基于可拓物元分析法的水安全保障可靠度評價研究

黃顯峰 智冉 金國裕 方國華

摘?要：水安全建設(shè)事關(guān)糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全、國家安全。為科學(xué)評估水安全保障可靠度水平，構(gòu)建由5個一級評價指標(biāo)、26個二級評價指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系，由熵權(quán)法和專家賦權(quán)法耦合確定綜合權(quán)重，得到水安全保障可靠度可拓物元評價模型，并將其應(yīng)用于郯城縣水安全保障可靠度水平評價中，結(jié)果表明：郯城縣水安全保障綜合關(guān)聯(lián)度水平為良好，與實(shí)情吻合，水安全保障可靠度可拓物元評價模型豐富了水安全保障可靠度水平評價方法，具有一定可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：水安全保障;熵權(quán)法;指標(biāo)體系;可拓物元法;可靠度水平評價

中圖分類號：TV62?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.05.017

Abstract： Water security construction is related to food security， economic security， ecological security and national security. In order to scientifically evaluate the reliability level of water safety and security， the evaluation index system consisting of 5 first-level evaluation indicators and 26 second-level evaluation index was constructed， the comprehensive weight was determined by the coupling of entropy right method and expert empowerment method， the evaluation model of water safety and security reliability could be used and it was applied to the evaluation of water safety and security reliability level in Tancheng County. The results show that the evaluation model of water safety and security reliability can be used to enrich the evaluation method of water safety and security reliability level and has certain feasibility and effectiveness.

Key words： water security entropy; entropy right method; indicator system; can expand element method; reliability level evaluation

1?研究背景

水安全問題是由水和社會經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境及其他因素相互影響與制約引起的，加強(qiáng)水安全建設(shè)，事關(guān)糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全、國家安全[1]。我國是全球人均水資源最貧乏的國家之一，且水害頻發(fā)。從鯀禹治水的神話故事到都江堰、鄭國渠、靈渠、它山堰、京杭大運(yùn)河等水利工程的興修，都展現(xiàn)了中國古代勞動人民對水安全問題的認(rèn)識與探索。第一屆中國水安全論壇于2004年在北京召開，標(biāo)志著水安全問題的系統(tǒng)性研究向多角度、多學(xué)科、深層次發(fā)展;2005年，陳紹金[2]從評價、預(yù)警及調(diào)控三個方面對水安全展開了系統(tǒng)研究;2007年，陳鴻起等[3]建立了完整的防汛安全保障體系，并利用GIS構(gòu)造了洪澇災(zāi)害損失計算模型。新時代，為保障國家水安全，習(xí)近平總書記提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路。水安全問題系統(tǒng)性研究引起了我國政府及科研機(jī)構(gòu)的廣泛重視和關(guān)注。放眼國外，在2000年的斯德哥爾摩水討論會上，“水安全”一詞開始出現(xiàn)在國際視野中[4]。同年3月，聯(lián)合國《世界水資源開發(fā)報告》核心計劃提供了許多有價值的水安全研究內(nèi)容，同時在主題為“世界水展望”的第二屆世界水資源論壇上，提出了《全球水安全行動框架》[5]。此后，關(guān)于城市水安全保障的研究不斷豐富和深入。Olli Virpi Lahtela在2002年建立了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的水資源管理模型，對塞內(nèi)加爾流域進(jìn)行了實(shí)例研究[6]。綜合國內(nèi)外已有研究成果，關(guān)于單方面水安全問題及區(qū)域、流域水安全問題的研究較多，系統(tǒng)性水安全問題和城市水安全問題的研究較少。因此，筆者基于可拓物元分析法，以郯城縣為研究區(qū)，提出水安全保障可靠度評價模型，全面分析和客觀評價水安全狀況，以期為制定相關(guān)改善對策提供參考。

2?水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系的建立

2.1?指標(biāo)體系的建立

水安全保障體系涉及內(nèi)容廣泛，包括供水保障、節(jié)水保障、防洪減災(zāi)保護(hù)、水生態(tài)建設(shè)、水管理建設(shè)等，由于指標(biāo)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需要構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，宏觀地考慮各個方面的要求。根據(jù)我國水安全保障體系建設(shè)的實(shí)際情況，綜合分析其影響因素，遵循層次性與可比性相結(jié)合、定量與定性指標(biāo)相結(jié)合的原則，以水安全保障體系建設(shè)的內(nèi)涵與內(nèi)容為指導(dǎo)，構(gòu)建水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系，包括目標(biāo)層——水安全保障可靠度水平、準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)，用Bi（i=1，2，3，4，5）表示）、指標(biāo)層（二級指標(biāo)，用Cj（j=1，2，…，26）表示）。

2.2?組合權(quán)重法確定指標(biāo)權(quán)重

3?基于可拓物元分析的水安全保障可靠度評價

4?實(shí)例研究

將可拓物元分析法運(yùn)用到郯城縣水安全保障可靠度評價研究中，對郯城縣的水安全保障可靠度水平進(jìn)行評價分析。

4.1?山東省郯城縣水安全現(xiàn)狀

郯城縣境內(nèi)河流密布，有50條骨干河道，分為中運(yùn)河水系、沂河水系、沭河水系，統(tǒng)屬淮河流域。近年來郯城縣探索實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，規(guī)范水資源開發(fā)利用管理，建立了集中統(tǒng)一、高效權(quán)威、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌的現(xiàn)代水資源管理體制，全縣節(jié)水水平大幅度提升。防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)大幅度提升，防洪控制網(wǎng)絡(luò)基本形成，基本結(jié)束了過去大雨大災(zāi)、小雨小災(zāi)的落后局面。全縣11座小型水庫按照20～100 a一遇的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)完成除險加固。橫貫郯城縣南北的沂河、沭河及邳蒼分洪道等重點(diǎn)河流，已完成50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的治理任務(wù)?，F(xiàn)階段郯城縣污水處理廠入河排污口共有5個，年均污水排放量為1 158萬m3，污水處理能力4.0萬m3/d，年均污水處理量1 119萬m3。綠化覆蓋面積1 060 hm2，綠地面積916.96 hm2，人工造林面積2 610 hm2。但是，郯城縣供水現(xiàn)狀多為單一水源，供水保障能力不足，渠系建筑物建成年代已久，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低且老化、退化嚴(yán)重;水利管理精準(zhǔn)化、高效化、智能化，水利工程管理信息化，水情、墑情、工情等信息采集系統(tǒng)自動化水平不高，水利工程運(yùn)行調(diào)度不夠優(yōu)化[11-13]。

4.2?評價標(biāo)準(zhǔn)及郯城縣水安全保障現(xiàn)狀水平

為定性評價水安全可靠度水平，由《山東省水安全保障總體規(guī)劃》《臨沂市水安全保障總體規(guī)劃》中相關(guān)指標(biāo)的發(fā)展規(guī)劃值，結(jié)合郯城縣水安全現(xiàn)狀特征，確定評價標(biāo)準(zhǔn)的分級閾值，并通過專家打分的方式為定性指標(biāo)確定等級，各指標(biāo)對應(yīng)分值即為該指標(biāo)的現(xiàn)狀水平值。根據(jù)水安全保障可靠度水平評價指標(biāo)的經(jīng)典域，劃分定性指標(biāo)等級，見表1。

為推進(jìn)供水、節(jié)水、洪水、澇水、污水五水并治，全面保障城市水安全，要構(gòu)建堅實(shí)的供水網(wǎng)絡(luò)作為水安全保障的基礎(chǔ)支撐;要加快實(shí)現(xiàn)從粗放用水向集約節(jié)約用水轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化水資源水環(huán)境剛性約束;要強(qiáng)化水災(zāi)害防御，建立災(zāi)損可控的防洪減災(zāi)工程體系;要加強(qiáng)水生態(tài)保護(hù)，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，建設(shè)河湖健康發(fā)展新格局;要深化水管理體制改革，實(shí)現(xiàn)治水興水能力現(xiàn)代化[14-16]。由此，將郯城縣水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系細(xì)分為供水保障、節(jié)水保障、防洪減災(zāi)保護(hù)、水生態(tài)、水管理5個準(zhǔn)則。根據(jù)郯城縣水安全現(xiàn)狀數(shù)據(jù)資料，定性及定量指標(biāo)經(jīng)歸一化處理后，得到現(xiàn)狀水平標(biāo)準(zhǔn)值，其水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系及現(xiàn)狀水平值見表2。

4.3?郯城縣水安全保障可靠度評價

（1）指標(biāo)權(quán)重計算。各指標(biāo)的客觀權(quán)重由熵權(quán)法計算得到，主觀權(quán)重由專家賦權(quán)法確定，最后得到各指標(biāo)對應(yīng)于目標(biāo)層的綜合權(quán)重，計算結(jié)果見表2。

（2）確定經(jīng)典域和節(jié)域。確定經(jīng)典域R0j為[0.4，0.6）、[0.6，0.7）、[0.7，0.8）、[0.8，0.9）、[0.9，1.0]，j=1，2，…，5，節(jié)域Rp=[0.4，1.0]。

（3）關(guān)聯(lián)度計算。將各評價指標(biāo)的現(xiàn)狀值及各個指標(biāo)綜合權(quán)重輸入可拓物元評價MATLAB程序，各評價指標(biāo)關(guān)于各等級的關(guān)聯(lián)度及綜合關(guān)聯(lián)度評價結(jié)果見表3。

（4）評價結(jié)果分析。由評價結(jié)果（表3）可知，綜合關(guān)聯(lián)度為Kj=0.070 2，郯城縣水安全保障可靠度評價等級為良好。在郯城縣水安全保障可靠度單指標(biāo)評價中，供水保障有8個指標(biāo)，其中地下水開發(fā)利用率C1、應(yīng)急機(jī)井及配套工程覆蓋率C4、水資源調(diào)配工程網(wǎng)絡(luò)完備度C6三個指標(biāo)等級為中等，其余指標(biāo)均為良好。由此可見，郯城縣地下水利用體系有待完善，水資源調(diào)控能力有待提高，應(yīng)加快建設(shè)水資源調(diào)配工程網(wǎng)絡(luò)，以全面保障供水安全。節(jié)水保障6個指標(biāo)中，城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)漏損率C14為中等水平，其余指標(biāo)均達(dá)到良好水平。為保障全縣節(jié)水安全，應(yīng)加快推進(jìn)城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)更新改造，降低管網(wǎng)漏損率。防洪減災(zāi)保護(hù)4個指標(biāo)中，城市洪水調(diào)蓄能力C17等級為中等，其余指標(biāo)等級為良好、優(yōu)秀。為保障城市災(zāi)損可控，應(yīng)提高城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，提高全縣排澇能力。水生態(tài)4個指標(biāo)中，水景觀、水文化建設(shè)程度C22為中等水平，其余指標(biāo)等級均為良好。構(gòu)建和諧優(yōu)美的水生態(tài)環(huán)境，應(yīng)深入挖掘水利歷史文化內(nèi)涵，推動全縣水文化事業(yè)發(fā)展。水管理4個指標(biāo)中，水利信息化建設(shè)C26等級為中等，其余為良好、優(yōu)秀。為提升治水管水能力的現(xiàn)代化，應(yīng)加快構(gòu)建水利信息基礎(chǔ)感知體系，促進(jìn)水管理向智慧化發(fā)展[17-18]。綜合整個評價指標(biāo)體系的26個指標(biāo)，7個指標(biāo)處于中等水平，16個指標(biāo)處于良好水平，3個指標(biāo)處于優(yōu)秀水平，可以得出郯城縣水安全保障可靠度整體水平為良好。

由評價結(jié)果可針對性提出改善措施，重點(diǎn)加強(qiáng)水利信息化建設(shè)以及供水保障體系建設(shè)，尤其是水資源調(diào)配工程網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、飲水安全工程建設(shè)和應(yīng)急機(jī)井及配套工程建設(shè)。

5?結(jié)?語

通過構(gòu)建水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系，將可拓物元分析法運(yùn)用到水安全保障可靠度評價中，采用主、客觀權(quán)重相結(jié)合的方法得到各指標(biāo)的綜合權(quán)重，綜合考慮決策者個人偏好和客觀情況，使確定的權(quán)重更加科學(xué)合理，并將水安全保障可靠度評價模型應(yīng)用于郯城縣水安全保障可靠度評價中，評價結(jié)果與實(shí)際情況相符。

水安全保障可靠度可拓物元評價模型豐富了水安全保障可靠度水平評價方法，具有一定的可行性和有效性。模型評價指標(biāo)選取具有一定通用性，但是在具體應(yīng)用中，所構(gòu)建的水安全保障可靠度評價指標(biāo)體系應(yīng)充分考慮各地區(qū)水安全實(shí)際情況及特點(diǎn)，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和補(bǔ)充。

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【責(zé)任編輯?呂艷梅】