【毕业学位论文】（Word原稿）农业节水技术潜力评价方法研究-硕士论文

I 摘 要 水是人类生命以及人类文明的支撑。随着人类经济社会的发展，社会对水的需求越来越高，许多国家已陷入水资源短缺的困难。我国是个缺水的国家，水资源短缺在很多地区已经成为严重阻碍经济社会发展的瓶颈，直接影响着我国经济社会的可持续发展。 现代高新技术的发展为评价提供了强有力的技术基础。人工神经网络 （ 是目前国际上的前沿研究领域，被广泛地应用于系统工程、人工智能等研究领域，也为解决复杂的评价、评估问题提供了新的研究途径。本文在 台的支持下，将神经网络技术引入节水潜力评价的研究领域，取得 了有实用价值的成果。 本文的主要结论如下： 1、在洛阳地区，各种节水耕作措施的节水潜力是不同的。少耕和免耕的水分生产效率较高，节水潜力很小，而在两作和深松的处理措施下，可以发掘的节水潜力还很大。 2、如果全部采用少耕、免耕、深松等耕作方式，洛阳市每年可以节约农业用水 107107如果在三分之一面积上采用这些耕作方式， 107 107 水潜力巨大。 3、经过综合改进后的 法，将动态衰减动量因子和基于克服局部最小规则的自适应学习率方法有机的结合在一起，克服了传统 法的缺点，应用在节水潜力评价中具有一定的可行性。 关键词 节水潜力 评价 指标体系 反向传播 神经网络 is a of of s of of In a of of of up of to of is in In NN is on of as 1、 It is of in is on of is it in 2、 It 107 107 m3 if It 107 107 m3 if 、 P by a of of P a of in 录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 水农业的内涵及其影响 . 1 价进展研究 . 2 价领域的拓展 . 2 价方法研究进展 . 3 水农业评价现状 . 6 项效益评价 . 6 合效益评价 . 8 文研究内容 . 10 第二章 节水潜力评价及其指标值 . 11 价指标体系的构筑 . 11 立评价指标体系的方法 . 11 价指标值的确定 . 12 标的权重 . 12 水潜力评价指标体系 . 13 立评价指 标体系的一般原则 . 13 水潜力评价指标体系框架 . 13 水潜力评价指标的界定 . 14 第三章 建立综合改进的 型 . 17 P 算法模拟 . 18 P 网络研究进展 . 21 合改进 法 . 22 适应学习率的运行原则 . 23 量因子的误调作用以及改进 . 25 合改进 法步骤 . 25 合改进 型性能测试 . 26 P 网络研究进展 . 34 第四章 应用评价网络模型进行样本区的节水潜力评价 . 33 究区的基本情况 . 33 习样本的处理 . 34 价的结果 . 36 型用于实际评价的可行性分析 . 42 型的计算速度 . 42 模型的稳定性 . 42 算结果的客观性 . 43 模型对洛阳地区节水潜力进行评价 . 43 同处理措施下的节水潜力比较 . 43 阳地区农业节水潜力估算 . 44 第五章 结论与展望 . 47 参考文献 . 49 致谢 . 54 作者简历 . 55 V 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中 文名称 BP 差逆传播算法 工神经网络 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 引言 水资源短缺是当今世界面临的首要问题之一。就全球来说，干旱半干旱地区的耕地面积约占世界耕地总面积的 43%，涉及到 50 多个国家和地区。我国是世界 13 个严重缺水的国家之一 。 我国每年用水总 量约 5500 亿 均水资源量 2200到世界平均水平的 1/3。预计到 2030 年，在降水不减少的情况下，全国人均水资源量将下降为 1760近目前国际上公认的严重缺水的警戒线 1700缺水，全国每年国民经济直接损失高达 2000 亿元，同时也引发了严重的生态环境问题，影响着未来经济的可持续发展 1。 同时，我国 也是农业水资源严重紧缺的国家之一 。 水资源紧缺已成为严重制约我国农业和农村经济可持续发展的瓶颈和 首要限制因素。 众所周知，对我国北方干旱半干旱地区的农业来说，其面临的水资源问题要比以往任何 时候都严峻。因此， 建立节水型社会，发展节水农业 ，挖掘节水潜力 已成为缓解我国北方地区水资源短缺的必然选择 ，同时也是建设现代农业本身的需要 2。研究者认为，最根本地解决我国北方水资源短缺的出路，就是大力发展规模化农业高效节水技术，实施合理用水，节约用水和加强科学灌溉管理，以逐步提高大范围农业用水利用率。因此，挖掘节水潜力 已成为缓解我国北方地区水资源短缺的必然选择 3。 这里的 节水潜力包含两方面的含义：一方面是指在保证现有生产面积上产出的农产品总量不变的基础上，通过各类节水技术措施的实施，可以使现有农田用水总量 减少的 能力； 另一方面是指在一定面积农田用水总量不变的前提下，通过各种节水措施的应用使农田产出增加的能力。正确 地 评价节水潜力， 最大限度地提高水分利用率和水分利用效率是我国农业可持续发展的途径。评估 节水农业的发展给社会、环境带来的影响， 准 确 、 客观 地 评价节水 潜力 ，探索适合我国北方地区的节水模式， 对 节水农业的科学决策和节水型社会的建立 有着重要的 积极作用。 节水农业的内涵及其影响 节水农业是指节约和高效用水的农业，即在农业生产和农村经济活动中既要节约用水，提高水的利用率，又要高效用水，提高水的利用效率和效益 。节水农业的根本目的是在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化，其本质是提高应用于农业的单方水产出。从农业水循环和节水技术措施来看，节水农业是包括了工程节水、农艺节水和管理节水措施的综合生产系中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 统，具有明显的系统特征、效益特征和技术综合特征。 节水农业的影响不仅涉及到社会、经济、环境、资源、政策等诸多方面，而且是一个动态的变化过程，其表现形式各异，有的影响会立竿见影地显现，如节地、节能、节约灌溉用水，扩大节水面积，提高水的利用率和利用效率，减少地下水的开采和地表水的引用等；有的影响效应则滞后，如用水方式的 转变、节水意识的提高和依法科学管理都不是一蹴而就的。同时，节水的影响不只是简单地表现为“有利”或“不利”，而是相互联系相互制约的，如利用微咸水滴灌，虽然可以利用劣质水源，并且暂时作物根系能吸收水分和养分而不受盐碱危害，但长期使用会使滴水湿润带外围形成盐斑，破坏土壤结构，给农业生产造成严重的破坏。因此，在对节水农业的影响进行评价时，不能孤立地、静态地把影响分为“有利”或“不利”，而应该把它们之间的内在关系、把那些长期的、渐变的影响考虑进去，用大系统的观点、可持续发展的指导思想进行评价。因此在制定节水农业的评价 指标体系时，除采用传统的技术、经济评价指标外，还应考虑社会、环境、资源、政策等诸多方面的指标。这些指标虽然大多是定性指标，但经过处理后再和传统的经济、技术指标进行平衡和协调，通常就能客观地反映出节水农业的综合影响。节水潜力的准确评价，不仅对节水农业规划有着科学的指导意义，而且对区域水资源的优化配置、大型水利枢纽工程的规划和设计、乃至区域经济发展等都有着十分重要的现实意义。 评价进展研究 评价是人们把握客体对人的意义、价值的一种观念性活动，是人类发现价值、揭示价值的一种根本性方法，是人类认识问题的一 部分。随着人类认知水平的不断提高和认知领域的不断扩展，人的主观能动性、创造能力越来越强，选择的范围日益扩大，这就为评价提供了更为广阔的应用空间。评价在人们生活中扮演着越来越重要的角色，并渐渐为人们所熟悉。评价理论日趋完善，评价方法和手段也更加科学和多样化。 评价领域的拓展 从总体上讲，评价分为宏观和微观两大类。宏观评价涉及经济、生态、环境三大领域，微观评价则深入到我们日常生活的方方面面。 经济类评价，有发展完善、理论和方法成熟的项目国民经济结合财务评价，这类评价一般在工程动工前做规划时就进行， 用来考察项目的经济可行性。近年来项目经济后评价异军突起，越来越受到人们的关注和重视。项目经济后评价起源于 20 世纪 60 70 年代，最早应用在美、英发达国家的财政审计和援外项目评价中。世界银行从 70 年代初，就大规模开展投资项目的中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 后评价工作，并形成了一套完整的制度和方法 28 29 30 。我国开展项目后评价工作较晚，国家计委在 1998 年报请国务院批准的关于深化投资体制改革的决定中明确提出新的项目建设程序必须有项目后评价。水利部水建 199816 号通知指出，水利工程建设同样要进行项目后评价。 社会 类综合评价，一般针对社会影响比较大的项目，考察项目对社会发展、人群结构、人口就业、社会安定等多方面的影响程度。这类评价近年来开展的也比较多，特别是在能源、水利、交通等国家基础建设项目中应用较广泛。 生态环境类综合评价，是宏观评价领域的一个重要组成部分。人与自然的和谐共处，要求对工程项目进行生态环境影响评价。对大的水利水电工程进行可行性论证中必须包括对生态环境的影响评价，这是人类在改造自然的过程中得来的宝贵经验和教训。近年来人们不但在项目可行性研究阶段进行水电工程项目生态环境影响评价，而且陆续开展区域生态环境 评价，如小流域治理生态效益评价、干旱内陆河流域生态环境评价及预警、内陆湖泊类水体的水质评价、区域生态环境治理及评价等 31 3233。 评价方法研究进展 伴随着评价领域的扩展，人们的评价方法和手段也越来越先进和科学。不但保留了传统的层次分析法、综合评判法等，并且对原有评价方法做出改进，将系统工程领域的灰色系统理论、模糊隶属度评判以及神经网络方法逐渐引入，使评价方法有了更多的理论基础和数学支持，同时更加注重人的知识和经验，使评价方法更科学，评价结果更客观。在评价手段上，注重现代计算机技 术的应用，充分利用先进科技，开发一些友好实用的可视化界面和决策支持系统，使评价信息的收集、存储、管理、计算、分析和评判一体化，方便了人的工作，同时减少了工作量，体现了科技以人为本的重要思想。 1、层次分析法 层次分析法是一种实用的多准则决策方法，它把一个复杂问题表示为有序的递阶层次结构，通过人脑的思维判断对评价对象的优劣进行两两对比和排序，进而做出决策或评价。这种方法能够统一处理决策中的定性与定量因素，具有实用性、系统性、简洁性等优点 34。 层次分析法自 80 年代传入我国以来，已经在许多领域得到了应用。经 过几十年的研究，该种方法得到较多的改进和发展。 对层次分析法的改进集中于权重的确定方法上，确定权重的常用方法中有层次分析法的原中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 创人 生提出的两两对比法 34、 出的专家评判法，又称 ，以及基于灰色关联度的 色关联度法；客观赋值类有因子分析法、熵法（熵权）等。近年来对权重确定方法的研究又有了新的内容，严鸿和等在专家评分机理与最优化综合评价模型一文中基于综合评价结果离散度的概念，在最优综合评价模型中提出了以综合评价结果的相对离散度最大化为目标函数，利用线性 规划来确定权重的方法 35。这种权重确定的综合评价值虽然有较好的离散度，易于多对象之间的比较，但是此时的权重不再反映指标对评价结果的重要性，也不再反映指标间的相对重要性，失去了权重原来的意义 36。基于以上认识，程建权等在多指标综合评价中的一种计算权重的改进方法一文中在综合评价方法的基础上，综合考虑了权重的相对重要性和评价结果的相对离散度，利用并合算子将两者结合起来，得到较好的评价结果，但是文中提出的并合算子运算公式与运用规则的结合尚不是很成熟 36。 2、效用函数法 效用函数法是基于效用函数分解 定理的一种多准则效用函数综合评价方法，该方法依据的分解定理分别为加法定理、半加定理和乘加定理 ( 1979)3738。这种方法通常要经过明确评价目标、建立指标体系、确定多准则效用函数的分解形式、确定单因素效用函数、确定效用系数、一致性检验灵敏度分析、利用效用函数值等步骤进行排序评价，中间要依次确定效用函数的分解形式、单因素效用函数、效用系数等三个关键问题。尽管该方法有良好的数学基础，但是我们从效用函数分解定理的适用条件可以看出，这种方法的数学色彩过于浓厚、计算复杂，必须有较好数 学功底的人员来进行操作，偏离了评价方法简单实用、可操作性强的基本原则，这在一定程度上限制了该方法的应用和推广。 由效用函数法派生出的方法最常用的是加权求和法。该方法基于加法定理，将满足效用函数加法定理的问题用加权求和的方法来表示，从而得到评价值。但是对绝大多数实际问题来说，不可能用简单求和的方法来解决，所以目前该方法仅用于简单评价或作为其它评价方法的底层计算基础。 3、神经网络评价方法 人工神经网络 (目前国际上的前沿研究领域，是一门涉及数学、物理 学、脑科学、心理学、认知科学、计算机科学、人工智能等多种学科的新兴交叉科学，它被广泛地应用于预报预测、优化计算、模式识别、知识工程、人工智能等研究领域 39。 将神经网络方法用于评价领域，实现了一种真正意义上的新的评价方法。通常所说的综合评判法、灰色关联度法、模糊隶属度法、熵法等等都是基于层次分析方法对权重确定或指标量化做出的综合改进，其基本计算步骤仍然要按照层次分析法来进行。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 5 神经网络方法完全不同于以往的评价方法，这种方法基于一定的训练算法，用大量数据对网络模型进行训练，网络模型经过训练，学习到这些数据 中蕴涵的专家经验和事物内在规律，并将这些经验和规律以网络阈值和连接权值的方式储存在网络模型中，然后利用训练好的模型进行实际问题的计算，在评价领域，这些数据对应实际的指标值和评价结果。 同层次分析法和效用函数法相比，神经网络方法用于评价计算有如下优点： 不用确定指标权重 在评价中指标权重的确定是一个重要且不能缺少的步骤，有相当多的研究是围绕指标权重的确定方法展开的。但是在神经网络方法中，由于其独有的“暗箱”计算，不用参与中间过程，直接由指标值映射到评价值，因而减少了确定权重的人力和物力，大大减小了工作量。值 得注意的是，在前几年曾经有人将神经网络的输出层阈值作为投资分配问题的投资分配权重，这种做法已经遭到置疑，因为神经网络输出层的阈值和实际问题的权重是两码事，在建立数学模型时两者的概念是不等同的。 函数逼近功能 神经网络独有的函数逼近功能，可以用来完成指标值到效用值的效用函数逼近，而多准则效用函数法，要考虑复杂的分解适用条件，决定用加法、半加法还是加乘法对效用函数进行分解，若问题复杂难以判断采用何种分解方法，还要利用近似的方法。两者比较起来神经网络法简单而实用。 自学习数据统计规律和人的经验 在训练样本中蕴 涵着大量的统计规律和人的经验，神经网络通过对训练样本的学习，能储存和记忆这些规律和经验，从而完成了两者之间的有机结合。 评价的方法简单明了，省却了中间计算步骤，易于实际操作，适合推广应用。 另外，神经网络本身还有一些独特的优点，如大规模并行处理能力、信息的分布式存贮、容错性和鲁棒性等 39。 正是由于上述优点及智能化特点，人工神经网络被广泛应用于评价领域。 1995 年，李祚泳将 络应用到城市环境质量综合评价中，建立了城市环境质量综合评价模型，计算结果较理想 40； 1996 年刘首文、冯尚友利用 络 进行湖泊富营养化评价，收到了良好的评价效果 33，但由于传统 络一些固有的缺点，该文建立的模型收敛速度较慢，迭代次数比较多，这就极大的限制了该模型的应用和推广。随着对 络的研究深入，各种改进的 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 6 络在多种性能上都有了较大的改善，从而极大地促进了 络的应用。 1996 年，王宗军利用神经网络和 家系统开展城市发展水平综合评价专家系统的研究，将神经网络用于专家系统，使建立的专家系统有了智能化的色彩 41； 1997 年，郭宗楼、刘肇祎利用径向基函数 (络，在刘守文、冯尚友研究的基础上 进行湖泊富营养化评价，收到同样好的评价效果 42，并且用 法建立的模型，在性能上大大超过了 法模型，但是在训练样本的处理上，该文运用了在各个等级之间线性插值的方法，由于湖泊富营养化的等级划分之间没有显示突出的线性特点，所以在各个等级之间采用线性插值的方法来丰富训练样本的做法是否可行，还有待实践验证； 1998 年，郭宗楼、刘肇祎在水利水电工程环境影响综合评价中，利用神经网络模型建立了该领域的专家系统，并将该系统用于三峡工程的环境影响评价中，取得了较好的评价效果 43。除此之外，神经网络还广泛应用于 其它有关的各个评价领域，如微生生物群落对环境的影响评价，地下水水质评价等等，详见有关文献 44-49。 节水农业评价现状 到目前为止，国内外对节水潜力的内涵还没有一个公认的标准，相应地对节水潜力的计算也就没有一致的方法。大多数涉及节水潜力的估算，都是从单一的节水灌溉技术出发和从作物需水量出发的。 单项效益评价 这类评价初期偏重于节水方法的技术和经济评价。 傅国斌等从作物需水量出发， 构造了一个理论节水潜力的计算公式： )(Im ,2,1j N (W (其中， K 为折算系数，因为理论灌溉定额在这里是毫米深的概 念，灌溉面积通常是亩 (万亩 )等，而理论灌溉用水应该是万 (或亿 )立方米；j 种作物在非充分灌溉条件下的灌溉定额；j 种作物灌溉面积； N 为区域 (灌区 )的作物种类；用水量； 为现实节水潜力占理论节水潜力的比例，它取决于水资源利用管理水平、大众的节水意识、水的价格、有关水的法规的制定和执行情况、水利投资等诸多素。该公式考虑到有效降水、地下水、输水损失、田间损失、无效蒸中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 7 腾等因素后，求得实际节水潜力 4。 姚治君等利用特尔菲法，通过分区诊断与适应性农业节水技术评价计算，提出了 2010 年和 2030 年水平年华北平原适宜性农业节水技术发展的综合排序，即至 2010 年，该区 适宜的农业水资源高效利用技术应用和推广的优先排列次序为：管道灌溉、渠道衬砌、沟畦灌溉、膜上灌、喷灌、微灌、注水灌溉、其他节水灌溉方式、地面灌溉。至 2030 年，该区适宜的农业水资源高效利用技术应用和推广的优先排列次序为：管道灌溉、喷灌、微灌、渠道衬砌、膜上灌、注水灌溉、沟畦灌溉、其他节水灌溉方式、地面灌溉。然后以现状为基点，计算与分析了两个水平年分区不同农田灌溉技术的发展规模和相应的节水量 5。 出以灌水均匀度和灌溉效率作为评价改进地面灌溉的评价指标，并指出灌水均匀度主要和入畦单 宽流量、畦长、曼宁系数、畦田微地形条件、土壤入渗参数、畦田横断面参数以及灌溉供水时间有关，而灌溉效率除了和上述因素有关外，还和灌溉时土壤水分亏缺值有关，即灌溉效率间接地反映了管理水平 6； 提出以田间灌溉水有效利用率、田间灌溉水储存率和灌水均匀度作为评价改进的地面灌水质量的指标，并对各指标用其影响因素进行了数学描述，对各指标之间的关系进行了分析 7；林性粹等认为在对地面灌溉节水技术进行评价时，除了上述的灌水质量指标外，还用节水增产率、田间灌溉效率、灌水劳动生产率、田间灌水成本、 节水率等作为评价的经济指标 8；门旗，陈祖森等提出了以灌水均匀度、灌溉效率、深层渗漏损失和尾水废泄作为评价膜孔灌溉灌水质量的标准，并通过试验和有关推导，计算和评价了不同条件下的膜孔灌溉质量 8；钱蕴璧等通过试验，建立了地面灌溉系统整套的评价方法，包括基本参数的测量、评价指标的确定和灌溉过程的模拟等三个方面 10；美国农业部 11提出了以灌水均匀度和灌水效率作为喷微灌灌水质量的评价标准；我国喷灌工程技术规范则以喷灌均匀度、喷灌强度和水滴打击强度三大指标作为评价灌水质量的依据。美国农业部除了上述三项之外 ，还推荐能较好地反映土壤中水分分布的特性参数的图形效率为评价指标之一。 随着可持续发展日渐受到重视，节水的环境效益评价又被重视起来。郭宗楼等提出了节水工程环境影响评价指标体系及其模型，并用实例进行了验证 12；后来又在此基础上对环境影响的评价方法进行了改进，建立了加权综合评价模型和 工神经网络模型，得出了较为合理的定量评价结果 13。由于节水灌溉的环境评价牵涉到很多不确定因素，初期仅对节水的环境影响进行定性评价 (如有利或有害、暂时或永久、可逆或不可逆等 )。评价方法主要有判别法、一览表法及网络法等。随着研究的不断深入，国内外提出了很多定量评价方法，如分级 加权 一览表法、矩阵法、概率评分法和其它智能性评价方法 (人工神经网络 )等。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 8 综合效益评价 随着资源开发与环境的矛盾愈来愈突出，人们逐渐认识到只对工程进行技术和经济的评价已不能反映工程的真实效益，还必须综合考虑各方面的因素对工程进行综合评价。对节水灌溉工程的综合评价在评价尺度上经历了从大到小、然后又从小到大的过程，在评价方法上则经历了由定性到定量的过程，在评价结果上则经历了从效益割裂、单独评 价到综合的过程。 赵会强等引用工业节水指数评价方法，对其进行了修正，提出了一种评价农业节水水平的方法。即： )/:(式中i 地区农灌节水指数； i 地区农灌水量；i 地区农业灌溉节水指数；i 地区 j 作物的产量；i 地区 j 作物的灌溉需水量，它与气候土壤等因素有关；照标准； n 指的是作物种类数；D /指的是 气候因子修正系数不同地区、不同气候条件取值不同 14。 许志方等 提出以水资源利用、工程经济效益、工程增产效益、工程及设备利用、水费及综合经营管理、工程投资与回收年限等作为评价水利工程技术、经济的主要指标，虽然考虑了管理的不确定性，但没有考虑社会和环境效益 15；黄修桥等提出以灌溉用水量、灌溉水利用系数、工程技术指标和效益为主的评价体系，并指出节水的效益不仅体现在节水、节能、节地 、增产、省工外，还体现在转移效益、环境效益和替代效益等方面，实际上灌溉用水量和灌溉水利用系数间接地反映了技术、经济和管理水平，而效益评价则包含了环境效益和社会效益 16；康绍忠等提出以技术标准、经济标准、社会标准和环境标准来综合评估农业水管理的效益，以求真实反映灌排系统的运行状况、农田水分管理状况、作物增产和增效状况、农业水资源的综合利用状况和农田生态环境的运转状况 17。这一时期的评价尺度为大尺度、评价方法大多为定性方法，评价结果各效益割裂，对各效益之间没有进行平衡和协调。随着研究的深入，节水的综合评 价研究从大尺度转向了小尺度、定性转向定量、从规范性研究转向实证性研究。 赵会强等 将神经网络用于区域节水水平评价，描述了应用于多目标综合评价的三层神经网络结构，提出了基于神经网络的区域节水水平评价方法，为区域节水水平评价提供一条新的途径 18； 研制了专用程序对灌溉系统进行综合评价，主要指标包括均匀度、喷灌强度、水滴打击强度、图形效率、运行特性、环境指标、灌区特点 (土壤、作物等 )作物蒸发量、输水量、节水、节能、动力费、水费等 19；罗金耀，陈大雕等把节水灌溉特别是微喷灌工程涉及的 影响因素概化成资源类、环境类、政策类、技术类、经济类和社会类等六大指标，各类指标中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 9 下又分次类指标，建立了包括 42 个指标的评价体系，并以此对广西凭祥市万亩节水灌溉工程用可能满意度评价方法和 12 个指标构成的模糊多目标决策评价理论进行了评价，获得了较为切合实际的方案 202122。这类研究由于研究尺度小 (只针对某一具体的节水灌溉形式，即只对单一的节水措施，要么是喷微灌、要么是管道输水灌溉，要么是渠道防渗 )、考虑的影响因素相对较少，因此考虑的问题更具体，评价指标更细。评价方法不但是一种方法，而是综合应用各种 方法，如综合运用软系统方法 (综合集成法 (定性中的广义归纳法和系统工程 (知识来确定指标体系，用特尔菲法、专家估测法、层次分析法、 、落影函数法、灰色系统对定性指标的量化，评价结果为充分考虑多效益综合量值，各部分效益也不再被孤立测算。 周维博等采用层次分析理论，以定量和定性分析相结合的方法，建立了干旱半干旱地域灌区水资源综合效益分析评价的层次递减模型 23。 区域作为具有地域分异性和层次性、以人为主体的巨系统，应用的节水灌溉方法和措施不尽相同，各种节水措施和方法相互影响，相互作用 ，显然对区域内单一节水灌溉工程的综合效益进行简单的迭加是不行的，在对小尺度 (单项节水措施 )研究相对深入以后，研究尺度又从小转为大。如 :侯维东等针对某一具体的灌溉方案，综合考虑环境效益、经济效益和水资源的利用效益建立了由 18 个指标构成的效益型、支出型和定性类指标三大类的评价指标体系，并利用层次分析法、系统动力学法等对某山前平原灌区节水潜力进行了综合评判，得出了较为理想的结果 24；姚宗仁等运用神经网络理论，选取农业节水指数等八大指标对河北省 11 个地区的节水水平进行了评价 25；周明耀等运用递阶层次结构和灰 色系统理论对江苏某市 11 处大型自流灌区进行了综合的灌溉节水管理评价 27；葛书龙提出了由工程、用水、经营、产出四大类12 个子指标构成的指标体系，并用灰色系统理论对苏北的水利工程进行了分析评估 28。这一阶段评价方法上采用了能很好处理不确定性问题的灰色系统、系统动力学和人工神经网络方法，并且和传统的层次分析法进行了有机结合，评价结果也是综合考虑各种效益的具体量值，但在评价指标体系方面，大多进行了归纳和简化，使得很多具体的问题被掩盖，如水质量指标等，能充分反映节水技术经济的水分生产效率指标也没被采用，在评价 指标体系的各项节水措施如何耦合方面还有许多问题尚待研究。 研究内容 基于以上对评价方法研究的认识，在选择评价计算模型时优先考虑神经网络方法，期望能建立区域节水潜力评价的通用模型。并吸收前人经验，采用一种综合型的改进 法进行评价研究。 综合起来，本文的主要研究内容为确定节水潜力评价指标，以及开展神经网络在节水潜力评价中的实际应用。具体如下： 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 10 一 、 根据指标体系建立的原则，建立 农业 节水潜力评价的指标体系并对给出的指标进行界定 。 二 、提 出一种新的将动量因子和基于克服局部最小规则的自适应学习率方法有机 地 结合在一起的方法，综合 地 改进 法 ，并建立评价模型。 三、将建立的模型应用于洛阳地区的农业节水潜力评价当中 ， 对模型的结果进行分析，并根据网络输出结果对洛阳地区的节水潜力作出估算。 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 节水潜力评价及指标体系 11 第二章 节水潜力评价及指标体系 评价指标体系的构筑 建立评价指标体系的方法 总结目前的文献资料，在构造指标体系时，首先要明确评价的大概框架，即针对评价目标及影响目标的众多因素，按照一定的指导思想选取指标，构造一个有条理、有层次的指标体系，以反映评价主体的内在规律，以及各影响因素与评价目的之间的内在关 系。一般常用的方法有： 1、目标细化法 评价项目都有一定的目的或目标。分析系统目标，自上向下逐步将其分解细化成下一层次的小目标 (或准则 )， 直到每个小目标都能用一个或几个独立的指标来反映。这样建立的指标体系目标明确，不易混淆也不易遗漏，并且在细化的过程中自然而然地确立了指标之间的关系和层次。这个思路同现代计算机软件开发中的结构化开发原则是一样的，结构化好，易于移植。 2、综合分析法 综合分析法又称一般分析法。是采用系统分析的方法，统筹兼顾，从事物的各个不同侧面逐个考察，将指标分成不同的类别，再构造体现不同侧面 的指标组，如评价水利项目时，有国民经济、财务、风险、社会、生态等不同侧面和相应的指标组 50。 3、特而菲法 特而菲法指反复征求专家意见，依据专家群进行判断的方法。先由评价人员给出初步评价框架及指标体系，再由专家根据经验，给出指标值和该指标的权重或信任度 (反映专家对该指标的把握程度 )，由评价人员找出权重或信任度小的指标，交由专家再次评判。不断反馈、修改，直到建立令人满意的系统评价指标体系。这种方法广泛征求了专家的意见，具有集思广益的特点，且能获取评价指标的权重 51。 4、递阶层次结构法 这是一种基于层 次分析法的确定指标层次及从属关系的数学方法，适用于包含的因素太多，因素之间相互关系又很复杂，单凭主观上的逻辑判断有时难以确定合理的层次内容、层次关系的评价问题。这种数学方法称为递阶层次结构法，首先根据影响因素之间的二元关系，建立指标的结构网络，并用可达矩阵表示，进而建立每个节点（即影响因素）的可达节点集合，利用中国农业科学院硕士学位论文 第二章 节水潜力评价及指标体系 12 判断定义将层次划分出来，最后将各个影响因素用指标概化，从而建立指标体系。这种方法简单明了，操作性强，建立的指标体系层次清楚，结构性好 34。 评价指标值的确定 项目评价指标是一种参与评 价的值，是指标所代表的评价因素值的正确反映，所以必须界定因素的值域，建立评价测度和因素值域间的映射关系，还要确定指标的权重。 1、评价因素值 界定评价因素值域的标准，一般借助于现存的指南、标准和规范；也可通过经验（专家咨询）界定。因为在指标体系中各评价因素最终都细化为独立的指标，因此评价因素值域的界定转化为对指标值域的界定。本文评价节水潜力将依据现存规范，将各个指标实测值进行无量纲化处理，并综合评价。 2、评价因素值对评价测度的映射关系 对于评价因素的每个指标的值到最后都要将其投影在评价测度上，评价测度是对 评价等级的一种划分，这种划分通常采用线性方法。指标值域与评价测度的映射关系，是一对紧密相关的问题，建