基于模糊综合评价法的水库管理现代化评价及其应用

高玉琴 陆晓华 黄祚继

(1.河海大学 水利水电学院,南京 210098;2.水利部淮委水利科学研究院,合肥 230088)

近年来,水利部按照党中央、国务院确定的新的治水方针,提出了新的治水思路,即实现从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变,水利现代化成为当今水利发展的目标和方向[1].水库管理现代化是水利现代化发展进程中的产物,是保障水利现代化实现的重要组成部分[2].由于长期受“重建轻管”思想的影响[3],水库管理仍存在体制不顺、职能不清、权责不明,管理单位事企不分、机制不活,工程运行管理和维修养护经费不足[4],管理人员总量过剩与专业人才缺乏并存等问题[5].这些问题很大程度上影响了水库工程的安全运行和工程效益的正常发挥.

对于水库管理水平的评价,国内外学者已有了一定的研究成果.龚竹构建了基于GIS的水库信息管理系统,并应用于遂宁船山区水库的评价[6];郑斯瑞建立了水库应急管理能力评价指标体系[7];谭运坤等建立了水利工程管理现代化评价指标体系,并针对湖北省某水库进行了实例研究[8];王则一等利用RESCON模型对三门峡水库泥沙淤积的管理方式进行了评价[9],而 Muhammad等运用 HEC-RAS模型对Tarbela水库的沉积管理进行了分析评价[10];赵前信利用单因子评价法对六安市六大水库的水质管理进行了分析评价[11].

上述评价大多是针对水库管理的某一方面,缺少对水库管理的整体性评价.为了对水库管理现代化进行全面、客观的评价,指导水库管理现代化的建设,本文构建了水库管理现代化评价指标体系[12].由于反映水库管理现代化特征的指标较多,各指标间具有不确定性、随机性和模糊性,而模糊综合评价法在这方面具有一定优势并且操作简单,故本文构建了基于模糊综合评价法的评价模型,并将此模型应用于安徽省响洪甸水库管理现代化评价,验证模型的实际应用效果.

1 水库管理现代化

根据水利工程管理现代化的内涵和水库管理在水利工程管理中的重要性[13],要建立水库管理现代化,就要建立管理理念的现代化、管理体制与机制的科学化、水库设施的标准化(工程达到标准程度,工程设施完好情况等)、工程管理控制运用手段的信息化、行业监管与社会管理制度体系的法制化和人才队伍的专业化等[14].实现水库管理现代化是适应经济社会现代化和水利工程管理现代化的客观需要,建立现代的科学的水库管理体系是一个系统的、动态的过程,需要不断进行管理创新.

2 水库管理现代化评价指标体系

2.1 指标体系构建原则及基本框架

反映水库管理现代化单项特征的指标较多,有些指标相关性很强,有些指标虽然重要,但不易取得准确数据,为了能够客观、准确而且比较全面地反映水库管理现代化建设发展水平,在确定指标体系时遵循以下基本原则[15]:1)先进性、系统性与可行性相协调的原则;2)层次性与可比性相结合原则;3)代表性与全面性相结合原则;4)可操作性和导向性相结合原则.

水库管理现代化指标体系由目标层、准则层和指标层3个层次构成.目标层为综合评价目标——水库管理现代化水平;准则层包括5个子目标,即规范化管理、设施设备管理、信息化管理、调度运行及应急处理能力和水生态环境管理;指标层共有18项指标,全面反映影响水库管理现代化的各个方面.指标体系构成见表1.

表1 水库管理现代化评价指标体系

2.2 评价指标说明

2.2.1 规范化管理

该一级评价指标可细分为4个二级评价指标:①组织管理水平:为了有效地配置资源,按照一定的规则构成的一种责权结构安排和人事安排,主要包括机构设置及运行机制、管理人员两方面.②安全管理水平:组织实施安全管理规划、指导、检查和决策,是保证水库处于最佳安全状态的根本环节,主要包括工程安全运行可靠和安全责任事故情况两方面.③运行管理水平:对水库运行过程的计划、组织、实施和控制,主要包括日常管理规范、工程养护质量、标志标牌齐全、工程观测、环境整洁美观等方面.④经济管理水平:主要指管理经费落实情况,包括维修养护、运行管理费用来源渠道畅通,“两费”及时足额到位;有主管部门批准的年度预算计划;开支合理,严格执行财务会计制度,无违规违纪行为等方面.

2.2.2 设施设备管理

该一级评价指标可细分为4个二级评价指标:①工程设施完好率:水库工程中技术性能完好的设施数量占全部设施数量的百分比,包括闸门完好率、启闭机完好率、坝身断面完好率、坝顶道路完好率、大坝防护工程完好率、排水系统完好率等.②观测设施完好率:水库工程中设置的技术性能完好的观测设施数量占全部观测设施的百分比.③生物防护工程完好率:指工程管理范围内的防护林完好程度等.④管理辅助设施完好率:主要指各类工程管理标志、标牌的完好程度.

2.2.3 信息化管理

该一级评价指标可细分为3个二级评价指标:①信息基础设施建设水平:包括数据采集、工程自动监控系统、网络建设、信息化管理机构(或人员)等方面.②水利信息资源建设水平:对水文数据、工程观测数据、运行管理数据、地理信息数据的采集、输送、存储、处理和服务的能力.③业务应用系统建设水平:在水利工程管理方面主要包括水信息综合服务、调度运行指挥系统、水利工程和河湖资源管理系统等.

2.2.4 调度运行及应急处理能力

该一级评价指标可细分为3个二级评价指标:①指挥决策科学化水平:包括组织机构完善程度、岗位设置合理程度、办公设施齐全程度、防汛值班制度执行情况、建立健全调度运用方案、调度指令的执行力、调度运行基本信息适时性程度等方面.②应急处置规范化水平:建立“统一指挥、反应灵敏、协调有序、运转高效”应急管理机制,主要包括日常与专项检查情况、调度运行责任制全面落实、运行安全知识宣传适应性、应急预案建设及执行情况、统计报送时效性和准确率等方面.③防汛抢险专业化水平:建立专业化、正规化、技术化的防汛抢险体系,包括防汛物资贮备及管理水平、队伍建设与保障能力、建立健全调度队伍建设等方面.

2.2.5 水生态环境管理

该一级评价指标可细分为4个二级评价指标:①保洁率:工程管理范围内持续保持洁净的水面和土地面积占总面积的百分比.②绿化覆盖率:工程管理范围内绿地总面积占用地总面积的百分比.③水土流失治理率:工程管理范围内已经得到治理的水土面积占水土流失总面积的百分比.④水质达标率:水质达标的认证水体及断面数量占全体认证水体及断面数量的百分比.

3 构建基于模糊综合评价法的评价模型

模糊综合评价是应用模糊系统基本理论[16-22],对具体事物建立评价因素集、各因素权重集、各种评价结果组成的评价集,采用一定的合成算子进行综合运算和评价.其基本步骤如下:

1)确定评价因素集U={u1,u2,…,un},其中ui(i=1,2,…,n)表示影响事物评价值的第i个因素.

2)确定评价等级集V={v1,v2,…,vm},其中vj(j=1,2,…,m)表示影响事物评价值的第j个等级.

3)样本指标归一化处理.设评价指标的数目为n,样本的个数为m,由于各指标的单位不尽一致,为统一其变化范围都在0～1之间,可采用式(1)和式(2)进行归一化处理.

对于越大越优型指标:

对于越小越优型指标:

式中,x(i,j)为第i个样本第j个指标值归一化处理后的值,x*(i,j)为第i个样本的第j个指标原始值,xmax(j)、xmin(j)分别为第j个指标的最大值和最小值.

4)确定评判隶属矩阵R.当第i项指标xi的值大于其对应的第1级标准值时,它对第1级的隶属度为1,而对其他级别的隶属度为0,即

当第i项指标xi的值介于其对应的第j级和第j+1级标准值Vi,j,Vi,j+1之间时,它对第j+1级和第j级的隶属度分别为

而对其他级别的隶属度均为0;当第i项指标xi的值小于其对应的第m级标准值时,它对第m级的隶属度为1,而对其他级别的隶属度为0,即

通过上述方法,求出各指标的隶属度rij,进而得到评价矩阵R.

5)确定各因素的权重.本文采用熵权与专家赋权相结合的方式确定各指标的权重:

①确定熵权A=(a1,a2,…,an).

假定有m个待评价的样本,每个待评价样本有n个评价指标,则有样本的判断矩阵R=(xij)n×m(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m).式中,xij为第i个样本第j个指标值按式(1)(2)归一化处理后的值.根据熵的定义,确定各评价指标的熵为

式中

且规定当fij=0时,fijln fij=0.相应的第j个指标的熵权定义为

式中0≤aj≤1且=1.

②确定n个评价指标的专家主观权重向量为γ=(γ1,γ2,…,γn).

③确定综合权重W=(ω1,ω2,…,ωn).

式中,ωj为第j个评价指标的综合权重;μ为主观权重对于客观熵权的相对有效性系数,根据两种权重在综合权重中的主次地位以及文献[21]的说明,μ的取值范围设定为0.3＜μ＜3.

6)综合评价.将各指标的权重和隶属度矩阵带入

其中δ为模糊合成算子,表示模糊矩阵的合成运算,采用加权平均型模糊合成算子,其计算公式为

按最大隶属度原则,选取B中最大的隶属度所对应的评语作为该方案的总评价.

4 实例应用

响洪甸水库位于安徽省六安市金寨县,在六安、霍山和金寨三市县交界处,为安徽省六大水库之一,是淮河支流西淠河上游的一座大型水库,是以防洪、供水、灌溉为主,结合发电、城市供水、航运、水产养殖、生态旅游等综合利用的大型水利水电工程.本文以响洪甸水库为评价对象,运用构建的评价指标体系与评价模型,对响洪甸水库的管理现代化水平进行评价.

1)确定因素集与评价集.根据指标体系,共18项评价指标,故n=18.令评价集V={v1,v2,…,v5}.其中v1代表优秀,v2代表良好,v3代表中等,v4代表合格,v5代表不合格.

2)样本指标归一化处理.邀请15位专家对响洪甸水库管理现代化现状水平进行评价,得到样本原始值x*(i,j),根据式(1)(2)对样本进行归一化处理,得到x(i,j).再对15个样本的xj求其平均值,得到样本现状值xj.

3)确定评判隶属矩阵R.由于评价指标已经归一化,则根据5个评语取与之相对应的评级等级标准为[0.9-1.0]、[0.8-0.9)、[0.7-0.8)、[0.6-0.7)、[0.4-0.6),相应的各级标准值为0.95、0.85、0.75、0.65、0.5.根据式(3)～(5),建立评判隶属矩阵R=(R1,R2,R3,R4,R5)T,以第一准则层为例,计算可得

同理可得R2,R3,R4,R5.

4)确定各指标权重.根据式(6)～(8)确定各指标的熵权A,主观权重γ采用德尔菲法确定,经过三轮征询专家组成员的匿名意见,在专家意见趋于一致的基础上,确定各指标的主观权重.然后根据式(9)计算综合权重W,本文取μ=1,即主观与客观权重以相同的权重参与进综合权重之中,具体的权重计算结果见表2.

表2 指标权重计算结果及样本现状值

5)综合评价.将指标层权重和隶属度矩阵代入C=HδR,得准则层模糊评级为

再将准则层权重带入B=GδC,得模糊综合评价结果为

B=(0.607,0.239,0.072,0.031,0.051)

根据最大隶属度原则,Bmax=0.607,可判定响洪甸水库管理现代化评价等级为优秀.准则层中,规范化管理、设施设备管理、调度运行及应急处理能力评价级别为优秀,水生态环境管理评价级别为良好,有待进一步加强;信息化管理水平较低,是制约管理现代化进程的关键.总体而言,响洪甸水库管理现代化水平优秀,与实际管理水平相符合,评价结果具有一定的可信度.

5 结 论

1)基于水库管理现代化的内涵和基本要求,从规范化管理、设施设备管理、信息化管理、调度运行及应急处理能力、水生态环境管理五个方面,构建了由18项指标组成的水库管理现代化评价指标体系,并制定了5个等级评价标准.通过样本评价,为明确实际水库管理重点提供了决策支持和依据.

2)构建了基于模糊综合评价法的评价模型,采用熵权与专家赋权相结合的方式确定各指标的权重,将数据的客观差异性与专家的主观偏好良好地结合起来.将此模型应用于安徽省响洪甸水库管理现代化评价中,所得评价结果与现实情况相符,表明该模型合理适用.

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