AHP-模糊綜合評價模型在節(jié)水型社會建設(shè)后評價中的應(yīng)用

李嘉第，陳曉宏，鄭冬燕，林木隆

(1.水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術(shù)中心，廣東 廣州 510611； 2.中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣東 廣州 510275；3.華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東普通高效重點實驗室，廣東 廣州 510275)

節(jié)水型社會建設(shè)試點后評價，是在節(jié)水型社會建設(shè)一定階段后，全面回顧試點的建設(shè)過程、考察建設(shè)內(nèi)容、評估建設(shè)效果、總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗，對照試點建設(shè)規(guī)劃，分析存在的問題和不足，以推進(jìn)試點地區(qū)節(jié)水型社會建設(shè)的深化，并為其他地區(qū)節(jié)水型社會工作的開展提供借鑒。

目前，國外有關(guān)節(jié)水的研究主要集中在水權(quán)、水權(quán)交易、基于水權(quán)觀的水資源優(yōu)化配置、水市場、水價水資源承載力、公眾參與水資源管理及水資源管理組織等方面[1]。王浩[2]等針對節(jié)水型社會試點甘肅張掖地區(qū)提出了評價指標(biāo)體系的2個層面：①用社會、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)三方面協(xié)調(diào)性指標(biāo)來評估節(jié)水型社會的整體效果；②利用節(jié)水指標(biāo)來評估節(jié)水措施的落實效果。李艷等提出了基于層次分析法賦權(quán)的TOPSIS評價方法，運用此方法對廣東省節(jié)水型社會建設(shè)進(jìn)行了評價[3]。陳瑩[4]等基于節(jié)水型社會是水資源系統(tǒng)-生態(tài)系統(tǒng)-經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的認(rèn)識，遵循科學(xué)、實用及簡明的原則，構(gòu)建了節(jié)水型社會評價指標(biāo)體系，對中國各省(市、區(qū)) 節(jié)水型社會相對水平進(jìn)行量化評價。褚俊英[5]等將節(jié)水型社會建設(shè)的區(qū)域模式劃分為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)豐水類、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)缺水類、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)豐水類以及經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)缺水類四大類型，對各類模式的基本特點、建設(shè)重點、融資方式及可能的動態(tài)演進(jìn)路徑進(jìn)行了分析。李紅梅等結(jié)合寧夏水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，構(gòu)建了一套節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)體系，同時采用層次分析法與模糊綜合評價相結(jié)合的評價方法對寧夏節(jié)水型社會建設(shè)情況進(jìn)行了評價[6]。

AHP-模糊綜合評價法主要由層次分析法和模糊綜合評價法兩部分構(gòu)成。其中，模糊綜合評價是在層次分析法的基礎(chǔ)上進(jìn)行，二者相輔相成，共同提高評價結(jié)果的可靠性和有效性。在節(jié)水型社會建設(shè)的評價中，涉及到許多模糊的影響因素，沒有明顯的數(shù)量界限，要使用一些模糊的詞句來形容、描述。比如節(jié)水管理等，這些是不可以簡單地用是、非或數(shù)字來表示的。 因此，利用此方法能有效解決復(fù)雜的評價問題。在評價指標(biāo)的選擇過程中，本文運用層次分析法對指標(biāo)按不同層級進(jìn)行劃分，構(gòu)建成樹型結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系，把定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，再通過模糊綜合評價手段，把復(fù)雜模糊的評價指標(biāo)以隸屬度向量來表示。此種研究方法的運用，大大降低了評價中的不確定性因素， 使評價結(jié)果變得可靠、有效。

1 AHP-模糊評價模型

1.1 層次分析法

層次分析法(The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)[6]模仿人的決策思維過程，是一種定性和定量相結(jié)合的分析方法，主要解決多因素復(fù)雜系統(tǒng)，特別是難以定量描述的社會系統(tǒng)的分析方法。通常情況下，層次分析法都要經(jīng)歷6個環(huán)節(jié)，分別為構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)、建立判斷矩陣、對矩陣進(jìn)行一致性檢驗、層次單排序、層次總排序以及對分析結(jié)果進(jìn)行決策[6-7]，見圖1。

1.2 模糊綜合評價法

層次分析法帶有一定的主觀性，利用模糊綜合評價可以有效地處理人們在評價過程中本身所帶有的主觀性，以及客觀所遇到的模糊性現(xiàn)象[8]。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評標(biāo)方法，該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

是專家Sk給出的在工程N(yùn)i下對影響因子Cj的評價值，運用定義4Hamming距離測度公式計算得出與理想值的距離并依據(jù)下式計算與理想值的接近度：

2 實例應(yīng)用

2.1 區(qū)域背景

?？谑形挥跂|經(jīng)110°10′～110°41′，北緯19°32′～20°5′，地處海南島東北部，橫跨南渡江下游東西兩岸。北隔瓊州海峽與廣東省相望?？偯娣e2 304.84 km2。全市多年平均降水量1 827 mm，當(dāng)?shù)厮Y源總量25.39億m3。試點建設(shè)前，海口市萬元GDP用水量125 m3，萬元工業(yè)增加值用水量142 m3，灌溉水有效利用系數(shù)0.5左右，農(nóng)業(yè)用水量占生產(chǎn)總用水量的62.3%，用水效率偏低，用水結(jié)構(gòu)不盡合理。境內(nèi)部分水域水污染嚴(yán)峻的情勢尚未得到根本逆轉(zhuǎn)，尤其城區(qū)大部分地表水體污染嚴(yán)重，多為Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)，水環(huán)境惡化問題突出，已嚴(yán)重影響到?？谑械娜司迎h(huán)境和城市形象。加之現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施還較薄弱，調(diào)蓄能力有限，局部地區(qū)工程型和水質(zhì)型缺水并存，水資源和水環(huán)境形勢不容樂觀。粗放的經(jīng)濟(jì)增長方式不可避免地帶來不同范圍、不同程度的缺水和生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，為更好地服務(wù)于“海南國際旅游島”建設(shè)，保障?？谑薪?jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，必須將水資源和水環(huán)境保護(hù)放在更加突出的位置，以節(jié)水促減排，以治污促發(fā)展，開源節(jié)流并重，興利除害并舉，全面建設(shè)節(jié)水型社會，走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。試點建設(shè)批準(zhǔn)后，?？谑谐浞掷迷泄?jié)水工作的堅實基礎(chǔ)，全力推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)試點工作。

2.2 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.2.1 節(jié)水型社會評價指標(biāo)體系設(shè)計原則

根據(jù)建立節(jié)水型社會的內(nèi)涵和目標(biāo),結(jié)合構(gòu)建指標(biāo)體系的一般原則，節(jié)水型社會評價指標(biāo)體系設(shè)置應(yīng)遵循以下原則[9]：科學(xué)性原則、代表性原則、層次性原則、全面性原則、可獲性原則、區(qū)域性原則、系統(tǒng)性原則、時序性原則、動態(tài)性原則、定性與定量相結(jié)合原則。

2.2.2 評價指標(biāo)體系

綜合評價是對多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對象進(jìn)行系統(tǒng)性、全局性和整體性的評價。為了綜合反映節(jié)水型社會試點的建設(shè)效果，規(guī)范評價內(nèi)容和評價指標(biāo)，2005年水利部辦公廳下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)體系(試行)的通知》(辦資源〔2005〕179號)(以下簡稱《評價指標(biāo)法》)，提出了包括綜合性指標(biāo)、節(jié)水管理、生活用水、生產(chǎn)用水、生態(tài)指標(biāo)等5大類32個指標(biāo)，指標(biāo)中既有定性描述的，又有可量化的，既有反映綜合情況的，又有反映單項情況的。同時提出：“評價單位可以從中選擇適合本地區(qū)的指標(biāo)，也可視情況增補(bǔ)其他評價指標(biāo)”。本文針對節(jié)水型社會的內(nèi)涵和目標(biāo)，結(jié)合中國南方豐水地區(qū)節(jié)水型社會建設(shè)現(xiàn)狀，根據(jù)節(jié)水型社會評價指標(biāo)體系的設(shè)置原則，在系統(tǒng)分析和參考國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上[5,10]，選用以下節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)體系，見表1。

2.2.3 評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系

關(guān)于節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)，目前國家還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，水利部制定的《節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)體系(試行)》也只是從指標(biāo)含義給予解釋，關(guān)于節(jié)水型社會建設(shè)各個階段，各項指標(biāo)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，《試行》并沒有規(guī)定。為了科學(xué)合理地確定評價標(biāo)準(zhǔn)，對?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)的情況做出準(zhǔn)確的評價。下面將主要從以下幾個方面來選擇評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參考值：①參考國家、行業(yè)目前已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。主要包括：《節(jié)水型城市考核標(biāo)準(zhǔn)》《工業(yè)用水考核指標(biāo)及計算方法》《節(jié)水型企業(yè)評價導(dǎo)則》《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》《城市居民生活用水量標(biāo)準(zhǔn)》等；②借鑒國內(nèi)外其他城市或地區(qū)的相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，如國家水利部辦公廳《關(guān)于印發(fā)節(jié)水型社會建設(shè)評價指標(biāo)體系(試行)的通知》中介紹的國外有關(guān)節(jié)水先進(jìn)指標(biāo)和中國各類型區(qū)有關(guān)指標(biāo)先進(jìn)值等；③借鑒已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和期刊中的相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)值[5,10]；④緊密結(jié)合?？谑形磥砉?jié)水型社會建設(shè)的發(fā)展目標(biāo)；⑤優(yōu)良等級標(biāo)準(zhǔn)參考國際同類型地區(qū)先進(jìn)值，良好等級標(biāo)準(zhǔn)參考國際同類型地區(qū)平均值，中等等級標(biāo)準(zhǔn)參考國內(nèi)同類型地區(qū)先進(jìn)值，初級等級標(biāo)準(zhǔn)參考國內(nèi)同類型地區(qū)平均值，起步等級標(biāo)準(zhǔn)參考國內(nèi)平均值。本文通過以上幾個方面綜合分析，給出節(jié)水型社會建設(shè)起步、初級、中等、良好、優(yōu)良5個階段的量化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。為了與定量指標(biāo)相一致,將定性指標(biāo)量化后按0～100之間分為5個階段(表1)。

2.3 ?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點工作完成情況

經(jīng)過3年努力，?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)工作取得初步成效。節(jié)水防污型社會管理體系初步建立，節(jié)水機(jī)制制度法規(guī)進(jìn)一步完善；循環(huán)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系初步構(gòu)建，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整深化，全社會用水總量得到控制；水資源利用效率明顯提高，萬元GDP取水量、萬元工業(yè)增加值取水量逐年下降；節(jié)水型社會行為規(guī)范體系初步形成，社會民眾節(jié)水意識加強(qiáng)，社會愛水惜水節(jié)水風(fēng)尚正逐步形成。?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點成效見表2。

注：表中“畝”為非國際標(biāo)準(zhǔn)單位，換算關(guān)系為15畝=1 hm2，下同

2.4 基于AHP的模糊評價法的應(yīng)用

2.4.1 ?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)AHP模型

通過?？谑性u價體系的 AHP 模型的建立，目標(biāo)層的一級指標(biāo)包括綜合(B1)、農(nóng)業(yè)(B2)、工業(yè)(B3)、生活(B4)、非常規(guī)水源利用(B5)、生態(tài)環(huán)境(B6)、節(jié)水管理(B7)7個層面，每個一級指標(biāo)包含若干二級指標(biāo)(C1—C24)。得到?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點后評估評價指標(biāo)體系(表3)。

根據(jù)專家意見，填寫各層判斷矩陣，并對傳統(tǒng)比例標(biāo)度進(jìn)行了修正，標(biāo)度值不僅限于1～9或其倒數(shù)值。

a) 一級指標(biāo)相對于目標(biāo)層的判斷矩陣A為：

表2 ?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點成效

利用MATLAB計算其特征根為：

表3 ?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點后評估評價指標(biāo)體系

b) 二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)的判斷矩陣B1、B2…B7分別為：

經(jīng)一致性檢驗，判斷矩陣B1、B2…B7具有完全一致性。層次總排序結(jié)果見表4。

一級指標(biāo)權(quán)重大小關(guān)系如下，B2>B3=B4>B1=B6=B7>B5，符合?？谑泄?jié)水工作情況，是合理的。

2.4.2 模糊評價法

本文用5個等級來表示海口市節(jié)水型社會建設(shè)試點評估的等級，具體評語集為V={起步，初級，中等，良好，優(yōu)良}。結(jié)合?？谑兴樘攸c，評語集對應(yīng)的數(shù)值集取N={20，50，70，85，95}。即：0～40為起步，40～60為初級，60～80為中等，80～90為良好，90～100為優(yōu)良。權(quán)重集的確定采用AHP分析法得到的結(jié)果。

評判矩陣R中rij即為某因素ui對應(yīng)等級j的隸屬函數(shù)，其值的推求可根據(jù)各評價因素的實際數(shù)值或?qū)嶋H狀況，對照表3中各因素的分級指標(biāo)來分析推算。為了消除各等級間數(shù)值相差不大或狀況區(qū)別不明顯，而評價等級可能相差一級的跳躍現(xiàn)象，使隸屬函數(shù)在各級之間能平滑過渡，可將其進(jìn)行模糊化處理。

表4 層次總排序結(jié)果

根據(jù)隸屬函數(shù)和成效值，求得每個指標(biāo)分屬于節(jié)水型社會建設(shè)各級別的隸屬子集結(jié)果見表5。

由計算得到的隸屬子集，可得到指標(biāo)中綜合、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、非常規(guī)水源利用、生態(tài)環(huán)境和節(jié)水管理的隸屬度矩陣分別為：R(Bi)=[R(CN) …R(CM)]T

其中R(Bi)代表一級指標(biāo)的隸屬度矩陣，R(CN)、R(CM)為對應(yīng)一級指標(biāo)的二級指標(biāo)的隸屬度矩陣。進(jìn)行模糊矩陣的復(fù)合計算,計算結(jié)果見表6。構(gòu)造目標(biāo)層的模糊矩陣：

R(A1)=[S(B1)S(B2)S(B3)S(B4)

S(B5)S(B6)S(B7)]T，則S(A1)=W(A1)×R(A1)，計算出海口市節(jié)水型社會建設(shè)試點指標(biāo)二級模糊綜合評價結(jié)果(表6)。

表5 指標(biāo)隸屬子集計算結(jié)果

表6 各指標(biāo)隸屬度計算結(jié)果

為驗證?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)取得的成效，對?？谑泄?jié)水型社會試點建設(shè)前的指標(biāo)值進(jìn)行評估，根據(jù)隸屬函數(shù)和建設(shè)前的數(shù)值，構(gòu)造目標(biāo)層的模糊矩陣，?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)前指標(biāo)二級模糊綜合評價結(jié)果見表7。

表7 各指標(biāo)隸屬度計算結(jié)果

3 結(jié)果分析

a) 從基于AHP的模糊綜合評價結(jié)果看：節(jié)水型社會建設(shè)前，一級指標(biāo)方面，綜合指標(biāo)、農(nóng)業(yè)指標(biāo)、生活指標(biāo)、工業(yè)指標(biāo)、節(jié)水管理、非常規(guī)水源利用均處在起步階段；生態(tài)環(huán)境指標(biāo)處在初級階段。評分值最高的為生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，最低的為非常規(guī)水源利用；對?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)前的整體評價為處在起步階段，評分值為32.15；節(jié)水型社會建設(shè)后，與節(jié)水型社會建設(shè)起步階段隸屬度大的指標(biāo)是再生水利用量、非常規(guī)水源替代水資源率；與節(jié)水型社會建設(shè)中等階段隸屬度大的指標(biāo)是用水總量、工業(yè)用水重復(fù)利用率、家庭生活節(jié)水器具普及率、居民生活用水戶裝表率、節(jié)水“三同時”執(zhí)行率、自備水源供水計量率；與節(jié)水型社會建設(shè)良好階段隸屬度大的指標(biāo)是南渡江干流水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、城市生活污水集中處理率、工業(yè)廢污水達(dá)標(biāo)排放率；其余13項指標(biāo)均與節(jié)水型社會建設(shè)初級階段隸屬度最大；所有指標(biāo)與節(jié)水型社會建設(shè)優(yōu)良階段隸屬度數(shù)值小于0.5。一級指標(biāo)方面，非常規(guī)水源利用處在起步階段；綜合指標(biāo)、農(nóng)業(yè)指標(biāo)、生活指標(biāo)、工業(yè)指標(biāo)、節(jié)水管理均處在初級階段；生態(tài)環(huán)境指標(biāo)處在良好階段。評分大小關(guān)系如下：B6>B7>B1>B3>B4>B2>B5，評分值最高的為生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，最低的為農(nóng)業(yè)指標(biāo)，?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)7項一級指標(biāo)中，生態(tài)環(huán)境發(fā)展是最好的，非常規(guī)水源利用發(fā)展相對有所欠缺(圖2)。對?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點的整體評價為處在初級階段，評分值為52.22，處于初級階段的61.1%(圖3)。

b) 通過節(jié)水型社會建設(shè)，雖然有些單項指標(biāo)已達(dá)到中等、良好或優(yōu)良級別，但整個節(jié)水型社會建設(shè)綜合評價結(jié)果為初級階段，主要原因是在整個評價指標(biāo)體系中仍有2個指標(biāo)(占整個評價指標(biāo)的8%)處于起步階段，13個指標(biāo)(占整個評價指標(biāo)的54%)處于初級階段。下階段應(yīng)著重加強(qiáng)這15個方面的工作,特別是非常規(guī)水源利用和農(nóng)業(yè)節(jié)水相關(guān)的再生水利用量、海水利用、非常規(guī)水源替代水資源率、農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)、畝均灌溉用水量、水澆地畝均灌溉用水量、節(jié)水灌溉工程面積率等7個方面工作，以促進(jìn)整個節(jié)水型社會建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)語

選取綜合指標(biāo)、農(nóng)業(yè)節(jié)水指標(biāo)、工業(yè)節(jié)水指標(biāo)、生活節(jié)水指標(biāo)、非常規(guī)水源利用指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境指標(biāo)以及節(jié)水管理指標(biāo)是符合?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)特點的；生態(tài)環(huán)境較優(yōu)以及非常規(guī)水源利用和農(nóng)業(yè)節(jié)水水平較低，是符合?？谑械貐^(qū)特點的。從評價結(jié)果也可以得出，由于水資源相對比較豐富，涉及范圍較大、投入較大的節(jié)水工作開展是制約?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)的主要因素。區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源的矛盾相對不激烈,節(jié)水型社會建設(shè)需要伺機(jī)而行。在必要時,政府應(yīng)對節(jié)水型社會建設(shè)在稅收、投資等方面予以優(yōu)惠，以提高其節(jié)水型社會建設(shè)的積極性。

此次以?？谑袨槔?，對?？谑泄?jié)水型社會建設(shè)試點建設(shè)期工作執(zhí)行的進(jìn)度和成效進(jìn)行評價，對?？谑械墓?jié)水型社會建設(shè)具有非?，F(xiàn)實的參考意義。建設(shè)節(jié)水型社會是一個由初級階段向高級階段邁進(jìn)的探索過程。當(dāng)前和今后一個時期，?？谑袑⒃谥贫葎?chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新方面力求新的突破，努力推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)由初級階段向高級階段跨越。