本文是一篇农业论文，本研究结合陕西省吴起县小型农田水利高效节水灌溉项目实际，建立了项目综合效益评价的指标体系，并划分了评价等级标准，确定了评价指标的三种权重计算方法，分别建立了两种不同的综合评估模型与两种神经网络评估模型。
1绪论
1.1研究背景与意义
1.1.1研究背景
中国坐拥庞大的水资源体系，其淡水总量占世界16.67%，但庞大的人口数量导致人均水资源量极低，这也导致我国为世界13个缺水国家之一被世界认定为严重缺水国家。在全国有2/3个城市都存在供水不足的问题，除此之外，我国水资源时空分布极不均衡，其分布呈南方及东方较多的局面，而西北内陆的水资源量最低，制约了我国的农业与区域协调发展。我国年平均降雨量约6万亿立方米，其中3.2万亿立方米水循环返回大气，其余约2.8万亿立方米中的绝大多数产生了地表径流，很少渗入土壤。干早缺水、河道阻断、地下水量减少及恶劣天气环境等的生态环境恶化问题已成为制约我国经济社会高质量发展的重要因素。为了改变这些水资源制衡发展的问题，我国政府出台政策与资金支持，启动“南水北调工程”，向北方“注水”。虽然可以有力缓解我国水资源区域性紧缺问题，但我们也必须意识到节约用水才是根本的解决方法。
目前，水资源短缺有很多因素：一，农业灌溉用水量大，利用率低，作物产出率低。我国是农业大国，耕地占世界1/9，农业为水资源利用大户，即便现在存在如此严峻的用水形式，农村很多田地依旧采用大水漫灌的措施，未完全利用水资源，利用系数仅为0.559，我国灌溉水有效利用系数有待提高。我国农业节水技术具有极大的发展空间，世界先进水平的平均灌溉水生产效率为2.0kg/m3，以色列可达到2.2kg/m3，而我国仅为1.232kg/m3，差距极大[1]。二，人均水资源量少[2]。我国人多水少的局面十分紧迫，是世界缺水国家之一。三，水污染问题急剧恶化。全国一半城市内部可饮用水源并未达到给水标准，且大部分城镇缺乏完善的污水处理机制，其中甚至有1/4个城市的水源污染十分明显[3]。四，水土流失问题严重。在我国，水蚀、风蚀和冻融侵蚀三种形式的土壤侵蚀会导致水土流失。水土流失问题的出现将对中国经济发展产生重大影响，从而使得耕地面积缩小，可利用程度降低，应发一系列洪涝灾害，生态环境日益恶化，对生产和人民生活构成严重威胁。因此，加强水土流失防治至关重要[4]。
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1.2国内外研究进展
1.2.1高效节水灌溉研究进展
党中央、国务院结合世界各国国情，提出了发展现代农业节水工程。采用高效节水灌溉可以促进我国中小型农田的可持续发展，实现粮食上稳产保供，满足农业现代化发展的客观需求，是区域经济发展的重要依托，也是刺激农业结构化产业化的力量[7]。国外对于农业节水灌溉已经进行了相关研究。19世纪中期，美国先后发明了以机械驱动作为主要动力的圆形喷灌机与电力驱动喷灌机，即如今的时针式喷灌机。20世纪70年代美国设计出一种用于矩形土地灌溉的平移式喷灌机[8-14]。20世纪中期，欧洲国家发明了灵活性与适应性俱佳的卷盘式喷灌机，并且该技术到如今都在不断发展[15]。近半个世纪以来以色列不断发展微灌和滴灌的节水技术，并将其广泛应用于该国大部分作物种植中，这也为世界发展节水灌溉技术作出了巨大贡献[16]，特别是近年来，微灌设备取得了重大突破。由于灌水器技术不断创新，极大地提高了喷洒均匀程度，减少了水滴喷雾的雾化，极大提高了水利用系数[17-21]。关于农户对灌溉技术的选择，Green等通过对分析研究得出水价因素几乎不被农户考虑，而是土地特点决定了喷灌、滴灌的出现概率。Eric通过研究美国卡罗拉州多年的干旱状况发现，土地的干旱程度与农户选择节水灌溉设备的概率呈正比，此外，水源保障情况、土地租赁价格以及作物产量都是影响农民是否选择节水灌溉设备的因素[22-24]。
我国的节水灌溉技术起步晚于发达国家，1999年，水利部决定在中国进行灌区续建配套与节水改造；2000年，垛庄市为了应对频繁干旱建设了高效节水灌溉工程，是我国发展节水灌溉技术的良好开端，自此我国开始广泛研究与使用节水灌溉技术[25]。到2010年多种高效节水灌溉技术在新疆推广成功，李晓渊为了综合评价两种技术经济效果运用了灰色关联法进行研究，得到了影响滴灌产量的因素并给出相关发展建议[26]。2011年，赵木林，阮清波基于广西耕地状况与气候状况等对于高效节水灌溉工程的发展需求提出根本措施发展的对策建议，让节水灌溉工程进一步惠及全国各地[27]。截止2012年底，新疆农业节水灌溉技术趋于成熟，更多农户选择滴灌等节水技术，极大程度缓解了干旱缺水的困境，此外我国各地也逐渐在优化农业节水灌溉技术[28]。2015年，我国大兴小型农田水利项目的建设，政府加强了主导职能，对于高效节水灌溉的政策支持与装备支撑也得到了大力推进[29-30]；张婷婷在2015年针对通榆县旱田存在的农业灌溉问题，设计了包括管道铺设工程，膜下滴灌等的高效节水灌溉项目，保障了旱田水资源供给，改良了土壤，使农田灌溉高效现代发展[31]；
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2评价指标体系的建立
2.1项目区概况
吴起县位于黄土高原的山谷和河谷之间，这里的土壤大部分是贫瘠的，土壤结构复杂，土壤肥力差，而且由于水资源短缺，原来的农田灌溉系统相对落后。其县城农业状况在西北旱区具有代表性，因此这样的背景下，本文将吴起县的高效农田灌溉系统作为我们在西北干旱地区进行高效农田灌溉的示范项目。
2.1.1地理概况
吴起县位于黄土高原黄河中游无定河和北洛河源头地区、毛乌素沙漠南缘,在陕西省延安市的西北部，为延安市的下辖县之一。该县辖区面积3791.5km2，县长93.64km，县宽78.98km。全县辖6镇3乡，1个街道办事处，164个行政村，7个城市社区。全县共有人口14.2万人，其中4/5为农业人口。人口密度为37.8人/平方公里。其中县辖6个镇分别为：吴起镇、周湾镇、铁边城镇、白豹镇、长官庙镇、长城镇；3个乡分别为五谷城乡、吴仓堡乡、庙沟乡；3个社区管理服务中心分别为王洼子社区、新寨社区、薛岔社区；1个街道办事处为洛源街道办事处。
吴起县坐落在黄土高原的中心地带，其最高海拔高达1809m，地形以西北高东南低为主，形成了一幅独特的景观。其地表几乎被黄土覆盖，属于典型的陕北黄土高原梁状丘陵沟壑，除丘陵沟壑外，还有川，涧等地貌形态，县区面积85%为黄土梁状丘陵。
.1.2气象水文
吴起县属大陆性季风气候，地形复杂且干湿分明，年气候差异明显，最高气温37.1℃，最低温度-28.5℃，多年平均气温7.8℃，境内随地域变化温差大，基本呈现为南热北，冷境内有无定河与北洛河两大流域。年际降水量差异大，平均降水量为478.3mm，平均蒸发量874.8mm，风向多为西北向。降雨基本为暴雨，频繁于7、8、9三个月出现。
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2.2评价指标体系的构建要求及原则
高效节水灌溉是一项复杂的工程，它的影响因素众多，涉及到经济、社会和生态环境等多个领域。为了评估这项工程的效果，我们需要建立一个合理、科学和典型的评价指标体系。选择适宜的指标反映各角度各方面问题，具体原则如下：
（1）定性与定量相结合的原则：指标选取时既要选择有明确定义，可以通过实测数据表达的定量指标，也要选择概念明确但需要进一步量化的定性指标，这样才能更全面反映综合效益状况，其中以定量指标为主体，辅以定性指标，作出全面决策。
（2）科学性与典型性原则：保证各评价指标的名称规范，基本概念与逻辑结构合理，能客观科学地反映农业用水水平；选取指标时不仅要避免指标信息遗漏与错误，更要避免指标间的繁琐和相互重叠。
（3）全面与实用性原则：构建指标体系时选择综合性强、覆盖面广的指标，综合考虑可能受影响的所有因素，全面系统的反映高效节水灌溉项目实际。
（4）动静态相结合的原则：节水改造项目的影响因素具有复杂性，其总体效果是一个动态与静态合一的发展过程，因此指标体系中的指标要反映项目动态发展的状态与过程。
（5）可比性及可操作性原则：构建指标体系时可以类比同类型研究区域的指标体系，尽量选择能客观准确表征实际问题的、有具体概念的指标。建立指标应充分考虑数据来源，保证所选指标的数据资料可以获得，做到利用指标总结出问题，使之具有可操作性。
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3 评价指标权重确定 .............................. 25
3.1 评价指标权重的确定 ................................. 25
3.2 AHP法实施过程 .......................................... 25
4 构建高效节水灌溉综合效益评价模型 ................................... 33
4.1 基于密切值法的高效节水灌溉项目综合效益评价 .................... 33
4.1.1 密切值法原理 .............................. 33
4.1.2 密切值法步骤 .......................................... 33
5 构建神经网络综合效益模型 ....................... 39
5.1 基于BP神经网络的高效节水灌溉项目综合效益评价 ............. 39
5.1.1 BP神经网络原理 ....................................... 39
5.1.2 BP神经网络学习规则 .................................. 39
5构建神经网络综合效益模型
5.1基于BP神经网络的高效节水灌溉项目综合效益评价
5.1.1 BP神经网络原理
BP神经网络，又称为“误差正反向传递”，是一个具有深度和广度的多级前馈神经网络，它的核心理论在于：从大量的数据中挑取有效的信息，利用它们构建一个有效的模式，从而实现有效的预测和控制，从而有效地处理复杂的非线性任务，同时还能够有效地处理多层神经网络中的隐层的连接权限。
通过对函数进行采样得网络的输入变量和目标变量，以及测试样本。本研究将效益评价模型采用3层BP神经网络结构来设计，即只含有一层隐层，网络结构包括输入层、隐层和输出层，隐含层节点数取为3，网络的输入层为规定的高效节水灌溉综合效益5级标准作为5个学习样本，输出层神经元个数为1，传递函数选取隐层传递函数tansig函数，输出层传递函数选择purelin函数，误差采用均方误差MSE。具体部分操作步骤如下：
（1）函数的创建。创建函数命令如下：net=newff(inputn，outputn，hiddennum，{'tansig'，'purelin'}，'trainlm')；
（2）初始化设置。MATLAB程序中的具体语句如下：net.trainParam.epochs=100000；%最大迭代步数net.trainParam.lr=0.1；%学习率net.trainParam.goal=0.0001；%迭代精度设置值net.trainParam.max_fail=200；
由以上步骤，得到训练结果如图5-1。
农业论文参考
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6结论与建议
6.1结论
本研究以陕西省吴起县高效节水灌溉项目综合效益为研究对象，基于大量国内外相关文献资料的研究及对类似地区项目综合效益评价的研究，采用理论研究和实证应用相结合的研究路线。结合陕西省吴起县小型农田水利高效节水灌溉项目实际，建立了项目综合效益评价的指标体系，并划分了评价等级标准，确定了评价指标的三种权重计算方法，分别建立了两种不同的综合评估模型与两种神经网络评估模型，对2016-2020年吴起县高效节水灌溉综合效益进行了综合评估，论文主要结论如下：
（1）构建了综合效益评价指标体系。基于指标选取的全面性、实用性与科学性等原则的基础上，根据吴起县高效节水灌溉项目的评价目的与综合效益的特点，在前人建立的指标体系的基础上构建了更为完整且有针对性的指标体系。该指标体系中数据易获取且可操作性强，包括工程指标、社会指标、经济指标、生态效益、资源指标、管理指标以及可持续指标七个系统层指标，与30个指标级指标。其中9个定性指标，21个定量指标。
（2）确定评估标准及数据预处理。根据客观事实和指标的定性考察，制定了高效节水灌溉项目综合效益等级的划分标准，包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个等级，以此来更加精细地衡量整个项目的经济性和可持续性；研究了各定性与定量指标的标准化处理方法，定性指标采用专家区间评分法进行归一化，对于定量指标采用对数型功效系数法进行归一化。
（3）计算了评价指标的权重。采用主观权重计算（层次分析法）、客观权重计算（熵权法）及组合权重计算（博弈论的综合集成赋权法）三种方法确定各指标层的指标综合权重。结果表明，灌区7个二级评价指标权重差异较大，其中社会效益及经济效益权重最大，即社会效益与经济效益对灌区综合效益影响较大；三级指标中促进当地经济发展程度、促进社会风气好转以及农业产值提高率等所占比重较大，对灌区综合效益的影响较大，符合实际情况。
参考文献（略）