基于聚類分析和層次分析法的湖南省水生態(tài)文明評價指標體系構(gòu)建

(湖南省水利水電科學研究院，湖南 長沙 410007)

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，資源短缺、環(huán)境惡化等一系列的生態(tài)問題接踵而至。黨的十七大報告首次明確提出了建設(shè)生態(tài)文明的目標，并在黨的十八大報告中進一步將其納入“五位一體”的中國特色社會主義事業(yè)總體布局[1]。2013 年1 月，水利部印發(fā)了《關(guān)于加快推進水生態(tài)文明建設(shè)工作的意見》， 指出水生態(tài)文明是生態(tài)文明的重要組成和基礎(chǔ)保障。水生態(tài)文明建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有戰(zhàn)略性、長期性和持續(xù)性[2]，而對其進行系統(tǒng)地戰(zhàn)略規(guī)劃和頂層設(shè)計并構(gòu)建水生態(tài)文明評價指標體系，是開展和推進水生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)。

1 湖南省水生態(tài)文明現(xiàn)狀

當前，由于湖南省的省情及所處的特殊發(fā)展階段，水生態(tài)文明建設(shè)仍面臨資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)惡化所帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，并且受自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展條件和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素影響，水生態(tài)問題表現(xiàn)為明顯的區(qū)域差異性[3]。

鑒于湖南省水生態(tài)文明建設(shè)現(xiàn)狀，開展和推進全省水生態(tài)文明建設(shè)必須解決的重要問題是經(jīng)濟社會要素和水資源環(huán)境要素的空間異質(zhì)性，即如何考慮各地區(qū)依托的區(qū)位優(yōu)勢和制約發(fā)展的因素，將水生態(tài)文明建設(shè)的總體目標和主要內(nèi)容因地制宜地分解到不同地區(qū)，并建立適宜不同地區(qū)的評價考核指標體系，以確保水生態(tài)文明建設(shè)取得實效[4]。

2 水生態(tài)文明評價指標體系構(gòu)建方法

為了克服水生態(tài)文明建設(shè)過程中的困難和問題，須對湖南省水生態(tài)文明建設(shè)進行分區(qū)管理，根據(jù)各地區(qū)水文水利條件、經(jīng)濟發(fā)展、社會狀態(tài)等因素的相似性和異質(zhì)性，可采用聚類分析法將水生態(tài)文明建設(shè)條件和水平相似的區(qū)域劃歸到同一分區(qū)。針對不同分區(qū)設(shè)定不同的水生態(tài)文明建設(shè)管理目標，采取不同的水生態(tài)建設(shè)管理政策和措施[5]。

2.1 指標構(gòu)建原則

近幾十年來，國內(nèi)外學者提出了大量關(guān)于指標選取的原則[6]。 V.Anderson[7]指出一個好的可持續(xù)發(fā)展指標應(yīng)具備可獲得、易理解、可測量、有意義、間隔短、可比較等條件。我國生態(tài)學者馬藝芳等[8]認為為了全面、客觀、科學地評價城市生態(tài)發(fā)展水平與狀況，在研究和構(gòu)建生態(tài)評價體系和選擇評價方法時，應(yīng)遵循科學性、目標性、可操作性、穩(wěn)定性和動態(tài)性相結(jié)合、可比性原則。

根據(jù)水生態(tài)文明建設(shè)的基本特點和指標體系構(gòu)建的目的，湖南省水生態(tài)文明評價指標體系庫構(gòu)建過程中遵循以下原則：

a.堅持人水和諧，科學發(fā)展。以水定需、量水而行、因水制宜，推動經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源和水環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)。

b.堅持保護為主，防治結(jié)合。

c.堅持統(tǒng)籌兼顧，合理安排，實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和高效利用。

d.堅持因地制宜，以點帶面。根據(jù)各地水資源稟賦、水環(huán)境條件和經(jīng)濟社會發(fā)展狀況，形成各具特色的水生態(tài)文明建設(shè)模式。

2.2 指標構(gòu)建方法

2.2.1 全省指標體系

隨著水生態(tài)文明建設(shè)實踐的深化，關(guān)于水生態(tài)文明評價指標體系的研究日益增多。山東省已出臺了水生態(tài)文明建設(shè)的地方標準?？傮w上，水生態(tài)文明評價指標體系構(gòu)建方法還處于探索階段。

本研究首先根據(jù)湖南省水生態(tài)文明建設(shè)現(xiàn)狀和建設(shè)目標，構(gòu)建具有湖南省特色的水生態(tài)文明建設(shè)八大體系，在八大體系內(nèi)根據(jù)專家咨詢和問卷調(diào)查法得到各體系內(nèi)的具體評價指標(共36項指標)，作為湖南省水生態(tài)文明評價指標體系庫。

2.2.2 全省水生態(tài)分區(qū)

受自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展條件和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素影響，生態(tài)環(huán)境問題表現(xiàn)為明顯的區(qū)域差異性，呈顯著的地帶性分布，并在地帶內(nèi)也存在顯著的差異。因此，有必要在進行水生態(tài)文明評價前對區(qū)域進行分區(qū)。本文采用聚類分析法并結(jié)合專家咨詢結(jié)果，對全省14個市州進行水生態(tài)分區(qū)。在各分區(qū)內(nèi)，根據(jù)本分區(qū)特點，從湖南省指標庫中選取與之相匹配的基礎(chǔ)指標。同時，各分區(qū)根據(jù)實際情況，增加特色評價指標。基礎(chǔ)指標和特色指標共同構(gòu)成同一分區(qū)內(nèi)的水生態(tài)文明評價指標體系。

2.2.3 指標標準化與權(quán)重確定

在水生態(tài)文明評價指標體系中，各個指標單位不一致，有的指標和水生態(tài)文明建設(shè)是正相關(guān)(指標值越大，生態(tài)文明建設(shè)得越好)，有的指標與生態(tài)文明建設(shè)呈負相關(guān)(指標值越小，生態(tài)文明建設(shè)得越好)，不具有可比性。因此需對各個指標進行標準化[9]，對與生態(tài)文明建設(shè)呈正相關(guān)的指標采用式(1)進行標準化：

(1)

對與生態(tài)文明建設(shè)呈負相關(guān)的指標采用式(2)進行標準化：

(2)

上二式中：Ci為指標層指標統(tǒng)計值或測算值；Si為指標層指標的評價目標值；Qi為第i項指標的標準值。Qi值大，表明該指標相對于目標值處于發(fā)展水平的較高階段；Qi值小，表明該指標相對于目標值處于發(fā)展水平的較低階段。

由于各個指標在評價體系中所占的比重各不相同，因此本文采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)[10]確定各個指標在評價體系中的最終權(quán)重。本文層次分析法目標層是指“湖南省水生態(tài)文明指標體系權(quán)重構(gòu)建”，準則層為指標體系中的 “八大體系”，指標層即36項具體指標。

根據(jù)水生態(tài)文明建設(shè)各個指標的標準化結(jié)果及其權(quán)重，采用加權(quán)求和法計算獲得水生態(tài)文明綜合評價得分，即水生態(tài)文明建設(shè)指數(shù)，計算公式為

(3)

式中：D為水生態(tài)文明建設(shè)指數(shù)(得分)；Wi為各項指標對應(yīng)的綜合權(quán)重，Qi為各項指標的現(xiàn)狀標準值。

同時，將分區(qū)特色評價指標作為加分項，每項滿分為2分，用(Qi/100)×2得到本項實際得分。

研究方法見圖1。

圖1 技術(shù)路線

3 湖南省水生態(tài)文明評價指標體系

3.1 全省水生態(tài)文明評價指標體系庫構(gòu)建

根據(jù)專家咨詢，統(tǒng)籌考量，確定湖南省水生態(tài)文明評價指標包括八大體系36項指標，具體見表1。

表1 湖南省水生態(tài)文明評價指標體系庫

續(xù)表

3.2 全省水生態(tài)分區(qū)結(jié)果

以湖南省14個市(州)作為案例，采用多年平均降水量、水資源開發(fā)利用系數(shù)、萬元GDP用水量、人均收入、人均用水量、平均海拔、水域面積比例等作為控制變量，采用離差平方和法(Ward’s method)進行聚類分析[11]，輸出結(jié)果見表2。

表2 聚類分析法樣本歸屬表

根據(jù)上述輸出結(jié)果結(jié)合專家咨詢法，最終將湖南省14個市(州)分為4個分區(qū)，具體如下：

第一分區(qū)：長沙、株洲、湘潭。

第二分區(qū)：衡陽、邵陽、郴州、永州、婁底。

第三分區(qū)：岳陽、常德、益陽。

第四分區(qū)：張家界、懷化、湘西。

本文以上述4個水生態(tài)分區(qū)為基礎(chǔ)，在每個分區(qū)建立與其相適應(yīng)的水生態(tài)文明評價指標體系。

3.3 分區(qū)內(nèi)評價指標權(quán)重分析

本文以第一分區(qū)的典型城市長沙市為例進行分析。在湖南省水生態(tài)文明評價指標體系庫中選取與第一分區(qū)相匹配的評價指標。選擇后的評價指標采用層次分析法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，然后構(gòu)建各層判斷矩陣，計算長沙市水生態(tài)文明評價指標體系中各指標的權(quán)重，結(jié)果見表3。根據(jù)現(xiàn)狀得分和權(quán)重綜合獲得長沙市水生態(tài)文明評價指標體系構(gòu)建計算結(jié)果，見表4。

表3 長沙市水生態(tài)文明評價指標權(quán)重計算結(jié)果

表4 長沙市水生態(tài)文明評價指標體系構(gòu)建計算結(jié)果

續(xù)表

4 小結(jié)和展望

4.1 小結(jié)

本文以湖南省為研究區(qū)，構(gòu)建了湖南省水生態(tài)文明評價指標體系庫，采用聚類分析法和專家咨詢法將湖南省劃分為4個水生態(tài)分區(qū)；在第一分區(qū)選取試點城市長沙市，建立長沙市水生態(tài)文明評價指標體系，通過調(diào)查各個指標的現(xiàn)狀值及目標值，計算各個指標的現(xiàn)狀得分；同時，對長沙市水生態(tài)文明評價指標采用層次分析法計算各指標權(quán)重，由權(quán)重及現(xiàn)狀得分，綜合得到試點城市水生態(tài)文明建設(shè)現(xiàn)狀。

分析典型城市長沙市水生態(tài)文明建設(shè)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)：其經(jīng)濟水平已處于湖南省前列，多項水生態(tài)治理與管理工作也在開展中，其中供水保證率、萬元工業(yè)增加值用水量、工業(yè)廢水排放達標率、骨干河湖管理達標率等工作完成較好，指標得分較高。長沙市水生態(tài)文明評價總得分較高，為93.3分。

但長沙仍存在較多水生態(tài)、水環(huán)境、水污染問題。評價得分較低項目有生態(tài)環(huán)境用水率、水土流失治理率、水文化保護工程建設(shè)數(shù)量以及水利科技項目獲獎情況等。因此，對于長沙市其今后重點評價對象應(yīng)是生態(tài)環(huán)境、污水排放管理、治污工作進展管理、地下水水質(zhì)以及水土流失治理工作等，而特色水生態(tài)文明評價指標應(yīng)關(guān)注節(jié)水工藝的推廣、水文化氛圍的營造和市民對水生態(tài)文明建設(shè)的滿意度等方面。

4.2 展望

根據(jù)本文研究的主要結(jié)論，初步展望湖南省水生態(tài)文明評價指標體系建設(shè)的主要工作內(nèi)容如下：

a.水生態(tài)文明評價應(yīng)是長期的動態(tài)過程，應(yīng)在各個時間節(jié)點計算其水生態(tài)文明建設(shè)指數(shù)，而后進行縱向比較，分析區(qū)域水生態(tài)文明建設(shè)情況隨時間的變化及原因。

b.今后評價工作中考慮指標體系的縱向延伸，建立市、縣、鄉(xiāng)、村級的水生態(tài)文明評價指標體系。

c.本次指標體系構(gòu)建中，指標數(shù)量較多，部分指標之間存在一定的相關(guān)性，今后的評價工作中，可根據(jù)各地實際適當減少指標數(shù)量并盡量克服指標之間的相關(guān)性，以更加簡潔、實用的指標來建立評價指標體系。