河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化動態(tài)評價

陳光宇 高天宇

（1.河北省水務中心引黃工程事務中心，河北 石家莊 050011；2.河北供水公司邢臺管理處威縣所，河北 邢臺 054000）

我國是一個水資源嚴重短缺且分布不均的國家，黃淮海地區(qū)人均、地均水量很低，水資源供需矛盾十分突出。據(jù)統(tǒng)計，我國669 座城市中有400 座供水不足，110 座嚴重缺水（因香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)、臺灣省資料暫缺，本文未列入），水資源已成為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展中的稀缺資源和重要制約因素之一。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，通過跨地區(qū)、跨流域的大型調(diào)水工程來優(yōu)化水資源配置，促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展已成為必然趨勢。南水北調(diào)工程于1952 年提出，工程規(guī)劃的東、中、西線干線總長度達4350km，規(guī)劃區(qū)涉及人口4.38 億，調(diào)水規(guī)模448.0 億m3。南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫調(diào)水，輸水干渠總長1277km，地跨河南、河北、北京、天津4 ?。ㄖ陛犑校??？缌饔蛘{(diào)水已成為優(yōu)化水資源配置的重要工程手段[1-2]。

河北省南水北調(diào)配套工程是南水北調(diào)中線工程的重要組成部分（見圖1），其輸水工程總長2056km，包括石津、廊涿、保滄、邢清4 條大型輸水干渠，其中石津干渠現(xiàn)為明渠輸水，其他均為新建管涵輸水，涉及邯鄲、邢臺、石家莊、保定、廊坊、衡水、滄州7個行政區(qū)和雄安新區(qū)、定州和辛集兩個直管市共138個供水目標，年供水量30.4 億m3（2019 年）。

圖1 河北省南水北調(diào)配套工程示意圖

近年來，通過積極進行水利現(xiàn)代化的探索與實踐，人們對水利工程與生態(tài)環(huán)境關系的認識更加深刻，逐漸形成了現(xiàn)代水利理論，發(fā)生了如下轉(zhuǎn)變：一是水利工程的優(yōu)化目標由“技術經(jīng)濟優(yōu)先”向社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益統(tǒng)籌兼顧轉(zhuǎn)變；二是水利工程的運行方式由單純輸水向統(tǒng)籌考慮保護生態(tài)系統(tǒng)、改善水質(zhì)及高效利用雨洪資源轉(zhuǎn)變；三是興建水利工程的主要目的由漕運和農(nóng)業(yè)灌溉向城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、維持生態(tài)平衡用水轉(zhuǎn)變。黨的十八大以來，明確提出了“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，加快轉(zhuǎn)變治水思路和方式，不斷提高國家水安全保障能力，以水資源的可持續(xù)利用促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變的新治水理念已經(jīng)形成。。

河北省南水北調(diào)配套工程是生態(tài)建設和基礎民生工程，對增加河北省水資源補給、促進受水區(qū)節(jié)水治污、抑制地下水超采、促進水生態(tài)環(huán)境修復及國民經(jīng)濟發(fā)展等具有重要意義，構建科學合理的現(xiàn)代化綜合評價體系十分必要[3-5]。

1 評價方法

本文構建了河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化多指標評價模型，采用蔡文[6]創(chuàng)立的物元分析理論之關聯(lián)函數(shù)進行評價，并結合改進的層次分析法（AHP）確定指標權重。

1.1 數(shù)學模型[6]

1.1.1 物元概念

結合物元三要素，給定事物N，其n個特征C1，C2，…，Cn及相應量值v1，v2，…，vn，可用n維物元R={N，C，v}的有序三元組和分物元Ri（i=1，2，…，n）表示：

1.1.2 經(jīng)典域

經(jīng)典域Rj可由下式表示：

式中：Nj為所劃分的j個評價類別；Ci為評價類別Nj對應的評價指標（特征）；Xji=〈aji，bji〉（i=1，2，…，n）為評價指標Ci所對應的量值范圍，即類別Nj關于對應的評價指標Ci所取的數(shù)值范圍稱為經(jīng)典域Rj。

1.1.3 節(jié)域

如果N表示評價等級的全體，XN1，XN2，…，XNn分別表示事物N關于指標C1，C2，…，Cn的取值范圍，則節(jié)域為

1.1.4 待評物元

對于待評事物，所有監(jiān)測所得數(shù)據(jù)或分析結果用物元表示為

式中：P0為待評事物；v1，v2，…，vn分別為待評事物P0對應指標C1，C2，…，Cn的量值，即待評事物相對各指標的具體數(shù)據(jù)。

1.1.5 待評事物諸指標關于各等級的關聯(lián)度

其中

式中：ρ（vi，Xji）、ρ（vi，XNi）分別為點與區(qū)間的左右側距。

最終采用改進的層次分析法（AHP）確定出的各個特征指標C1，C2，…，Cn對應的權系數(shù)λ1，λ2，…，λn，來計算待評事物屬于評價等級Nj的程度：

1.2 賦權方法

目前確定指標屬性權重的方法大致分三類，即主觀賦權法（如層次分析法AHP、網(wǎng)絡分析法ANP、決策與實驗室方法DEMATEL）、客觀賦權法（如變異系數(shù)法COV、復相關系數(shù)法MCC、CRITIC 方法、熵權法EWM、反熵權法Anti-EWM、主成分分析法PCA、因子分析權數(shù)法FAM）和主客觀賦權法（亦稱組合賦權法）[7]?？陀^賦權法在我國研究較晚，尚不完善，目前多采用改進的AHP 法。

參照表1 確定式（7）中判斷矩陣A的元素aij=ωi/ωj，且滿足一致性條件式（8）及最大特征值（n為判斷矩陣A的階數(shù)），判斷矩陣A的特征向量按歸一化處理得到權重向量=「ω1，ω2，…，ωn」T，一致性指標Ci=（λmax-n）/（n-1），結合表2 進行一致性比率C R檢驗， 且滿足CR=Ci/Ri≤0.1。

表1 目標相對重要性判斷的Satty 標度

表2 隨機指標Ri 指標

準則層Bi對于目標層A的權重和指標層Ci相對于準則層Bj的諸要素權重，以及各評價指標權重計算結果及排序見圖2。

圖2 河北省南水北調(diào)配套工程評價指標體系

2 配套工程現(xiàn)代化評價

2.1 評價體系

河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化評價體系主要包括3 個層次，即由1 個目標（A）、4 個準則水平指數(shù)（B1～B4）、14 個指標（C1～C14）組成[3]，見圖2。其中，WBi為第一層次權重；WCi為第二層次權重；λi為各指標的綜合權重。

2.2 評價指標經(jīng)典域和節(jié)域確定

評價指標從低到高分3 個等級（1 級代表初級現(xiàn)代化水平；2 級代表基本現(xiàn)代化水平；3 級代表完全現(xiàn)代化水平），利用物元模型進行評價。以工程體系與需求的協(xié)調(diào)度C1為例劃分如下：一級協(xié)調(diào)度為0.60～0.90，代表處于這一指標的最低水平；二級協(xié)調(diào)度為0.90～0.95，代表處于這一指標的中等水平；三級協(xié)調(diào)度為0.95～1.00，代表處于這一指標的高級水平。其他各指標等級所代表的含義與此類似。河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化評價等級的經(jīng)典域為R01、R02和R03，節(jié)域為R13。C4指標的確定涉及數(shù)字水利、信息水利、智慧水利三個階段[8-9]，智慧水利是數(shù)字水利和信息水利的更高階段。

2.3 權重計算

針對評價指標體系結構，利用改進的AHP 法[10]對各級評價指標賦權，并采用1～9 的正整數(shù)及其倒數(shù)

分層次設計指標體系權重咨詢表。

2.3.1 比較矩陣

共咨詢專家25 位，有24 位專家建議P-A、25位專家建議P-B1、24 位專家建議P-B2、23 位專家建議P-B3、25 位專家建議P-B4比較矩陣。

2.3.2 權重

目標層P-A矩陣的特征向量權重WBi、最大特征值λmax及一致性檢驗結果CR分別為= （2.432，0.811，0.486，0.271）T（i=1，2，3，4），WBi={0.608，0.2027，0.1215，0.0678}T，λmax= 4.002 ≥4，CR= 0.00067 ＜0.1，滿足一致性檢驗。

準則層P-Bi（i=1，2，3，4）矩陣各特征向量權重WCj、最大特征值λmax及一致性檢驗結果分別為= {1.286，1.286，0.429}T，WCj= {0.4285，0.4285，0.143}T（j=1～3，j∈N），λmax= 3.0007 ≥3，CR= 0.006 ＜0.1；= {2.386，0.796，0.477，0，341}T，WCj= {0.5965，0.199，0.11925，0.08525}T（j= 4～7，j∈N），λmax= 4.0002 ≥4，CR= 0.00007 ＜0.1= {1.241，1.241，0.415，0.621，1.241，1.241}T，WCj= {0.2068，0.2068，0.0693，0.1035，0.2068，0.2068}T（j= 8～13，j∈N），λmax= 6.0022 ≥6，CR= 0.00035 ＜0.1，= {1.0}；WCj={1.0}T（j= 14）。

2.3.3 評價指標綜合權重

各評價指標綜合權重為

2.4 現(xiàn)代化動態(tài)綜合評價

針對上述14 個評價指標Ci（i= 1～14，i∈N），以v1～v4各指標相關監(jiān)測、統(tǒng)計計算及預期數(shù)據(jù)作為待評物元，實施動態(tài)綜合評價。其中，v1、v2、v3、v4為待評年2000 年、2010 年、2020 年、2030 年。

2.5 待評事物各指標等級關聯(lián)度

各待評年度諸指標對應等級的關聯(lián)度見表3。

表3 河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化評價指標量值

2.6 現(xiàn)代化動態(tài)評價結果

河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化動態(tài)評價結果見表4。

由表4 的動態(tài)綜合評價結果可知：

a.2000 年，B1～B4各現(xiàn)代化水平均較低，是由于南水北調(diào)配套工程尚未進入建設階段，各評價指標尚未發(fā)生效能。

b.2010 年，隨著配套工程建設的開始，在工程設施水平方面，工程體系與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)度效應初步發(fā)揮，工程質(zhì)量水平、工程體系與需求的協(xié)調(diào)度水平逐步顯現(xiàn)；在管理現(xiàn)代化水平方面整體提升較快；由于處于建設期，配水效益水平尚未發(fā)揮；始終將國內(nèi)最先進的工藝技術運用到工程建設中，保證了技術進步率和工程質(zhì)量的優(yōu)良率。

c.2020 年，隨著河北省南水北調(diào)配套工程的投入運行，以及高起點的運營管理人員的配備、配套工程運行管理制度的制定，工程設施水平達到基本現(xiàn)代化水平，管理水平得以充分發(fā)揮，達到完全現(xiàn)代化水平；隨著引黃入冀補淀工程的通水，《河北省地下水超采綜合治理五年實施計劃（2018—2022 年）》的頒布實施，河北省節(jié)水行動實施方案、小城鎮(zhèn)污水處理設施建設行動方案、河北省地下水管理條例的修訂等綜合措施的出臺實施，配水效益水平達到基本現(xiàn)代化水平；技術貢獻水平達到評價3 級，即完全現(xiàn)代化水平。但是受水區(qū)仍然缺水嚴重，地下水超采仍然存在，工業(yè)用水單方產(chǎn)值仍然不高。

d.2030 年，為了全面達到完全現(xiàn)代化水平，在工程設施水平方面，仍需進一步通過“減河”工程措施實現(xiàn)河北省境內(nèi)所有河、淀、庫蓄、滯的有機融通，提升工程體系與需求的協(xié)調(diào)度和工程體系與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)度；在管理現(xiàn)代化水平方面，需要加強信息智慧化建設，需要進一步提升管理人員綜合素質(zhì)，優(yōu)化外調(diào)水與當?shù)厮呐渲脜f(xié)調(diào)率；在配水效益水平方面，需要進一步解決受水區(qū)缺水問題，提升用水效益和工業(yè)用水單方產(chǎn)值，進一步抑制地下水超采，進一步強化污水治理長效機制，規(guī)范污染治理，防止各類不達標排污，以滲井、滲坑等行為排污；在技術貢獻水平方面，需要將國內(nèi)外領先的工藝技術應用到配套工程建設及運營中。

3 結 論

本文構建了基于物元分析法的河北省南水北調(diào)配套工程現(xiàn)代化各指標評價模型，并采用改進的層次分析法計算各指標權重值。結果表明，該方法具有評價過程易編程，可實現(xiàn)計算機自動計算、減少人為因素干擾、評價結果直觀的特點；且改進的層次分析法具有專家意見易統(tǒng)一，容易組成比較矩陣和判斷矩陣，權重系數(shù)不受人為取位影響，易滿足最大特征根λmax≥n和通過一致性檢驗要求；最終評價結果與實際情況基本相符。

4 建 議

據(jù)河北省水資源公報數(shù)據(jù)，2000—2022 年，河北省年均水資源量156.29 億m3（其中地下水資源量124.56 億m3），而年均用水量193.76 億m3（其中地下水源供水量138.80 億m3），年均用水缺口37.47 億m3（年均超采地下水14.24 億m3）；2022 年末，省轄20 座大型及45 座中型水庫比年初少蓄水4.25 億m3，海委所轄潘家口、大黑汀、岳城3座大型水庫比年初少蓄水6.22 億m3；河北平原仍有5 個淺層地下水漏斗和2 個深層地下水漏斗，全省人均用水量246.0m3，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量46.6m3，雖然河北省南水北調(diào)配套工程已投入運行，但是由于先天自然稟賦特點（自然降雨量少而導致水資源量有限），不能滿足本省生活、工業(yè)、生產(chǎn)、環(huán)境用水需要，可以說，嚴重缺水仍然是河北省面臨的基礎性問題。結合實際提出如下建議：

a.河北省人均水資源量少，在現(xiàn)有基礎上需加大外調(diào)水力度，同時要優(yōu)化水資源配置，進一步加強節(jié)約用水和抑制地下水超采措施，特別是礦山開發(fā)強排地下水行為。

b.探索開辟補充水源對策，完善雨污分流，大力實施中水再利用。

c.進一步調(diào)整工業(yè)結構，淘汰高用水、高耗能、高污染、低附加值產(chǎn)業(yè)，進一步提升工業(yè)用水單方產(chǎn)值指標和用水效益。

d.科學構建河、庫、淀“蓄、滯、用、防、環(huán)”協(xié)同水網(wǎng)建設，提升水資源綜合利用效率，進一步提升水與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)度。

e.智慧水利應作為河北省南水北調(diào)配套工程管理的重點建設內(nèi)容，達標率早日實現(xiàn)100%。