Comprehensive Evaluation Methodology for Rainwater Harvesting and Utilization Programs in Facility Agriculture

SUN Ye; HUANG Qian; WANG Wei; XU Zhenghe; JIANG Yao; XUE Yan

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0252

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Journal of Agriculture ›› 2024, Vol. 14 ›› Issue (6) : 72-82. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0252

Comprehensive Evaluation Methodology for Rainwater Harvesting and Utilization Programs in Facility Agriculture

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Abstract

This study provides a theoretical basis for the design of efficient rainwater collection and utilization systems in facility agriculture, and it also serves as a reference for evaluating and selecting other efficient water-saving agricultural practices. By considering economic costs, technical performance, operational management, and environmental impacts, an evaluation index system for rainwater collection and utilization in facility agriculture was constructed. An improved rank correlation analysis and Analytic Hierarchy Process (Reelies-AHP-FSE) model were employed to analyze the influencing factors of efficient rainwater collection and utilization in facility agriculture. Expert ratings and sequential relationship methods were incorporated in the analysis. Fuzzy comprehensive evaluation was used to score different design options for rainwater transmission and storage systems, and the optimal solution for rainwater collection and utilization in the research area was selected. The results showed that the fuzzy comprehensive index value for the rectangular concrete channel with slope treatment was 3.922, indicating it as the preferred option for rainwater transmission. The fuzzy comprehensive evaluation value for the pipeline storage structure was 4.003, making it the optimal choice for rainwater storage. This evaluation method optimized the material and form selection based on factors such as terrain adaptability, water storage efficiency, and water quality maintenance, providing valuable insights for promoting the utilization of rainwater collection in facility agriculture.

Key words

improved rank correlation analysis / AHP fuzzy comprehensive evaluation / rainwater storage system / rainwater conveyance system / evaluation index system

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SUN Ye , HUANG Qian , WANG Wei , XU Zhenghe , JIANG Yao , XUE Yan. Comprehensive Evaluation Methodology for Rainwater Harvesting and Utilization Programs in Facility Agriculture. Journal of Agriculture. 2024, 14(6): 72-82 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0252

0 引言

农业中的雨水直接收集利用历史悠久，对农业灌溉发展起到了积极作用。由于水资源短缺制约农业发展，通过大棚集流面收集优质雨水作为农业和生活的替代水源，是一种成功可行的水资源管理策略^[1]。雨水集蓄利用作为设施农业的新思路，通过导引、收集、存蓄雨水径流，对过剩的雨水进行时间与空间维度上的迁徙，既可以满足农作物的灌溉需求，同时避免分配不均而导致的洪涝灾害。雨水蓄水工程^[2]作为雨水集蓄利用系统的重要环节，其规模、材料、形式种类繁多，在适用范围、治理效果、生态环境效益和运行成本等方面各有优劣。受区域、经济等因素影响，目前中国设施农业雨水集蓄利用方案的选择缺少针对性和适用性，设计雨水蓄水工程缺乏指导和依据，导致工程运行过程中会有不必要的资源浪费。国外集雨利用研究，较多针对城市雨水集用，技术也相对成熟，而针对设施农业的雨水利用研究较少。国内在设施农业雨水集蓄利用在产汇流、储蓄容积^[3⇓-5]计算等方面较为深入，对设施农业雨水利用模式与效果进行了试验性研究与效果推测^[6-7]。王广周等^[8]对雨水集蓄利用不同材料水窖水质变化进行了研究，固化土、水泥砂浆膜面、橡胶类水窖水质都没有明显变化。焦有权等^[9]针对温棚膜面雨水集蓄回用技术按照传统雨水集蓄利用方法提出了集雨膜面、集雨槽、集水窖、蓄水池、潜水泵的工程构建，并指出制约温棚膜面雨水集蓄的关键技术问题。肖长坤等^[10]试验了利用PP模块和土工膜为储存装置，集流槽和透水铺装为集流装置的温室膜面集雨方法，具有集雨水质好、材料环保、安装快速的特点。目前国内关于设施农业雨水集蓄利用未形成完整的设计理论。本研究以不同设施农业雨水集蓄系统为研究对象，综合雨水集蓄系统的各项指标，分别对雨水传输系统、雨水蓄水系统两类系统方案进行综合打分，以期充分发挥设施农业雨水集蓄工程的节水效用。

1 Reelies-AHP-FSE综合评价模型

1.1 Reelies-AHP-FSE模型方法简介

国内外常见的评价方法有灰色分析法^[11⇓-13]、变异系数法^[14]、神经网络法、Topsis模型法^[15]、模糊综合评价法^[16]、层次分析法^[17⇓-19]等。上述方法中，层次分析法(Analytic hierarchy process，AHP)作为一种对评价集合两两比较思维的定性定量分析方法，对决策的问题按照预计实现的总目标按层逐步分解做出决策，可解决多指标、多层次的多目标问题^[20-21]。模糊综合评价法(Fuzzy comprehensive evaluation，FCE)基于模糊数学理论，通过定义隶属度来归类因素集合，将指标中难以定性的部分转化为适宜理解的定量问题，对被评价对象的多个指标因子进行整体评价，最后得出评价结果。二者结合起来的层次分析-模糊综合评价法(AHP-FCE)，模型通过基于模糊数学的模糊关系构成原则，从模糊关系中确定隶属度，从而对受多种因素影响的对象进行综合判断，无需大量数据支撑，是一种通过专家评价解决和优化决策问题的常用方法。

改进的秩相关分析是非参数参与的统计分析方法，可以有效避免多个专家间的信息差。多个变量经过双肯德尔检验校正后，主导指标权重增强，一致性和准确性得到了显著提高，更符合客观现实。改进的秩相关分析为AHP模糊综合评价法提供指标权重，基于模糊数学理论，通过专家评分和序列关系法来归类因素集合，对评价指标进行科学地评价，以及检验评价模型的真实性，最后得出整体评价结果。结合改进的秩相关分析^[22]和AHP模糊综合评价法，有效解决在决策过程中面临的多因素、主观判断和模糊性等问题，降低了主观人为假设的风险，特别适用于处理多目标复杂问题。

1.2 技术路线设计

首先通过查阅国内外文献、现场调研以及专家咨询等建立设施农业雨水传输、雨水蓄水系统方案技术评价标准，确定雨水集蓄实施方案中的经济成本、技术性能、运行管理和环境影响方面的指标要素。由来自山东水利科学研究院的10位专家，根据1~9标度法对设施农业雨水传输、蓄水系统的备选方案中评价指标进行两两比较打分^[23-24]，在通过双重Kendall检验的基础上，求得各要素的权重。指标权重与模糊综合评价的隶属函数模糊合成，得到各项备选技术在技术性能、经济成本、环境影响、运行管理的单项得分对比，进而确定雨水传输、雨水存蓄方案中的最优项。

1.3 研究区概况

本研究选取山东省寿光市作为研究区，寿光市地处山东北部沿海，位于渤海莱州湾南岸，潍坊市的西北部。地理坐标为北纬36°41′~37°19′，东经118°32′~119°10′。处于黄河三角洲高效生态经济区、胶东半岛高端产业聚集区、山东半岛蓝色经济开发区的叠加位置和关键节点，是中国最主要的蔬菜和原盐产地之一。寿光市天然径流量年内变化非常不均匀，汛期洪水暴涨暴落，突如其来的特大洪水，不仅无法得到充分利用，还会造成洪涝灾害；枯季河川径流量很少，导致河道经常断流，水资源供需矛盾突出。寿光市浅层地下水为咸水，不适宜灌溉和饮用，因此收集雨水，进行回用，选择合适的设施农业雨水存蓄方案是非常必要的。

2 设施农业雨水集蓄利用系统方案比选研究

2.1 雨水集蓄利用系统技术

雨水集蓄利用系统包括雨水传输系统、雨水蓄水系统两个子系统。参考寿光市现有雨水集蓄示范工程，设施农业雨水传输系统初选A₁整坡处理+矩形混凝土沟、A₂三维植被网+铺设塑料盲沟管+土工布防渗处理、A₃城市储水箱体3种方案。开放式表面储存，如开敞式水池、水塘等，虽然工程造价低，容易管理，形成亲水美景，但水池占地后无法再利用，无法大面积推广，雨水蓄水系统的初始方案中，确定了雨水传输系统与蓄水采用闭合式存储系统。本研究中的雨水蓄水系统初选B₁钢筋混凝土地下蓄水池、B₂PP蓄水模块、B₃管道式蓄水结构3种方案（表1）。不同方案具有各自的优点和缺点，应从各方面综合比较，并结合当地群众的接受程度选择实施。

表1 设施农业雨水集蓄利用系统技术方案

技术类型	设计方案	编号	技术特点	应用现状
雨水传输系统	整坡处理+矩形混凝土沟	A₁	优点：价格低廉，建造简单，村民接受程度高。	示范工程
	整坡处理+矩形混凝土沟	A₁	缺点：传输过程中雨水易污染，且存在雨水的蒸发损失。	示范工程
	三维植被网+塑料盲沟管+	A₂	优点：雨水收集率高，通过二次过滤，可保证水质。	现行
	土工布防渗处理	A₂	缺点：塑料盲沟管为化工合成物，易造成二次污染。	现行
	城市储水箱体	A₃	优点：可以在传输中过滤大量雨水，保证水质。	现行
	城市储水箱体	A₃	缺点：造价高，施工周期长，完工后覆土上有自重要求。	现行
雨水蓄水系统	钢筋混凝土地下蓄水池	B₁	优点：价格低廉，抗浮能力强，形式多样。	现行
	钢筋混凝土地下蓄水池	B₁	缺点：施工周期长；完工后覆土上有自重要求。	现行
	PP蓄水模块雨水收集利用系统	B₂	优点：蓄水容积大，具有较好的抗压强度；施工周期短，安装方便，可重复使用；	现行
			拥有弃流、过滤模块，可避免水质污染。
			缺点：造价高，形状单一，抗浮能力差，易造成二次污染。
	管道式蓄水结构	B₃	优点：单位体积下贮水容积大，拥有较好的抗压强度，	现行
			施工周期短，安装方便，可重复利用^[3]。
			缺点：其形状单一，对场地有一定要求，清淤困难。

2.2 基于优化的秩相关分析

2.2.1 雨水集蓄利用系统分析

采用秩相关分析作为确定该指数权重的重要方法。确定了评价指标的层次结构。本研究建立的指标体系分别由目标层、一级和二级两个指标层组成，层次结构模型见表2。包括4个一级评价指标和16个二级评价指标，评价目标为设施农业高效雨水集蓄利用系统。通过文献、资料查询，现场调研以及专家咨询等，将其中的各项指标分为好、良好、一般3个评价等级，每个等级对应不同的评分值，由此建立评价标准表，如表2所示。

表2 设施农业雨水集蓄利用系统方案技术评价标准

目标层	一级指标	二级指标		评价指标
目标层	一级指标	二级指标		好（5分）	良好（3分）	一般（1分）
设施农业高效雨水集蓄利用系统	技术性能	完工后地面承压强度/(kg/m²)		1000以上	700~1000	400~700
		抗浮稳定性安全系数		2以上	1.5~2	1.05~1.5
		系统连续性		收集系统、蓄水系统、	收集系统、蓄水系统、	收集系统、蓄水系统、
		系统连续性		灌溉系统的配合好	灌溉系统的配合良好	灌溉系统的配合一般
		施工难度		土体扰动和施工沉降的风险小	土体扰动和施工沉降的风险较小	有土体扰动和施工沉降的风险
		贮水、淤泥清理周期		1年	6个月~3个月	小于3个月
	运行管理	雨水传输系统	杂物减少量	水中杂物去除量≥80%	水中杂物去除量≥70%	水中杂物去除量≥60%
			收集过程中雨水损失量	损失量占雨水总量的	损失量占雨水总量的	损失量占雨水总量的
			收集过程中雨水损失量	10%及以下	20%及以下	30%及以下
			运行维护管理难易程度	维护简单，自动化程度高	维护较简单，系统大多自动化	维护较难，系统部分自动化
			公众认可度	85%以上村民能够承受	50%以上村民能够承受	50%以上村民难以承受
		雨水蓄水系统	雨水资源利用率（雨水/用水总量）	75%~60%	60%~40%	40%~30%
			运行维护管理难易程度	维护简单，自动化程度高	维护较简单，系统大多自动化	维护较难，系统部分自动化
			公众认可度	85%以上村民能够接受受	50%以上村民能够接受	50%以上村民难以接受受
	环境影响	技术节水		30%~20%	20%~15%	15%~10%
		农业环境友好度		材料不易降解，无需更换	材料环保，使用寿命≥10 a	材料对环境无害，使用寿命<9 a
		技术节能		无需人工	需少量人工	部分需人工

2.2.2 基于优化的秩相关分析确定指标权重

（1）已确定评估指标层次结构。针对雨水传输、蓄水过程特点，在文献调研、现场调研及专家研讨基础上，建立了设施农业雨水传输、蓄水系统方案评价指标体系，体系框架如表1所示，包含目标层、准则层和指标层3个层次，准则层中设置了技术性能、经济成本、运行管理、环境影响4项指标，并结合雨水传输、蓄水系统特点分别设置了指标层指标，差异化指标主要体现在运行管理方面，传输系统侧重雨水中杂物的减少量以及收集过程雨水损失量，蓄水系统则是运行时雨水对地下水的替代情况，雨水资源利用率可以起到很好的表征作用。

（2）确定顺序关系。选择一定数量的专家，然后要求每位专家确定每一级评价指标的排序关系，即根据重要程度对评价指标进行排序。基本概念如下：如果评价指标V_i的重要性相对于某一评价标准的重要性大于评价指标V_j则记录为V_i>V_j。评价指标V₁、V₂、…、V_m具有关于某一评价标准的关系表达式，见式(1)。

V′₁>V′₂…>V′_m

(1)

式中，V´_i表示{V_i}排序关系中，“>”之后的第i个评估指数。

（3）确定重要性等级并计算指标权重。确定顺序关系后，需要确定重要性等级，即定义顺序关系列表中相邻评价指标的重要性比。假设评价指标V′_i和V′_i-1的重要性表示为式(2)。

x_{k} = \frac{W_{K - 1}^{'}}{W_{K}}

(k=m，m-1，…3，2)

(2)

当K取1和m时有，得到式(3)、(4)。

W_{m}^{'} = {(\sum_{k = 2}^{m} \prod_{i = k}^{m} X_{i})}^{- 1}

(k=m，m-1，…3，2)

(3)

W'_{K = 1} = X_{K} \times {W^{'}}_{K}

(k=m，m-1，…3，2)

(4)

式中W′_k是顺序关系中第k个指标的权重，X_K的值如表2所示，m是权重指标的数量。

根据序列关系和每个专家指定的重要性标度（表3）来确定评价指标的权重（表4~8）。将这些计算结果相结合，取指标权重的平均值，得到综合评价权重。通过将计算结果标准化，得到指标的权向量。

表3 指标赋值

X_K	赋值说明
1.0	指标V_k-1与V_k一样重要
1.2	指标V_k-1比V_k稍微重要
1.4	指标V_k-1比V_k重要一点
1.6	指标V_k-1比V_k重要一些
1.8	指标V_k-1比V_k重要很多
1.1，1.3，1.5，1.7	严重性介于中间位置

表4 经济成本指标赋值

专家	等级相关性	X₂	X₃	W′₃	W′₂	W′₁
1	V₁>V₂>V₃	1.4	1.3	0.321	0.417	0.583
2	V₁>V₃>V₂	1.3	1.2	0.362	0.435	0.565
3	V₁>V₂>V₃	1.2	1.1	0.413	0.455	0.545
4	V₁>V₂>V₃	1.3	1.3	0.334	0.435	0.565
5	V₁>V₃>V₂	1.2	1.1	0.413	0.455	0.545
6	V₁>V₂>V₃	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524
7	V₁>V₂>V₃	1.4	1.3	0.321	0.417	0.583
8	V₁>V₃>V₂	1.2	1.2	0.379	0.455	0.545
9	V₁>V₃>V₂	1.3	1.2	0.362	0.435	0.565
10	V₁>V₂>V₃	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524

表5 技术性能指标赋值

专家	等级相关性	X₂	X₃	X₄	X₅	W′₅	W′₄	W′₃	W′₂	W′₁
1	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.2	1.2	1.2	1.1	0.169	0.186	0.224	0.268	0.322
2	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.2	1.3	1.1	1.2	0.159	0.191	0.210	0.273	0.327
3	V₂>V₁>V₄>V₃>V₅	1.1	1.2	1.0	1.0	0.221	0.221	0.221	0.265	0.292
4	V₂>V₁>V₃>V₄>V₅	1.2	1.3	1.2	1.2	0.148	0.178	0.213	0.277	0.332
5	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.3	1.2	1.1	1.3	0.150	0.195	0.214	0.257	0.334
6	V₁>V₂>V₄>V₃>V₅	1.2	1.2	1.2	1.0	0.186	0.186	0.224	0.268	0.322
7	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.3	1.4	1.2	1.1	0.150	0.165	0.198	0.277	0.360
8	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.2	1.3	1.3	1.2	0.138	0.166	0.216	0.281	0.337
9	V₁>V₂>V₃>V₄>V₅	1.1	1.2	1.0	1.1	0.201	0.221	0.221	0.265	0.292
10	V₁>V₂>V₄>V₃>V₅	1.2	1.4	1.1	1.0	0.182	0.182	0.200	0.281	0.337

表6 运行管理指标赋值1

专家	等级相关性	X₂	X₃	X₄	W′₄	W′₃	W′₂	W′₁
1	V₁>V₂>V₃>V₄	1.4	1.2	1.1	0.234	0.258	0.309	0.433
2	V₁>V₃>V₂>V₄	1.2	1.1	1.2	0.244	0.292	0.322	0.386
3	V₁>V₂>V₃>V₄	1.1	1.3	1.3	0.206	0.268	0.349	0.383
4	V₁>V₂>V₃>V₄	1.3	1.2	1.1	0.242	0.266	0.319	0.415
5	V₁>V₃>V₂>V₄	1.1	1.3	1.3	0.206	0.268	0.349	0.383
6	V₁>V₃>V₂>V₄	1.2	1.1	1.5	0.195	0.292	0.322	0.386
7	V₁>V₂>V₃>V₄	1.3	1.0	1.1	0.275	0.303	0.303	0.394
8	V₁>V₂>V₃>V₄	1.5	1.1	1.2	0.222	0.267	0.293	0.440
9	V₁>V₃>V₂>V₄	1.2	1.2	1.4	0.196	0.275	0.330	0.396
10	V₁>V₂>V₃>V₄	1.4	1.0	1.2	0.245	0.294	0.294	0.412

表7 运行管理指标赋值2

专家	等级相关性	X₂	X₃	W′₃	W′₂	W′₁
1	V₁>V₂>V₃	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524
2	V₁>V₂>V₃	1	1.2	0.417	0.500	0.500
3	V₁>V₂>V₃	1.2	1.1	0.413	0.455	0.545
4	V₁>V₂>V₃	1.1	1.1	0.433	0.476	0.524
5	V₁>V₂>V₃	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524
6	V₁>V₂>V₃	1.3	1.2	0.362	0.435	0.565
7	V₁>V₃>V₂	1.1	1.1	0.433	0.476	0.524
8	V₁>V₂>V₃	1.2	1.2	0.379	0.455	0.545
9	V₁>V₃>V₂	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524
10	V₁>V₂>V₃	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524

表8 环境影响指标

专家	等级相关性	X₂	X₃	W′₃	W′₂	W′₁
1	V₁>V₂>V₃	1.4	1.1	0.379	0.417	0.583
2	V₁>V₃>V₂	1.2	1.1	0.413	0.455	0.545
3	V₁>V₃>V₂	1.1	1.2	0.397	0.476	0.524
4	V₁>V₂>V₃	1.3	1.1	0.395	0.435	0.565
5	V₁>V₂>V₃	1.1	1.1	0.433	0.476	0.524
6	V₁>V₂>V₃	1.2	1.3	0.350	0.455	0.545
7	V₁>V₂>V₃	1.3	1.1	0.395	0.435	0.565
8	V₁>V₂>V₃	1.5	1.2	0.333	0.400	0.600
9	V₁>V₂>V₃	1.2	1.1	0.413	0.455	0.545
10	V₁>V₂>V₃	1.4	1.2	0.347	0.417	0.583

（4）结果的一致性检验。为了专家意见在指标权重上有更客观、准确的呈现，引入改进的Kendall协调系数来评估专家权重的一致性。首先使用Kendall的W检验验证所有专家权重的一致性。查看Kendall协调系数显著性临界值表，若肯德尔(W)小于临界值L，一致性检验通过，才可被用作组合权重融合的可信信息。如果整体权重在一致性测试中失败，则使用Kendalltau-b(k)来测试相关系数。未通过KendallTau-b(k)测试的权重，专家需要重新排列指标，以创建新的排名。然后再次进行Kendall(W)测试，并且该过程继续进行，直到其满足双重Kendall测试标准。Kendall协调系数形式检验见式(5)。

k e n d a l l (W) = \frac{12 {[\sum_{k = 1}^{n} (\sum_{j = 1}^{j} a_{k, i, j}^{*})}^{2} - 3 j^{2} n {(n + 1)]}^{2}}{j^{2} (n^{3} - n)}

(5)

式中a*_k,j是第J专家对n个指标重要性的判断*k,j是按从小到大的顺序排列，以形成A的形式排列的k,j,个构造的排名数字向量为A_k,J=(a_k,j,1,a_k,j,2,…a_k,j,n)，即a_k,j,l(1≤l≤n)。

利用minitab数据分析软件将专家信息引入数据编辑器，形成多元排序矩阵，并进行双变量相关性的双侧检验，当推理系数大于0.5时，认为两位专家的排序是一致的。见式(6)。

K e n d a l l T a u - b (k) = \frac{C - D}{\sqrt{T - T_{C}} \sqrt{T - T_{r}}}

(6)

式(6)中的一致性对数为C，不一致的对数为D，两两专家比较的总对数为T，n为样本量，T_r为X值保持不变的对数，T_c为Y值保持不变的对数。

（5）层次总排序。基于确定的评价等级标准，改进的秩相关分析计算出权重并通过双肯德尔检验，对10位专家各级权重评分表进行统计分析，改进的秩相关分析法与minitab软件相结合，依次计算已构建的评价指标体系中准则层相对于目标层的4个一级指标权重，指标层相对于准则层的5个二级指标权重，由此确定各项评价指标的权重；综合权重为一级指标权重乘以二级指标权重的结果。上述计算结果见表9。

表9 设施农业雨水集蓄利用系统方案评价指标权重

一级指标	一级指标权重	二级指标		二级指标权重	综合权重	排名
经济成本	0.338	工程建设投资		0.405	0.137	[1，1]
		占地面积		0.325	0.11	[2，2]
		经济效益		0.27	0.091	[3，3]
技术性能	0.265	完工后地面承压强度		0.271	0.072	[5，5]
		抗浮稳定性安全系数		0.239	0.063	[7，9]
		系统连续性		0.178	0.047	[12，12]
		施工难度		0.166	0.044	[13，13]
		贮水、淤泥清理周期		0.146	0.039	[15，14]
运行管理	0.221	雨水传输系统	杂物减少量	0.328	0.072	4
			收集过程雨水损失量	0.244	0.054	9
			公众认可度	0.243	0.054	10
			维护管理难易程度	0.185	0.041	14
		雨水蓄水系统	雨水资源利用率	0.378	0.084	4
			公众认可度	0.326	0.072	6
			运行维护管理	0.296	0.065	8
			难易程度	0.296	0.065	8
环境影响	0.177	农业环境友好度		0.403	0.071	[6，7]
		技术节水		0.31	0.055	[8，10]
		技术节能		0.287	0.051	[11，11]

从表9中可看出，经济成本对雨水集蓄系统方案的影响度强于其他3个因素，为0.338；同时，技术性能和运行管理对雨水集蓄利用系统的选择的影响程度也比较大，分别为0.265和0.221；环境的影响程度在现阶段影响最小，只有0.177。进一步观察可知，经济成本内工程建设投资的影响系数较高，为0.405；技术性能层面内的抗浮稳定性安全系数与完工后地面承压强度明显高于其他3个因素，为0.271与0.239；环境组中农业环境友好度较其他因素高，为0.403。

从层次总排序结果（表9）可以看出，次要指标中各因素对雨水集蓄系统方案选择的影响程度分别从大到小排序，雨水传输系统中依次为工程建设投资、占地面积、经济效益、杂物减少量、完工后地面承压强度、农业环境友好度、抗浮稳定性安全系数、技术节水、收集过程雨水损失量、公众认可度、技术节能、系统连续性、施工难度、维护管理难易程度、贮水、淤泥清理周期；雨水蓄水系统方面，依次为工程建设投资、占地面积、经济效益、雨水资源利用率、完工后地面承压强度、公众认可度、农业环境友好度、运行维护管理难易程度、抗浮稳定性安全系数、技术节水、技术节能、系统连续性、施工难度、贮水、淤泥清理周期。

3 雨水集蓄系统方案比选结果

3.1 模糊综合评价确定评价矩阵

模糊综合评价法通过隶属度描述元素^[25-26]对模糊集合的隶属程度，模糊集合论的有关运算和变换对多种模糊因素制约的事物及现象进行总体评价。模糊综合评价法解决了雨水蓄水系统评价过程中由于生态、管理因素多种主观因素产生的模糊复杂问题，实现了定性问题定量分析，具有简单易理解、系统性强等特点。

（1）确定评语集及模糊关系矩阵。评语集为V=[V₁，V₂，V₃]，V₁为“优秀”，V₂为“良好”，V₃为“一般”等。通过文献调研、现场调研、专家研讨等途径确定评价等级标准（表2），每个指标的重要程度分别对应不同的取值范围，每个等级对应不同的评分值，并据其评定等级，从中评出理想结果。通过专家打分及结果统计分析，得到隶属度矩阵，在评价等级和评价对象之间建立联系。（表10和表11）

表10 设施农业雨水传输系统方案技术专家评价结果

指标		隶属度
		A₁铺设干净塑料薄膜+整坡处理+矩形混凝土沟			A₂三维植被网+塑料盲沟管+土工布防渗处理			A₃城市储水箱体
		好	良好	一般	好	良好	一般	好	良好	一般
经济成本	工程建设投资	0.7	0.3	0	0.5	0.4	0.1	0.3	0.2	0.5
	占地面积	0.6	0.2	0.2	0.5	0.3	0.2	0.4	0.5	0.1
	经济效益	0.4	0.4	0.2	0.5	0.3	0.2	0.7	0.2	0.1
技术性能	完工后地面承压强度	0.7	0.3	0	0.6	0.3	0.1	0.4	0.4	0.2
	抗浮稳定性安全系数	0.8	0.2	0	0.6	0.2	0.2	0.5	0.4	0.1
	系统连续性	0.6	0.3	0.1	0.3	0.5	0.2	0.8	0.2	0
	施工难度	0.4	0.4	0.2	0.3	0.5	0.2	0.5	0.3	0.2
	贮水、淤泥清理周期	0.5	0.3	0.2	0.6	0.3	0.1	0.8	0.2	0
运行管理	杂物减少量	0.5	0.3	0.2	0.7	0.3	0	0.6	0.2	0.2
	收集过程雨水损失量	0.3	0.5	0.2	0.6	0.2	0.2	0.6	0.2	0.2
	公众认可度	0.7	0.3	0	0.5	0.3	0.2	0.3	0.5	0.2
	运行维护管理难度	0.5	0.3	0.2	0.4	0.4	0.2	0.6	0.2	0.2
环境影响	农业环境友好度	0.7	0.3	0	0.5	0.4	0.1	0.3	0.2	0.5
	技术节水	0.6	0.3	0.1	0.6	0.3	0.1	0.6	0.2	0.2
	技术节能	0.3	0.5	0.2	0.5	0.4	0.1	0.7	0.3	0

表11 设施农业雨水蓄水系统方案技术专家评价结果

指标		隶属度
		B₁钢筋混凝土地下蓄水池			B₂PP蓄水模块雨水收集利用系统			B₃管道式蓄水结构
		好	良好	一般	好	良好	一般	好	良好	一般
经济成本	工程建设投资	0.5	0.1	0.4	0.5	0.4	0.1	0.6	0.4	0
	占地面积	0.6	0.3	0.1	0.6	0.4	0	0.7	0.3	0
	经济效益	0.5	0.3	0.2	0.6	0.4	0	0.6	0.3	0.1
技术性能	完工后地面承压强度	0.5	0.3	0.2	0.7	0.2	0.1	0.6	0.3	0.1
	抗浮稳定性安全系数	0.6	0.2	0.2	0.3	0.2	0.5	0.5	0.3	0.2
	系统连续性	0.7	0.3	0	0.6	0.3	0.1	0.8	0.2	0
	施工难度	0.3	0.4	0.3	0.5	0.3	0.2	0.7	0.2	0.1
	贮水、淤泥清理周期	0.5	0.3	0.2	0.7	0.2	0.1	0.4	0.4	0.2
运行管理	雨水资源利用率	0.5	0.3	0.2	0.6	0.3	0.1	0.7	0.3	0
	公众认可度	0.4	0.4	0.2	0.5	0.3	0.2	0.4	0.5	0.1
	运行维护管理难度	0.5	0.3	0.2	0.5	0.3	0.2	0.6	0.2	0.2
环境影响	农业环境友好度	0.6	0.4	0	0.1	0.2	0.7	0.5	0.3	0.2
	技术节水	0.5	0.3	0.2	0.5	0.3	0.2	0.6	0.2	0.2
	技术节能	0.3	0.4	0.3	0.7	0.2	0.1	0.5	0.4	0.1

（2）多层次模糊综合评价。根据层次结构模型，采用两级模糊综合评价。邀请山东水科院的10位专家们对备选技术逐项打分，专家意见通过百分比统计法确定（表10和表11），构造准则层B_i所包含的指标层的模糊隶属矩阵，根据公式(7)，一级模糊综合运算求出准则层中各项指标所对应的不同评价等级的隶属度，根据公式(8)得到A_i，得到第二层模糊综合评语集。通过一级模糊综合评价、二级模糊综合评价，最终得到指标的评语集（表12）。

B_{i} = W_{i} \times R_{i}

(7)

A_{i} = W_{i} \times B_{i}

(8)

表12 雨水传输系统单项得分情况

一级指标	A₁	A₂	A₃
经济成本	3.939	3.683	3.361
技术性能	4.094	3.678	3.918
运行管理	3.650	3.864	3.693
环境影响	3.929	3.862	3.491

对指标评语集中“好、良好、一般”，分别赋分“5分、3分、1分”，一级模糊综合运算结果乘以各等级对应分值，得到某项技术的一级指标单项得分（表12和表13），最后的模糊综合评价评语集分别乘以各等级对应分值，得到最终综合得分。

表13 雨水蓄水系统单项得分情况

一级指标	B₁	B₂	B₃
经济成本	3.571	4.041	4.215
技术性能	3.690	3.679	3.956
运行管理	3.534	3.752	3.965
环境影响	3.670	3.046	3.692

各项技术的技术性能、经济成本、环境影响、运行管理^[27⇓-29]的单项得分对比情况如图1所示。雨水传输系统中，A₂塑料盲沟管与A₃城市储水箱体在运行管理方面略优于A₁整坡处理+矩形混凝土沟方案；从经济成本指标等层面，整坡处理+矩形混凝土沟方案得分均优于A₂塑料盲沟管与A₃城市储水箱体。雨水蓄水系统中，B₃管道式蓄水结构综合得分最高，在行业应用最广泛，B₂PP蓄水模块雨水收集利用系统虽然技术性能和运行管理优秀，但是受限于与经济成本，在行业内应用受限。（图1）

图1 设施农业雨水集蓄利用系统单项得分对比

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3.2 综合评价结果

根据模糊综合评价值^[30]，寿光市设施农业雨水传输系统方案评价得分排序：A₁整坡处理+矩形混凝土沟>A₂三维植被网+塑料盲沟管+土工布防渗处理>A₃城市储水箱体；雨水蓄水系统方案评价得分排序：B₃管道式蓄水结构>B₂PP蓄水模块雨水收集利用系统>B₁钢筋混凝土地下蓄水池。（表14）

表14 设施农业雨水集蓄利用系统方案评语集

技术类型	技术名称	评语集	综合值
雨水传输系统	A₁	[0.571,0.318,0.113]	3.922
	A₂	[0.520,0.338,0.143]	3.757
	A₃	[0.511,0.282,0.209]	3.610
雨水蓄水系统	B₁	[0.508,0.291,0.203]	3.616
	B₂	[0.525,0.304,0.172]	3.709
	B₃	[0.593,0.317,0.087]	4.003

雨水传输系统中A₁整坡处理+矩形混凝土沟方案性价比最高，其搭建简单、操作便捷，以相对低的经济成本收集到目标水量，技术综合得分为4.094，经济成本为3.939，环境影响为3.929，运行管理为3.65，明显优于A₂三维植被网+塑料盲沟管+土工布防渗处理、A₃城市储水箱体，推广应用可以大幅提高设施农业节水和绿色发展水平。雨水蓄水系统中B₁钢筋混凝土地下蓄水池、B₂PP蓄水模块雨水收集利用系统综合值分别为3.616与3.709，管道式蓄水结构形状单一，清淤时相对困难，B₃管道式蓄水结构清理周期与B₁钢筋混凝土地下蓄水池、B₂PP蓄水模块雨水收集利用系统相比略显劣势，但是其较好的抗压强度与贮水容积，技术性能为3.848。结合自身条件和面临的环境压力综合比选，雨水传输系统、雨水蓄水系统综合评估得分总体均不高，显示当前还缺乏综合性比较好的技术，相关技术的研发、改造和集成升级还有较大空间。

4 结语

本研究针对雨水集蓄利用系统的特点，总结有以下几点。

（1）6项雨水集蓄利用技术中，工程建设投资与经济效益是制约雨水集蓄利用方案选择的重要指标。单位体积下的储水容积关系着雨水集蓄利用工程能否发挥工程效益，指标所占权重仅次于工程建设投资。

（2）结合改进的秩相关分析对次级指标分档排序，采用层次分析、模糊综合评价相结合的方式，得到设施农业雨水集蓄和高效利用的最优组合设计方案：雨水传输系统中整坡处理+矩形混凝土沟方案性价比最高，雨水蓄水系统中管道式蓄水结构最佳。

（3）评价结果与研究区雨水集蓄利用方案应用现状吻合，结果可信。

本研究尝试定量和系统地研究设施农业雨水集蓄利用发展面临的各种瓶颈，因此下一步的研究规划是农业雨水集蓄系统的备选方案的拓展与优化；针对雨水集蓄系统在公众认可度、施工难度等指标的区域性差异，形成一套兼有针对性、延展性的农业雨水集蓄系统评价指标体系，为实现规模化雨水高效利用提供技术支撑。

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本文引用 [1] 摘要

为了筛选出最适宜黑龙江哈尔滨地区种植的产质量高并抗根腐病的糖用甜菜品种。2020年在黑龙江省哈尔滨市黑龙江大学呼兰校区试验基地,以21个引种的KWS系列及1个BTS2730糖用甜菜品种（KWS1197为对照）为试材,采用主成分分析和灰色关联度分析法对根产量、含糖率、产糖量和根腐病4个指标进行综合评价。两种方法得出的甜菜品种的排序大致一致;第一主成分根产量的贡献率为69.704%,第二主成分含糖率的贡献率为26.283%,累计贡献率为95.987%,因此能够全面地反映甜菜的产质量性状;最适合本地种植的综合评价值高于对照的6个品种为：KWS0023(0.8231)>KWS0015(0.7685)> KWS6661(0.7511) >KWS9921(0.7103)>KWS0860(0.7097)>BTS2730(0.7065)>CK(0.6823);其他品种的综合评价值低于对照。主成分分析法和灰色关联度分析能够较为全面得分析甜菜品种,得出的结果具有可靠性。

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本文引用 [1] 摘要

为分析气象因子对安徽花生产量的影响,构建适用于本地的花生单位产量预测模型,以期为探讨花生经济效益、应对气象灾害风险管理提供参考。对安徽各市2000—2017年花生气象产量和气象因子进行灰色关联度分析,筛选出关联度较大的气象因子,并采用逐步回归法建立产量预测模型。结果表明：安徽花生产量与生育期气象因子关联度5月份平均气温>7月份光照时数>5月份光照时数>6月份光照时数>7月份平均气温>8月份光照时数>8月份平均气温>6月份平均气温>8月份降水量>7月份降水量>5月份降水量>6月份降水量,应用建立的花生单位产量预测模型对历年产量进行回测,结果显示预测值与实际值均方根误差为815 kg/hm<sup>2</sup>、拟合指数为0.81,总体较好,具有一定的应用价值。

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本文引用 [1] 摘要

为综合分析影响家庭农场发展的各因素,进而制定合理的家庭农场发展战略,文章首先结合SWOT分析法和层次分析模型构造出家庭农场发展的优势、劣势、机会、威胁分析模型,然后定量分析各因素,进而对家庭农场的发展战略进行定位。研究表明,当前中国家庭农场应以争取型战略为主,即应重点利用家庭农场发展的外部机遇克服面临的内部阻碍,积极完善土地流转制度、完善基础设施建设以及培育新型职业农民;同时以开拓型战略为辅,即巩固家庭农场规模效益明显、产品竞争力强等优势,采取加快土地流转、引进先进科学技术和管理技术等措施。

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为准确、有效地评价公路交通安全设施系统，在综合考虑客观信息和主观评价关键作用的基础上，建立交通安全设施系统评价模型。该模型首先基于模糊层次分析法（ＦＡＨＰ）的模糊三角函数来计算主观权重，将不确定性语言转化为量化值；其次，将利用熵权法计算的指标熵值引入到客观权重计算中，解决传统相关性定权法（ＣＲＩＴＩＣ）没有考虑指标间离散程度的问题；然后，建立优化组合赋权模型，计算各指标的组合权重，并结合模糊综合评价模型（ＦＣＥ）对整体系统进行评价；最后，选取４个路段的交通安全设施系统进行案例研究，同时进行敏感性和比较分析，以验证模型的可靠性。该模型的建立可为交通安全设施的整体评价提供更全面的评价模型。

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水资源承载能力分析是研究区域社会经济可持续发展的重要内容之一，近年来广受人们关注。以酒泉市为研究对象，选取10项指标构筑酒泉市水资源承载能力指标体系，通过层次分析法和变异系数法量化评价酒泉市2010-2021年水资源承载能力。结果表明：层次分析法评价2010-2021年酒泉市水资源承载能力为Ⅱ级，水资源轻度超载；变异系数法评价表明2010-2017年，酒泉市水资源承载能力在Ⅱ级~Ⅲ级之间波动，2018年后，酒泉市的水资源承载力等级转变为Ⅲ级，水资源濒临超载。综合分析认为变异系数法的分析结果更符合酒泉市实际情况。

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0 引言
1 Reelies-AHP-FSE综合评价模型
1.1 Reelies-AHP-FSE模型方法简介
1.2 技术路线设计
1.3 研究区概况
2 设施农业雨水集蓄利用系统方案比选研究
2.1 雨水集蓄利用系统技术
表1 设施农业雨水集蓄利用系统技术方案
2.2 基于优化的秩相关分析
2.2.1 雨水集蓄利用系统分析
表2 设施农业雨水集蓄利用系统方案技术评价标准
2.2.2 基于优化的秩相关分析确定指标权重
表3 指标赋值
表4 经济成本指标赋值
表5 技术性能指标赋值
表6 运行管理指标赋值1
表7 运行管理指标赋值2
表8 环境影响指标
表9 设施农业雨水集蓄利用系统方案评价指标权重
3 雨水集蓄系统方案比选结果
3.1 模糊综合评价确定评价矩阵
表10 设施农业雨水传输系统方案技术专家评价结果
表11 设施农业雨水蓄水系统方案技术专家评价结果
表12 雨水传输系统单项得分情况
表13 雨水蓄水系统单项得分情况
图1 设施农业雨水集蓄利用系统单项得分对比
3.2 综合评价结果
表14 设施农业雨水集蓄利用系统方案评语集
4 结语
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Received	Revised	Published
2023-11-13	2024-01-08	2024-06-20
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2024-06-19

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0 引言

1 Reelies-AHP-FSE综合评价模型

1.1 Reelies-AHP-FSE模型方法简介

1.2 技术路线设计

1.3 研究区概况

2 设施农业雨水集蓄利用系统方案比选研究

2.1 雨水集蓄利用系统技术

表1 设施农业雨水集蓄利用系统技术方案

2.2 基于优化的秩相关分析

2.2.1 雨水集蓄利用系统分析

表2 设施农业雨水集蓄利用系统方案技术评价标准

2.2.2 基于优化的秩相关分析确定指标权重

表3 指标赋值

表4 经济成本指标赋值

表5 技术性能指标赋值

表6 运行管理指标赋值1

表7 运行管理指标赋值2

表8 环境影响指标

表9 设施农业雨水集蓄利用系统方案评价指标权重

3 雨水集蓄系统方案比选结果

3.1 模糊综合评价确定评价矩阵

表10 设施农业雨水传输系统方案技术专家评价结果

表11 设施农业雨水蓄水系统方案技术专家评价结果

表12 雨水传输系统单项得分情况

表13 雨水蓄水系统单项得分情况

图1 设施农业雨水集蓄利用系统单项得分对比

3.2 综合评价结果

表14 设施农业雨水集蓄利用系统方案评语集

4 结语

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