毛梦祺 丁忠义 董丽丽 贾斐斐

摘要：在熵权法求权重的基础上，运用模糊线性规划方法，建立适用于研究区高标准基本农田利用结构的模糊线性规划模型，引入隶属函数，求出模糊最优解，从而得到项目区建设方案；采用逼近理想解排序法，构建TOPSIS模型对优化设计后的高标准基本农田综合效益进行评价。结果表明，4个行政村综合效益水平为优秀，3个行政村综合效益水平为良好，2个行政村综合效益水平一般，此方案为在经济、社会和生态效益三方面有机统一的可行方案。

关键词：土地整理；高标准基本农田；模糊线性规划；逼近理想解排序

中图分类号：F301.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）11-2813-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.11.065

Research on Comprehensive Evaluation of High-Standard Basic Farmland Construction Scheme Implementation Benefits——Take Damiao Township of Lingbi County as An Example

MAO Meng-qi， DING Zhong-yi， DONG Li-li， JIA Fei-fei

（School of Environment Science and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， China）

Abstract： This paper build fuzzy linear programming model suitable for studying the use structure of high-standard basic farmland， based on seeking weight with entropy weight method， then import the subjection function to obtain fuzzy optimal solution so as to get the construction scheme of project areas. TOPSIS model is constructed to evaluate comprehensive benefit of high-standard basic farmland after the optimization design. The results show that four of the administrative villages comprehensive benefits reach excellent level， three of them are good level and the others are middle level. The scheme is feasible with organic unity of economic， social and ecological benefit.

Key words： land consolidation； high-standard basic farmland； fuzzy linear programming； TOPSIS

在国务院正式批准《全国土地整治规划（2011-2015）》，明确“十二五”土地整治目标任务，部署2 666.67万hm2高标准基本农田建设的严峻形势下，建设旱涝保收高标准基本农田是巩固农业发展基础的核心，确保国家粮食安全的重要手段，是未来一段时期耕地保护和土地整治工作的重要内容[1]。农地整理在我国各地广泛开展的时间较早，理论方法都比较成熟，但高标准基本农田建设可借鉴的方法和理论还比较少[2]。并且我国目前的绝大多数高标准基本农田建设项目是按照规划实施，规划方案的合理性与科学性没有一定的量化标准，其中人为因素较多。高标准基本农田建设方案实施效益综合评价，可以避免规划区域内在经济、社会和生态效益方面因项目实施而产生的负面影响；同时，以研究的结果科学地、合理地调整规划方案，使规划方案更加符合规划区域的实际情况，促进规划区域内的经济、社会和生态环境可持续发展[3]，更好地保护高标准基本农田和提高耕地质量。

本研究采用模糊线性规划的方法，建立适用于研究区高标准基本农田利用结构的模糊线性规划模型，提出相应的建设方案，并运用逼近理想解排序法，构建TOPSIS模型对高标准基本农田建设方案的综合效益进行评价，尽可能消除过程中的人为因素，以期为同类型高标准基本农田建设项目的规划提供参考。

1 研究区概况

研究区位于安徽省灵璧县大庙乡，涉及沙滩、王场、马庄、骑张、沟涯、殷庄、胡场、大庙、沙南等9个行政村，项目区东边界是骑张村、殷庄村和大庙村村界，西边界是大路乡乡界，北边界是高楼镇镇界，南边以302省道为界（东经117°37′37″～117°43′50″，北纬33°45′13″～33°49′20″）。项目区总面积3 373.12 hm2，建设规模2 515.12 hm2，基本农田面积2 067.58 hm2。

项目区内部有徐明高速、鲍虞路等主要交通干道，南端有302省道，项目区内部农村路网已经初步形成，现状水泥路状况良好，但长度有限；现状砂石路面由于修建时间长久，部分砂石已风化，加之农机长期碾压，导致区内砂石路面坑洼不平；现状土路条件较差，不能满足群众的出行要求，严重妨碍了农业生产。

项目区地势平坦，沟渠、河流比较多，因此，排涝是项目区内部农业生产的主要问题。项目区内有红泥沟南北向贯穿全境，并且有利民沟和老濉河两条重要排水渠系。区内已有错综的排水斗沟、农沟及坑塘水面，总体上来说项目区内涝水排水较为通畅。但项目内仍存在部分排水沟淤积的情况，水草丛生，树根盘结，阻水现象严重，导致排水沟蓄水能力和排涝能力下降。

2 研究方法与模型

2.1 模糊线性规划

1970年，Bellman等在多目标决策的基础上，提出模糊决策的基本模型，在该模型中，凡决策者不能精确定义的参数、概念和事件等，都被处理成某种适当的模糊集合[4]。1977年，Zimmerman首先讨论了模糊线性规划，把线性规划的约束条件或目标函数模糊化，引进隶属函数，从而导出一个新的经典线性规划问题。本研究从田间道面积、生产路面积、斗沟面积和农沟面积等变量出发，建立约束条件，以经济利益为主要目标，构建目标函数，形成模糊线性规划模型，获得高标准基本农田建设方案。

2.2 选取约束条件

项目要求在不改变原有土地利用空间布局与性质的基础上，进行补缺性规划设计，尽可能保留原有主干道与农田水利设施，所以研究区内存在农村宅基地、殡葬用地、内陆滩涂，河流水面等大片不动工区，不在本次优化设计考虑范围之内。

综合各类优化设计变量，高标准基本农田建设中主要的影响因素有田间道面积、生产路面积、斗沟面积、农沟面积、田间道防护林面积、生产路防护林面积。选取的约束条件分为土地总面积约束、项目资金约束和项目施工约束3个方面[5]。

2.2.1 土地总面积约束 x1+x2+x3+x4+x5+x6≤n，其中，土地总面积约束n为扣除原有道路面积、沟渠面积和其他不动工区面积之后的项目区总面积。

2.2.2 项目资金约束 r1x1+r2x2+r3x3+r4x4+r5x5+r6x6≤m，其中，r1为每修建1 m2田间道所需要的资金，r2为每修建1 m2生产路所需要的资金，r3为每清淤1 m2斗沟所需要的资金，r4为每清淤1 m2农沟所需要的资金，r5为每种植1 m2田间道防护林带所需要的资金，r6为每种植1 m2生产路防护林带所需要的资金，m为约束条件。

2.2.3 耕地面积约束 ■≥P，S总为项目区土地总面积，x7为建设后耕地面积，x0为原有耕地面积，该高标准基本农田建设项目不要求有新增耕地，但是按照保护耕地的原则，项目实施后，耕地面积也不得减少。

2.2.4 项目施工的约束 主要分为田间道工程约束、生产路工程约束、斗沟工程约束、农沟工程约束，依次建立约束条件为：e1≥a1；e2≥a2；e3≥a3；e4≥a4。其中，a1，a2，a3，a4为模糊数，相应隶属度函数为：

Ua1（x）=（x-13 000）/（14 000-13 000）

Ua2（x）=（x-32 000）/（33 000-32 000）

Ua3（x）=（x-7 000）/（75 000-7 000）

Ua4（x）=（x-9 000）/（10 000-9 000）

2.3 构建目标函数

本研究以经济利益为主要目标，在兼顾研究区土地利用结构与布局要求的基础上[6]，构建目标函数：ymax（x）=c1vx1+c2vx2+c3vx3+c4vx4+c5vx5+c6vx6 （1）

式（1）中，c1，c2，c3，c4，c5，c6分别表示田间道工程、生产路工程、斗沟清淤工程、农沟清淤工程、田间道防护林工程、生产路防护林工程对耕地总收益的贡献率，满足c1+c2+c3+c4+c5+c6=1，v为每公顷农地的收益。

2.3.1 v的确定 项目的耕地经济效益分析以种植小麦、玉米为主，根据项目区相关统计资料，项目区复种指数180%，小麦单产6 750 kg/hm2，售价1.9元/kg，玉米单产7 050 kg/hm2，售价2元/kg，确定y取值3.96万元。

2.3.2 c1，c2，c3，c4，c5，c6系数的确定 目前确定评估指标权重涉及到的方法主要有主观赋权法和客观赋权法，主观赋权法的客观性较差，本研究采用客观赋权法中的熵权法确定目标函数系数。具体步骤如下：

①数据标准化。假设给定了k个指标x1，x2，...，xk，其中xi=x1，x2，…，xn。假设对各个指标的数据进行标准化处理后的值为p1，p2，...，pk，那么pij=■。②求取各指标信息熵，第i个指标的信息熵Hi可定义为：Hi=-a■fijlnfij，其中，fij=■，a=■（假定当fij=0时，fijlnfij=0）。③确定各指标权重。根据求出的各指标信息熵，求取各指标权重（表2）：wi=■（i=1，2，...，k）。

2.3.3 确定目标函数

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （2）

2.3.4 确定模糊线性规划模型

ymax（x）=0.021 42x1+0.009 72x2+0.288 83x3+ 0.653 25x4+0.016 58x5+0.010 19x6 （3） x1≥（a1，d1）x2≥（a2，d2）x3≥（a3，d3）x4≥（a4，d4）0.010 04x1+0.006 01x2+0.000 6x3+0.000 32x4≤（a5，d5）x1+8x2+5.5x3+6x4+3x5≤（a6，d6）■≥P2.4 模型求解

模糊线性规划模型求解步骤如下[7，8]：①约束条件伸缩指标di取0，模糊约束退化为普通约束，求解普通线性规划；②构造模糊目标集，使目标函数模糊化；③模糊判决，利用单纯形法求解新的普通线性规划。

求得x1=2 067.58 hm2，x2=5.45 hm2，x3=11.49 hm2，x4=4.28 hm2，x5=2.92 hm2，即新修田间道13 625 m，新修生产路32 830 m，斗沟清淤7 130 m，农沟清淤9 734 m。

3 优化后土地综合效益评价

3.1 建立评价指标体系

以综合效益为目标层，经济效益、社会效益、生态效益为评价准则，选取耕地净收益、产出投入比、交通长度增加率、沟渠长度增加率、农田防护林覆盖率和植被覆盖率6个指标构建评价指标体系[9]，采用熵权法赋权重（表3）。

3.2 综合效益评价

采用逼近理想解排序方法建立综合效益评价模型，正理想解是一设想的最优的解，它的属性值都达到最好的值；而负理想解是一设想的最劣的解，它的属性值都达到各最坏的值，通过检测评价对象与正理想解、负理想解的距离来进行排序，若评价对象最靠近正理想解同时又最远离负理想解，则为最好；否则不为最优[10]。

3.2.1 构建加权决策矩阵 在熵权法确定评价指标权重的基础上，将标准化决策矩阵的每一个指标与相应的指标权重相乘，得到加权决策矩阵。

V=v11 v12 … v1nv21 v22 … v2n■vm1vm2…vmn=b11·w1 b12·w1 …b1n·w1b21·w2 b22·w2 …b2n·w2■bm1·wm bm2·wm…bmn·wm（4）

（2）确定正、负理想解

当各指标值都达到各评价指标的最优值时，取正理想解V+；当各指标值都达到各评价指标的最差值时，取负理想解V-。

V+=v1+，v2+，…，vm+ （5）

V-=v1-，v2-，…，vm- （6）

（3）计算距离

分别计算各矿区评价向量到正理想解的距离Dj+和负理想解的距离Dj-。

Dj+=■ （7）

Dj-=■ （8）

（4）计算贴近度

各矿区评价对象与最优方案的贴近度为

Cj=■，0≤Cj≤1 （9）

当Cj=1时，高标准基本农田综合效益最好，道路出行、灌溉排水等农田配套设施的布局优化较优良；当Cj=0时，高标准基本农田综合效益极差，道路出行、灌溉排水等农田配套设施的布局优化亟需改善。结合本研究区的实际情况，将贴近度划分为4个等级标准，用以反映项目区高标准基本农田综合效益情况（表4）。

4 结果与分析

利用逼近理想解排序法对项目区9个行政村高标准基本农田建设后的综合效益进行评价，得到9个村与最优方案的贴近度（表5）。

由表5可见，胡场村、马庄村、沙滩村和王场村的道路出行、灌溉排水等农田配套设施的布局优化与理想值贴近度较高，沟涯村、骑张村、殷庄村的贴近度达到良好的标准，沙滩村和胡场村的综合效益为中等水平，该方案综合效益的优秀率达到44.4%，33.3%为良好。其中与最优方案贴近度最高的是王场村，贴近度最低的是沙南村。

大庙村和沙南村与理想值的贴近度均不高，处于中等水平。沙南村仅有约一半的行政村面积在项目区范围内，而大庙村同样只有小部分面积在研究区内，且多数为建设用地。项目区内大庙村和沙南村的土地利用类型不完整，是导致与理想值贴近度不高的主要原因。

沟涯村、骑张村与殷庄村的综合效益处于良好水平，3个行政村原有的基本农田配套设施就比较完备，规划前现状已达到一定水平。沟涯村原有的道路体系已十分完善，大多数田间道路已经硬化，生产路情况完好，所以其交通长度增加率比较低；加上沟涯村内有一片面积较大的连片林地，所以其生态效益也相对较优。骑张村与殷庄村现有的交通现状良好，同时有一条红泥沟南北贯穿两行政村项目区，骑张村境内还有条主要灌排渠系利民沟，且两村的灌排网络已经比较顺畅，无需过多规划排水沟渠，其沟渠长度增加率不是很高。

沙滩村、胡场村、马庄村和王场村的综合效益水平达到优秀，与理想值贴近度较高。这4个行政村的基本情况比较类似，沙滩村和马庄村现有水泥路面路况优良，但长度有限，砂石路面损坏较严重，其规划的田间道、生产路较多；同时两村毗邻，设计一条灌排斗沟东西向贯穿两行政村，极大地改善了其灌排情况。王场村面积较大，位于整个项目区的中心位置，是整个项目区的枢纽，规划设计了多条连接村庄的道路，胡场村与王场村毗邻，其交通条件与灌排情况也得到较大改善，高标准基本农田的经济收益明显提高。

5 结论

在安徽省灵璧县相关部门提供各项有关资料和查阅项目区统计年鉴、现场调查踏勘的基础上，深入剖析了项目区内9个行政村的高标准基本农田现状，进行定性分析，并运用数学模型进行定量分析，采用基于熵权的模糊线性规划方法，根据研究区实际情况，构建约束条件，引入隶属度函数，求出最优解，获得各项约束条件下路、沟、渠的优化方案。构建优化后高标准基本农田综合效益的评价指标体系，利用逼近理想解排序法对项目区9个行政村高标准基本农田建设后的综合效益进行评价。结果表明，4个行政村的综合效益水平达到优秀的标准，3个行政村的综合效益水平为良好，2个行政村的水平为中等，此方案通过对田、水、路、林的统一整治，保护了高标准基本农田的生态环境，在此基础上，有效地提高了项目区经济利益，促进了农村经济的良性循环和可持续发展，同时改善了农业生产条件，稳定农业生产，是生态效益、经济效益和社会效益相统一的可行性规划建设方案。这与该项目的承担单位、实施单位、管理单位以及评审专家的评价一致，也与项目区实际相符合。

本研究采用系统化的数学模型来优化高标准基本农田建设方案，在土地规划各项规程的基础上，尽可能地消除人为主观因素，使规划方案更加科学合理，为皖北地区类似高标准基本农田综合效益的定量评价和定性分析提供了更加科学的依据和理论参考。但在模糊线性规划模型的构建中，约束条件的限定仍存在一些主观意见，加上研究对象本身的复杂性，导致该模型还有需要改进之处。

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