基于綜合指數(shù)法的城市水安全評(píng)價(jià)

周 雙 何懷光 李 娜

(湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

20世紀(jì)70年代，水安全問題開始受到關(guān)注。90年代以來，世界水資源論壇等[1]呼吁關(guān)注水資源保護(hù)和管理、水與可持續(xù)發(fā)展，水安全問題逐漸成為研究熱點(diǎn)。“水安全”一詞來源于可持續(xù)發(fā)展理論、“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”理論、資源環(huán)境承載力原理、危機(jī)管理理論等[2-3]，體現(xiàn)的是人口、經(jīng)濟(jì)、自然、社會(huì)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系。城市水安全體現(xiàn)的是城市涉水綜合系統(tǒng)的健康或可持續(xù)狀態(tài)。

水安全評(píng)價(jià)研究是“水安全”問題研究的熱點(diǎn)，其中水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建最為關(guān)鍵[4-5]。目前，水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多基于水貧困指數(shù)[6](資源、途徑、利用、能力、環(huán)境)和DPSIR概念模型[7](驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng))確定。也有部分學(xué)者進(jìn)行了創(chuàng)新，如史正濤等[8]將水安全分為水安全支持子系統(tǒng)、水安全協(xié)調(diào)子系統(tǒng)、防洪子系統(tǒng)；邵東國(guó)等[9]從城市重要性、防洪安全、供水安全、水環(huán)境安全等維度建立了水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；張蕾等[10]從資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境4個(gè)方面構(gòu)建了南京市水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。但隨著城市發(fā)展變化，這些指標(biāo)體系研究存在指標(biāo)體系冗雜、指標(biāo)不全或代表性不夠等問題，影響了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性?；诖?，本文將綜合考慮水安全概念內(nèi)涵、當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)、民眾關(guān)注焦點(diǎn)及國(guó)內(nèi)水安全相關(guān)規(guī)劃，從城市涉水綜合系統(tǒng)中梳理、篩選出最能表征城市水安全狀況的指標(biāo)，并采用綜合指數(shù)法開展城市水安全評(píng)價(jià)，為城市水安全管理提供參考。

1 城市水安全評(píng)價(jià)方法

基于綜合指數(shù)法的城市水安全評(píng)價(jià)基本思路為：首先選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)征求專家意見確定不同層次的指標(biāo)權(quán)重和分級(jí)閾值，再利用指數(shù)型函數(shù)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化，最后根據(jù)水安全指數(shù)模型計(jì)算地區(qū)水安全指數(shù)，同時(shí)確定水安全指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水安全的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行直觀判斷。

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重確定

城市水安全指標(biāo)體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層即區(qū)域城市水安全；結(jié)合水安全概念內(nèi)涵，參考國(guó)內(nèi)水安全相關(guān)規(guī)劃，聚焦水災(zāi)害規(guī)避、水源供給保障、水資源高效利用、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水監(jiān)管服務(wù)等影響城市水安全的核心要素，將城市水安全分為防洪安全、飲水安全、用水安全、河湖生態(tài)安全、涉水事務(wù)監(jiān)管安全5個(gè)準(zhǔn)則層，利用頻度統(tǒng)計(jì)、理論分析、專家咨詢等方法，將準(zhǔn)則層進(jìn)一步細(xì)化為31項(xiàng)具體指標(biāo)，其中正向指標(biāo)25項(xiàng)，反向指標(biāo)6項(xiàng)；指標(biāo)層具體包括防洪安全指標(biāo)5項(xiàng)，飲水安全指標(biāo)6項(xiàng)，用水安全指標(biāo)7項(xiàng)，河湖生態(tài)安全指標(biāo)7項(xiàng)，涉水事務(wù)監(jiān)管安全指標(biāo)6項(xiàng)。

指標(biāo)權(quán)重指單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，是反映各指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中地位的重要系數(shù)。目前，確定指標(biāo)權(quán)重的常見方法有德爾菲法(專家打分法)、熵值法、因子分析法、層次分析法(AHP)等。由于本研究評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量較多，且指標(biāo)大多貼近涉水管理實(shí)際情況，權(quán)重賦值需要在有經(jīng)驗(yàn)的專家指導(dǎo)下進(jìn)行，因此本文選取德爾菲法(專家打分法)確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，分析提出對(duì)于指標(biāo)權(quán)重的初步意見，并征求相關(guān)專家意見最終確定指標(biāo)權(quán)重。城市水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 城市水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

續(xù)表

1.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化及閾值確定

為消除指標(biāo)不同量綱對(duì)指數(shù)計(jì)算的影響，須對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理(即指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化)。指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的常用方法為直線型功效系數(shù)法，即將指標(biāo)數(shù)值變化和指標(biāo)評(píng)價(jià)值的關(guān)系作直線關(guān)系處理。但實(shí)際上指標(biāo)數(shù)值變化對(duì)城市水安全影響的規(guī)律并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是存在與邊際效益遞減原理相似的特點(diǎn)。因此，本研究借鑒邊際效益遞減原理，對(duì)兩者關(guān)系作出更為客觀與符合實(shí)際的處理，即采用指數(shù)型功效函數(shù)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便更好地反映客觀實(shí)際，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式：

Im=e-f(x)

(1)

對(duì)于正向指標(biāo)：

(2)

對(duì)于逆向指標(biāo)：

(3)

本研究指標(biāo)閾值分為上限值、下限值和控制值。絕大部分指標(biāo)設(shè)置上限值和下限值，對(duì)于正向指標(biāo)，指標(biāo)值越大越好，反向指標(biāo)反之。對(duì)于萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、灌溉水有效利用系數(shù)指標(biāo)則只設(shè)置相對(duì)控制值，其中萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量測(cè)算值低于控制值為優(yōu)，灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算值高于控制值為優(yōu)。參考國(guó)際、國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)家或地區(qū)相關(guān)規(guī)劃，并咨詢相關(guān)專家，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)閾值(見表1)。根據(jù)指標(biāo)上限值和下限值，利用式(1)～式(3)，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。

1.3 水安全指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水安全綜合指數(shù)由防洪安全、飲水安全、用水安全、河湖生態(tài)安全、涉水事務(wù)監(jiān)管安全5個(gè)分指數(shù)組成。首先對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重和無量綱數(shù)值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得出各分指數(shù)，然后將分指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和得出水安全綜合指數(shù)，具體公式為

(4)

(5)

式中：WSI為區(qū)域水安全指數(shù)；Wi和Wj分別為單個(gè)指標(biāo)權(quán)重及WSI分指數(shù)Xi的權(quán)重；Xi為防洪、飲水、用水、河湖生態(tài)、涉水事務(wù)監(jiān)管各項(xiàng)分指數(shù)。

參考省內(nèi)外相關(guān)研究成果，提出水安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將指標(biāo)得分按0～1分為5個(gè)等級(jí)。水安全綜合指數(shù)和分指數(shù)評(píng)分值大于0.8的為“安全”；在0.7～0.8(含)之間的為“較安全”；在0.6～0.7(含)之間的為“基本安全”；在0.4～0.6(含)之間的為“較不安全”；小于等于0.4的為“不安全”。城市水安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 城市水安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 城市水安全評(píng)價(jià)實(shí)例

2.1 研究區(qū)概況

邵陽(yáng)市位于湘中偏西南、資江上游，屬于衡邵干旱走廊湘資分水嶺核心地帶?？偯娣e20824km2，下轄3個(gè)市轄區(qū)、6個(gè)縣、1個(gè)自治縣，代管2個(gè)縣級(jí)市。全市分屬湘江、資水、沅江和柳江流域，其中資水流域面積占全市總面積的70.8%。2019年常住人口730.24萬，地區(qū)生產(chǎn)總值2152.48億元。全市多年平均地表水資源量為160.60億m3，2019年降水量為1566.5mm，重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為94.12%，污水處理率為94.64%。

2.2 實(shí)例計(jì)算

本研究采用2019年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要來源《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省水利統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省水資源公報(bào)》《邵陽(yáng)市水資源公報(bào)》《湖南省水安全戰(zhàn)略規(guī)劃(2020—2035年)》以及水利、生態(tài)環(huán)境等部門的基礎(chǔ)資料。運(yùn)用所建立的指標(biāo)體系和水安全指數(shù)模型，對(duì)2019年邵陽(yáng)市水安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值和式(4)、式(5)進(jìn)行計(jì)算。邵陽(yáng)市水安全評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 邵陽(yáng)市水安全評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2019年邵陽(yáng)市水安全綜合指數(shù)為0.6562，處于“基本安全”狀態(tài)，反映出全市水安全形勢(shì)不太樂觀，特別是用水安全、飲水安全和涉水事務(wù)監(jiān)管安全方面還存在一定的短板。具體分析如下：

a.防洪安全分指數(shù)為0.7004，處于“較安全”狀態(tài)。該指數(shù)在各分指數(shù)中排名靠前，主要是由于堤防達(dá)標(biāo)率(0.8374)、山洪溝達(dá)標(biāo)治理率(0.7873)指標(biāo)表現(xiàn)較好，主要短板是水庫(kù)病險(xiǎn)率(0.5232)，原因?yàn)槿行⌒退畮?kù)數(shù)量眾多，建設(shè)時(shí)間較早、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，水庫(kù)運(yùn)行存在較大安全隱患，急需加強(qiáng)病險(xiǎn)水庫(kù)綜合治理，增強(qiáng)水庫(kù)抵御各類自然災(zāi)害的能力。

b.飲水安全分指數(shù)為0.6304，處于“基本安全”狀態(tài)。其中供水安全系數(shù)(0.4220)、城市管網(wǎng)漏損率(0.2942)和規(guī)?；こ谭?wù)人口比例(0.2886)得分較低，原因是隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，飲水需求不斷增大，而相應(yīng)的供水工程及配套管網(wǎng)未及時(shí)跟進(jìn)，導(dǎo)致供水能力相對(duì)不足，此外，城市管網(wǎng)明顯老化、漏損問題突出。建議加快推進(jìn)規(guī)?；┧こ探ㄔO(shè)，加強(qiáng)供水管網(wǎng)維護(hù)，增強(qiáng)城市供水保障能力。

c.用水安全分指數(shù)為0.6043，處于“基本安全”狀態(tài)。其中萬元GDP用水量(0.5100)、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)(0.4957)、大中型灌區(qū)骨干工程完好率(0.4639)、工業(yè)用水重復(fù)利用率(0.3872)等得分較低，反映出全市農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水效率水平較低，節(jié)水意識(shí)相對(duì)較弱，節(jié)水措施不夠完善，需加強(qiáng)各行業(yè)節(jié)水力度，提升全市整體用水效率。

d.河湖生態(tài)安全分指數(shù)為0.7163，處于“較安全”狀態(tài)。在各項(xiàng)分指數(shù)中表現(xiàn)較優(yōu)，表明全市較為重視河湖生態(tài)保護(hù)和治理，且取得了初步成效。各項(xiàng)指標(biāo)中，河湖水域空間保有率(0.5239)得分較低，下一步需嚴(yán)格落實(shí)河湖管控要求，加強(qiáng)水域岸線保護(hù)，提升河湖生態(tài)安全水平。

e.涉水事務(wù)監(jiān)管安全分指數(shù)為0.6019，處于“基本安全”狀態(tài)。其中水利投資占財(cái)政投入比例(0.0976)得分最低，表明當(dāng)?shù)刎?cái)政對(duì)水利建設(shè)重視程度不夠；水利人才結(jié)構(gòu)達(dá)標(biāo)率(0.4826)、重要水管理事項(xiàng)有效實(shí)施率(0.5107)等指標(biāo)表現(xiàn)也較差，反映出部分縣(區(qū))人員老化現(xiàn)象突出、專業(yè)性人才緊缺，監(jiān)管能力相對(duì)薄弱。需進(jìn)一步加大財(cái)政資金投入力度，加強(qiáng)人才引進(jìn)和培養(yǎng)，提升基層監(jiān)管能力和水平。

邵陽(yáng)市地處湖南省西南部，屬于衡邵干旱走廊地區(qū)，水資源相對(duì)緊缺，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，水資源監(jiān)管能力相對(duì)薄弱，評(píng)價(jià)結(jié)果“基本安全”狀態(tài)與實(shí)際情況基本相符。

3 結(jié) 語

本文基于水安全概念及內(nèi)涵，聚焦影響城市水安全的核心要素，建立了包括防洪安全、飲水安全、用水安全、河湖生態(tài)安全、涉水事務(wù)監(jiān)管安全的城市水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以邵陽(yáng)市為例進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。結(jié)果表明，邵陽(yáng)市水安全處于“基本安全”狀態(tài)，其中飲水安全、用水安全和涉水事務(wù)監(jiān)管安全方面短板突出，需加強(qiáng)病險(xiǎn)水庫(kù)治理、推進(jìn)規(guī)?；┧こ探ㄔO(shè)、加強(qiáng)各行業(yè)節(jié)水力度、強(qiáng)化資金和人才保障等；該指標(biāo)體系能有效反映城市管理現(xiàn)狀，且與已有指標(biāo)體系相比，指標(biāo)代表性和有效性顯著增強(qiáng)，其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符。

但該研究也存在一定問題：權(quán)重設(shè)計(jì)采用德爾菲法，存在一定主觀性；實(shí)證研究缺乏多年數(shù)據(jù)支撐，結(jié)果預(yù)警性不足。后續(xù)可結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，利用歷史數(shù)據(jù)開展水安全趨勢(shì)分析和預(yù)判，提高模型應(yīng)用價(jià)值。