基于均衡度指標(biāo)的城鄉(xiāng)一體化供水安全短板要素定量研究

張榮賀

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

近些年來(lái)，隨著城鄉(xiāng)一體化的不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)供水措施已日趨完善[1]。但由于一些城鄉(xiāng)區(qū)域供水設(shè)施發(fā)展不平衡，水質(zhì)監(jiān)管能力不強(qiáng)，一些輸水管網(wǎng)升級(jí)改造較為遲緩，供水配套措施未能及時(shí)跟進(jìn)，使得一些區(qū)域城鄉(xiāng)供水安全產(chǎn)生隱患[2]。為此亟需要對(duì)城鄉(xiāng)供水的安全隱患進(jìn)行評(píng)估，并針對(duì)其短板要素進(jìn)行定量識(shí)別，從而提高區(qū)域城鄉(xiāng)供水的安全級(jí)別[3]。當(dāng)前，對(duì)于供水安全的研究成果主要集中在城市[4- 13]，對(duì)于城鄉(xiāng)供水安全尤其是對(duì)其短板要素甄別的研究還不多見(jiàn)。遼西(朝陽(yáng)市、阜新市)作為遼寧省的典型缺水區(qū)，城鄉(xiāng)供水矛盾十分突出，這些年通過(guò)輸水工程的建設(shè)，區(qū)域城鄉(xiāng)供水矛盾得到逐步緩解[14]。但其城鄉(xiāng)供水安全還存在一些問(wèn)題，亟待解決和提高[15- 16]。本文結(jié)合板要素理論，對(duì)遼西(朝陽(yáng)市、阜新市)城鄉(xiāng)缺水區(qū)不同供水安全指標(biāo)的均衡度進(jìn)行定量甄別，從而為區(qū)域城鄉(xiāng)供水安全級(jí)別具有重要的參考價(jià)值。

1 研究方法

1.1 城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)體系

結(jié)合城鄉(xiāng)供水的內(nèi)涵和主要特點(diǎn)，從水廠、供水水源、輸水管網(wǎng)以及供水保障四個(gè)方面構(gòu)建城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)體系，并根據(jù)遼西城鄉(xiāng)供水的發(fā)展現(xiàn)狀以及不同供水?dāng)?shù)據(jù)的收集情況，重點(diǎn)考慮指標(biāo)的系統(tǒng)科學(xué)性、代表性、可測(cè)定性進(jìn)行城鄉(xiāng)供水安全的綜合評(píng)估。構(gòu)建的遼西城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

表1 城鄉(xiāng)供水安全評(píng)估指標(biāo)體系

1.2 城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)分析

結(jié)合AHP分析方法對(duì)構(gòu)建的城鄉(xiāng)供水安全指標(biāo)體系各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分析，并對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化得到指標(biāo)體系的特征向量。對(duì)其特征向量進(jìn)行最大值進(jìn)行計(jì)算，方程為：

(1)

式中，(AWi)—特征向量AW的第i個(gè)元素。

在特征向量分析的基礎(chǔ)上，采用隨性檢驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行權(quán)重檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方程為：

CR=C1/R1

(2)

C1=(λmax-n)/(n-1)

(3)

式中，C1—特征向量的隨機(jī)檢驗(yàn)值；R1—特征向量權(quán)重隨機(jī)平均指標(biāo)，檢驗(yàn)數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 特征向量隨機(jī)性指標(biāo)檢驗(yàn)值

1.3 評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

結(jié)合等間分級(jí)方法對(duì)其進(jìn)行城鄉(xiāng)供水安全等級(jí)的劃分，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)等級(jí)，等級(jí)劃分結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 城鄉(xiāng)供水安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 供水安全短板要素分析

短板要素理論主要基于“木桶理論”，將整個(gè)系統(tǒng)看作是一個(gè)木桶，每個(gè)木桶的板塊可看作為各指標(biāo)要素，木桶最短板塊有木桶的蓄水量決定，每個(gè)要素的最低值決定整個(gè)系統(tǒng)的效率。將遼西地區(qū)供水安全的評(píng)估指標(biāo)體系看成為一個(gè)木桶，區(qū)域供水安全中的供水水源、供水水廠、輸水管網(wǎng)以及供水保障各子系統(tǒng)組成整個(gè)木桶的四個(gè)板塊。各木桶蓄水量由各子系統(tǒng)的短板要素所影響，因此要加大木桶所能承擔(dān)的蓄水量，就要尋找木桶中的最短板，對(duì)各短板進(jìn)行補(bǔ)齊。為對(duì)遼西地區(qū)供水安全的短板進(jìn)行甄別，對(duì)其供水安全的短板進(jìn)行補(bǔ)齊，提高供水安全的等級(jí)，通過(guò)對(duì)供水安全的不同指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化差異分析，從而對(duì)其供水安全的演變方向進(jìn)行判定。采用均衡度D對(duì)其各短板要素進(jìn)行分析，方程為：

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 遼西地區(qū)城鄉(xiāng)供水現(xiàn)狀

2008年遼寧省政府開(kāi)始實(shí)施遼西北供水工程規(guī)劃，隨著遼西城鄉(xiāng)供水工程的逐步規(guī)劃實(shí)施，遼西地區(qū)城鎮(zhèn)供水矛盾得到極大程度的緩解，但由于遼西屬于遼寧省資源型缺水區(qū)域，因此城市供水仍然得不到有效滿足，城鄉(xiāng)供水問(wèn)題依舊是遼西城市發(fā)展的主要影響因素，目前遼西兩市(阜新和朝陽(yáng))供水水源有20處，其中市政水源年均可供水為5642m3，自備水源年均可供水量為4000m3，綜合漏損率達(dá)到15%，按用水類(lèi)型劃分，城鄉(xiāng)居民生活和工業(yè)用水占總用水量的80%以上，總體用水水平程度較低。遼西地區(qū)建設(shè)有供水水廠5座，供水能力為42萬(wàn)m3/d，輸水管網(wǎng)已基本覆蓋阜新和朝陽(yáng)市、縣行政區(qū)。

2.2 城鄉(xiāng)供水安全等級(jí)評(píng)估

2.2.1權(quán)重設(shè)置

通過(guò)朝陽(yáng)市和阜新市2010—2017年水資源公報(bào)數(shù)據(jù)、供水水廠建設(shè)和規(guī)劃數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)供水輸水管網(wǎng)建設(shè)和規(guī)劃數(shù)據(jù)以及采取的相應(yīng)供水保障措施方案，對(duì)兩市城鄉(xiāng)一體化供水安全評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，見(jiàn)表4—5。

表4 朝陽(yáng)市城鄉(xiāng)一體化供水安全評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

城鄉(xiāng)一體化供水安全事關(guān)供水水源、供水水廠、輸水管網(wǎng)以及供水保障措施四個(gè)子系統(tǒng)，任何一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)隱患產(chǎn)生相應(yīng)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)區(qū)域城鄉(xiāng)

表5 阜新市城鄉(xiāng)一體化供水安全評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

一體化供水安全產(chǎn)生影響，因此在對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行設(shè)定時(shí)，對(duì)區(qū)域水資源、供水規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。遼西地區(qū)，由于資源型缺水，對(duì)城鄉(xiāng)供水安全影響權(quán)重較大，朝陽(yáng)地區(qū)水資源人均值占據(jù)權(quán)重值最大，污水處理率的權(quán)重值最低，這主要是因?yàn)槌?yáng)市污水處理從2013年開(kāi)始規(guī)劃，2020年才逐步對(duì)污水進(jìn)行處理，但是污水處理后很難用于城鄉(xiāng)居民生活用水，大都只能用于工業(yè)用水，而城鄉(xiāng)居民生活用水是其供水主要用戶，因此污水處理率權(quán)重設(shè)置相對(duì)較低，在阜新市，其降水量年均值權(quán)重較大，是城鄉(xiāng)供水安全最大影響指標(biāo)，和朝陽(yáng)市具有相似性，污水處理率的權(quán)重值較低，考慮到各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重有動(dòng)態(tài)變化性，在以后的分析中還需要對(duì)各項(xiàng)權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。

2.2.2綜合安全評(píng)估

在各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重設(shè)置的基礎(chǔ)上，不同指標(biāo)權(quán)重與各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相乘得到不同指標(biāo)的賦權(quán)，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)得到各年份遼西地區(qū)呈現(xiàn)一體化安全綜合評(píng)估指數(shù)，見(jiàn)表6。

表6 遼西地區(qū)城鄉(xiāng)一體化供水安全綜合評(píng)估結(jié)果

結(jié)合表3城鄉(xiāng)一體化供水安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可看出，2010年遼西的朝陽(yáng)和阜新市供水狀態(tài)較不安全，但經(jīng)過(guò)近些年加大遼西供水工程的建設(shè)，供水體系逐年得到完善，且由于行業(yè)監(jiān)管力度的加大，2015年以后，朝陽(yáng)市和阜新市的城鄉(xiāng)供水安全綜合評(píng)估指數(shù)逐年提升，并已逐步達(dá)到安全狀態(tài)，而2016年供水安全綜合評(píng)估指數(shù)有所減小，主要是因?yàn)槌青l(xiāng)一體化供水安全準(zhǔn)則層中的供水水源、以及備用水源地的覆蓋率未能達(dá)到最佳值，使得其供水安全綜合評(píng)估指數(shù)有所減小。

2.3 城鄉(xiāng)一體化供水安全指標(biāo)均衡度分析

在供水安全綜合評(píng)估的基礎(chǔ)上，結(jié)合均衡度分析對(duì)遼西地區(qū)城鄉(xiāng)供水安全各評(píng)估指標(biāo)的均衡度進(jìn)行定量分析，見(jiàn)表7—8。

表7 朝陽(yáng)市供水安全均衡度分析結(jié)果

表8 阜新市供水安全均衡度分析結(jié)果

均衡度是評(píng)價(jià)城鄉(xiāng)一體化供水安全各項(xiàng)指標(biāo)均衡發(fā)展的重要定量方法，從朝陽(yáng)市2010—2018年各年份不同指標(biāo)的均衡度分析結(jié)果可看出，朝陽(yáng)市的年降水量、水資源人均占比、以及飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率隨機(jī)變化較大。供水水源各項(xiàng)年均衡度無(wú)明顯規(guī)律性變化，供水水廠子系統(tǒng)從均衡度角度看，呈現(xiàn)逐年遞增的變化，供水管網(wǎng)由于這些年朝陽(yáng)市較大輸水管線的建設(shè)力度，因此其各項(xiàng)指標(biāo)的均衡度也有所增加。從阜新市城鄉(xiāng)一體化供水安全均衡度分析結(jié)果可看出，阜新地區(qū)供水水源的各項(xiàng)指標(biāo)的均衡度和朝陽(yáng)地區(qū)相似，這主要是因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)域均屬于資源型缺水地區(qū)，因此其供水水源的各項(xiàng)指標(biāo)均衡度變化隨機(jī)度較大，沒(méi)有明顯變化的規(guī)律性。從阜新市供水水廠各指標(biāo)均衡度均呈現(xiàn)明顯增加，這主要是因?yàn)閺?015年開(kāi)始阜新地區(qū)通過(guò)遼西輸水工程建設(shè)，使得其供水水廠的出水量得到明顯提升，并增加了供水管網(wǎng)的覆蓋密度，從表中可看出這兩項(xiàng)指標(biāo)的年遞增變化較為明顯。阜新市備用水源覆蓋率在2015、2016年達(dá)到最佳值，2017、2018年由于備用水源工程的改造，使得其覆蓋率的均衡度有所減小。

2.4 城鄉(xiāng)一體化供水安全短板要素甄別結(jié)果

在城鄉(xiāng)一體化供水安全各項(xiàng)指標(biāo)均衡度分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合短板要素分析理論，對(duì)各年份遼西兩市城鄉(xiāng)一體化供水安全的短板要素進(jìn)行甄別，見(jiàn)表9—10。

表9 朝陽(yáng)市供水安全短板要素甄別結(jié)果

表10 阜新市供水安全短板要素甄別結(jié)果

D值在0～1之間，D值越小表示最長(zhǎng)桶片和目標(biāo)桶片之間的差異度越低，均衡度在0～0.3之間表示對(duì)應(yīng)優(yōu)勢(shì)要素，均衡度在0.3～0.6之間表示對(duì)應(yīng)的限值要素；均衡度在0.6～1.0之間表示對(duì)應(yīng)的短板要素。從分析結(jié)果可看出，各年份短板要素?zé)o明顯變化規(guī)律，對(duì)于遼西地區(qū)城鄉(xiāng)一體化供水安全而言，年降水量是其主要的短板要素，而這一短板要素是人為不能改變的，其次為供水覆蓋度，由于早期遼西地區(qū)供水管網(wǎng)建設(shè)完善程度不高，使得其成為一個(gè)短板要素，這些年通過(guò)遼西輸水工程建設(shè)的完善，這一短板要素逐步被完善和提高。而由于遼西地區(qū)總體GDP發(fā)展水平不如發(fā)達(dá)城市，因此其工業(yè)化發(fā)展程度總體不高，因此萬(wàn)元GDP供水量需求較少，成為遼西地區(qū)城鄉(xiāng)一體化供水安全的優(yōu)勢(shì)要素。

2.5 遼西城鄉(xiāng)一體化供水安全發(fā)展?fàn)顟B(tài)原因剖析

2.5.1供水水源子系統(tǒng)

在供水水源各項(xiàng)指標(biāo)中由于存在較大的隨機(jī)性，因此并未出現(xiàn)由壞轉(zhuǎn)好的轉(zhuǎn)變，雖然個(gè)別年份供水水源成為優(yōu)勢(shì)要素，但總體依舊為主要的短板要素，因此對(duì)于城鄉(xiāng)一體化而言，四個(gè)安全系統(tǒng)中有一個(gè)系統(tǒng)為優(yōu)勢(shì)要素并不能保障其城鄉(xiāng)供水安全，2015年遼西兩市有3～4個(gè)指標(biāo)為短板要素，但由于其他指標(biāo)發(fā)展均衡度較高，存在明顯優(yōu)勢(shì)，使得其供水安全評(píng)估較為安全。

2.5.2供水水廠系統(tǒng)

由于遼西輸水工程從2015年逐步建設(shè)，遼西地區(qū)5座大型水廠的供水能力逐年提升，從短板的橫向指標(biāo)分析，從統(tǒng)計(jì)的各年份中，僅2016年為優(yōu)勢(shì)要素，供水水廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)率在2013—2016年出現(xiàn)短板要素，從水質(zhì)分析原始數(shù)據(jù)看，由于加大了供水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率嚴(yán)控管理，從2017年開(kāi)始遼西供水水廠水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)的42項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)率均在96%，供水水質(zhì)和水量都呈現(xiàn)較大提升，逐步成為優(yōu)勢(shì)要素。

2.5.3輸水管網(wǎng)子系統(tǒng)

輸水管網(wǎng)覆蓋率指標(biāo)在遼西地區(qū)早期為主要的短板要素，根據(jù)區(qū)域供水工程規(guī)劃數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2010—2011年其供水管網(wǎng)的覆蓋度低于60%，尤其是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域覆蓋度總體不高，成為短板要素， 從2012年開(kāi)始，朝陽(yáng)和阜新市加大供水管網(wǎng)的改造和建設(shè)力度，供水管網(wǎng)的覆蓋度明顯提升，逐步成為限值和優(yōu)勢(shì)要素，隨著供水管網(wǎng)覆蓋度的增加，供水管網(wǎng)密度也在逐年遞增，遼西的朝陽(yáng)市和阜新市從2012年開(kāi)始，城鄉(xiāng)供水管網(wǎng)密度年遞增率為10.65km/km2，為其城鄉(xiāng)一體化供水安全提供了重要的保障。

2.5.4保障措施系統(tǒng)

污水處理率以及萬(wàn)元GDP用水量?jī)身?xiàng)指標(biāo)在供水保障系統(tǒng)中發(fā)展較為同步，遼西地區(qū)由于從2013年開(kāi)始建設(shè)污水處理廠，污水處理率逐年提高，現(xiàn)在朝陽(yáng)市和阜新市污水處理率已從20%提升到75%，而萬(wàn)元GDP用水量隨著城鄉(xiāng)一體化發(fā)展，也逐年提升，隨著當(dāng)前水資源監(jiān)管力度的逐年加強(qiáng)，水資源優(yōu)化合理配置工作也正在有條不紊的開(kāi)展中，使得這兩項(xiàng)指標(biāo)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)契合度提高。備用水源覆蓋率從限值要素逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)要素，遼西供水安全保障體系得到進(jìn)一步完善。

3 結(jié)論

(1)遼西由于資源型缺水，其供水水源中的年降水量以及人均水資源量依舊是城鄉(xiāng)一體化供水安全的最短板要素，由于這兩個(gè)指標(biāo)隨機(jī)性較大，人為影響度較小，此外，污水處理率雖有所提高，但也是遼西供水安全的第三短板要素，其他指標(biāo)從遼西輸水工程建設(shè)后均從短板逐步向優(yōu)勢(shì)要素發(fā)展；

(2)遼西兩市從2015年開(kāi)始城鄉(xiāng)一體化供水安全總體處于較安全狀態(tài)，但是隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，依舊需要對(duì)農(nóng)業(yè)和工業(yè)廢水排放進(jìn)行嚴(yán)格把控，加大老舊輸水管網(wǎng)的改造力度，對(duì)用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，加大污水處理率，進(jìn)一步提升城鄉(xiāng)一體化供水安全的等級(jí)。

經(jīng)濟(jì)要素指標(biāo)對(duì)區(qū)域供水安全也產(chǎn)生影響，在以后的研究中，對(duì)于城鄉(xiāng)供水安全還需要重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)其影響程度。