面积（hm2）；

　　　C总为总投资（万元）。

b.单位投资节工（D16）。单位投资节工是指单位投资所减少的劳动投入工。

式中：g为单位投资节工（工日/万元）；

　　　ΔG为节约工日（工日）。

c.单位投资节水（D17）。单位投资节水是指单位投资所节约的水量。

式中：w为单位投资节水（m3/万元）；

　　　ΔW为节水量（m3）。

d.单位投资节电（D18）。单位投资节电是指单位投资所节约的电量。

式中：N为单位投资节电（千瓦时/万元）；

　　　ΔN为节电量（kW·h）。

（3）经济指标（C5）

a.每公顷平均净效益现值（D19）。每公顷平均净效益现值b净为每公顷平均总效益现值b总与平均总费用现值c总之差。

式中：b年为每公顷年均效益（元/hm2）；

　　　c年为每公顷年均费用（元/hm2）；

　　　i为折现率，取8%；

　　　n为该农业节水工程的经济使用年限，按SL72—94《水利建设项目经济评价规范》取n=15；

　　　P/A为现值因子。

b.经济内部收益率（D20）。经济内部收益率［19］就是分析期内总效益现值等于总费用现值时的折现率或者说是净现值等于零时的折现率，一般通过试算法求解。

NPW=b总-c总=0⇒

式中：NPW表示每公顷净效益现值（元/hm2）；

　　　i′为内部收益率；

　　　u为每公顷年运行费（元/hm2）。

c.单方农业节水投资（D21）。单方农业节水投资就是把年费用分摊到每公顷节约的水量上。

式中：c单为单方农业节水投资（元/m3）；

　　　A总为农业节水的总面积（hm2）；

　　　ΔW为节水量（m3）。

2.定量指标的无量纲化

定量指标的无量纲化是指将各指标的实际值进行归一，即通过建立隶属函数f（x），求出各指标的隶属度μ（x）。隶属度μ（x）介于0与1之间，当目标达到最满意时，隶属度μ（x）=1；最差时，隶属度μ（x）=0。对于不同类型指标选用不同类型的隶属函数，一般分为2种类型。

①x越大μ（x）越大，求目标的最大型（类型①）。假设指标的最大值为B，最小值为A，此时对应的分值分别为1和0，则隶属函数可以用升岭形分布来表示（见图7-1-3（a））。

式中：μ（x）表示某一指标的隶属度；

　　　x为指标实值；

　　　A，B分别为该指标的标准值的上、下限。

图7-1-3　指标隶属度计算模型

②x越大μ（x）越小，求目标的最小型（类型②）。假设指标的最大值为B，最小值为A，此时对应的分值分别为0和1，则隶属函数可以用降岭形分布来表示（图7-1-3（b））。

通过抽样调查来确定定量指标的最大值和最小值，调查范围必须涵盖优、中、差3种类型，用以确保调查数据具有代表性。同时考虑到不同农业节水项目区的发展状况不同，应选用正常运行期3年以上的平均值作为选择标准值的参考。确定指标优劣标准时，应根据各指标的情况分别进行确定，大致可分为2种情况。

③数值越大越有利的指标。如每公顷年均增加粮食产量（D10）可采用调查样本最大值加20%和最小值减20%作为其最上和最下限（当样本足够长时，可通过加减一个标准差来确定），尽可能地使绝大多数评价项目的指标值都在取值范围内。

④数值越大越不利的指标。数值越大分值越低，数值越小，分值越高。通过对农业节水喷灌项目区的调查，征求专家意见，制定出当前农业节水项目区的参照标准（见表7-1-1，表7-1-2）。

表7-1-1　喷灌玉米节水综合效益评价指标体系中各指标的参照标准及其隶属函数类型

表7-1-2　滴灌葡萄节水综合效益评价指标体系中各指标的参照标准及其隶属函数类型

（续表）

3.指标权重的确定

由于各个指标对评价层所起的作用不尽相同，为了使评价结果更加符合实际情况，必须给各个指标赋予不同的权重值，本文采取层次分析法确定指标权重值。具体计算如下：

①聘请6～10位多年从事农业节水（特别是喷灌节水）或农业节水综合效益评价方面研究的专家组成专家组，各专家分别对同级指标进行两两比较，构造各层次判断矩阵B=bij{}n×n。bij表示对于B而言，bi对bj的相对重要程度，bij一般取1，3，5，…，9及它们的倒数。其中bij=1，表示bi与bj同样重要，且bji=1；bij=3，表示bi比bj重要一点，且bji=1/3；bij=5，表示bi比bj重要，且bji=1/5；bij=7，表示bi比bj重要得多，且bji=1/7；bij=9，表示bi比bj极端重要，且bji=1/9。

②计算判断矩阵每一行元素的乘积：计算Pi的n次方根对向量Dni归一化，即可得到其权重值

4.模糊综合评判模型的建立

依据所建立的评价指标体系，可以选用4个层次的模糊评判模型对喷灌项目区综合效益进行评价。第一层为总目标层，即喷灌项目区的综合效益；第二层为定性指标和定量指标；第三层包括社会指标、资源指标、经济指标和生态环境指标；第四层为21个具体指标，各层次各指标关系见图7-1-2。

定性指标的值及量化值可以通过专家评分法得到，定量指标的值可以通过对项目区运行情况实地调查及实测数据再运用各个指标计算得到，最后通过建立隶属函数f（x）得到定量指标的无量化值。各指标层的权重采用层次分析法得到。

本文将评语集V定为4个等级，即V={v1（差），v2（中），v3（良），v4（优）}，评语集和隶属度对应关系为V={v1（差），v2（中），v3（良），v4（优）}={［0.00，0.25］，（0.25，0.50］，（0.50，0.75］，（0.75，1.00］}。将得出的最终评判集与隶属度进行对比，便可得出最后的评判结果。

计算结果评判：

如果计算结果0≤V≤0.25，表明农业节水综合效果差，在某些方面没有达到预期的效果。对社会、生态、经济等方面考虑不够全面。

如果计算结果0.25＜V≤0.5，表明农业节水综合效果一般，通过节水改造后社会、生态、经济效果一般，效果不太明显。

如果计算结果0.5＜V≤0.75，表明农业节水综合效果良好，通过节水改造后社会、生态、经济效果条件有了明显改变，效果比较明显。

如果计算结果0.75＜V≤1.0，表明农业节水综合效果很好，通过节水改造后社会、生态、经济效果都达到了预期的目标，综合效果非常明显。

计算结果数字越大，说明综合效果越明显。