黃顯峰,鐘婧瑋,方國華，陳穎欽

(1.河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210098； 2.河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243031)

?

基于物元分析法的水資源管理現(xiàn)代化評價

黃顯峰1,鐘婧瑋1,方國華1，陳穎欽2

(1.河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210098； 2.河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243031)

為科學合理地評價區(qū)域水資源管理現(xiàn)代化水平,從水資源保障、用水效率、水資源保護、水資源公共管理能力、水資源支撐能力5個方面構(gòu)建評價指標體系,將模糊層次分析法(FAHP)和熵權(quán)法耦合,確定評價指標綜合權(quán)重,基于物元理論建立水資源管理現(xiàn)代化評價模型。以南京市高淳區(qū)為例進行評價,結(jié)果表明,南京市高淳區(qū)水資源現(xiàn)代化管理水平處于初等現(xiàn)代化階段,與實際情況相符,驗證了所構(gòu)建評價模型的可行性和有效性。

水資源管理現(xiàn)代化;評價指標體系;熵權(quán)法;物元分析法;模糊層次分析法

水資源管理現(xiàn)代化是水利現(xiàn)代化重要組成部分,是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐和保障。在其動態(tài)發(fā)展過程中,以水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟社會和諧持續(xù)發(fā)展為目標,通過改革創(chuàng)新、發(fā)展完善來實現(xiàn)水資源管理效率和效益最大化[1]。水資源管理現(xiàn)代化必須以現(xiàn)代水利觀念為指導(dǎo)思想,以科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展為理論基礎(chǔ),將傳統(tǒng)水利轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代水利,實現(xiàn)水資源與經(jīng)濟、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，人與自然和諧相處[2]。

我國十分重視水資源管理工作,近年來不斷加大投入力度,各區(qū)域正在逐步建立符合水的自然屬性與客觀規(guī)律、適應(yīng)水資源管理和可持續(xù)利用要求的現(xiàn)代水管理體制,國內(nèi)一些學者也對水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)提出了自己的見解,左其亭等[3]指出了構(gòu)建現(xiàn)代化水資源管理體系的指導(dǎo)思想和必要性,季紅飛等[4]探討了水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)的主要目標和工作任務(wù),裘江海等[5]提出了與城市化進程相適應(yīng)的水資源管理現(xiàn)代化目標及措施。與此同時,水資源管理現(xiàn)代化評價也具有十分重要的意義,可以分析水資源管理水平,找到其現(xiàn)有水平與現(xiàn)代化要求的差距,從而推進區(qū)域水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)。但是,目前關(guān)于水資源管理現(xiàn)代化的評價指標體系以及評價方法的研究較少。

本文擬構(gòu)建水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系,其目標層從整體上反映水資源管理現(xiàn)代化水平,指標層中各指標反映水資源管理各部分工作的現(xiàn)代化實現(xiàn)程度。由于指標間存在一定的不相容問題,選擇物元分析法對水資源管理現(xiàn)代化水平進行評價,并以南京市高淳區(qū)為實例進行研究,以期為水資源管理現(xiàn)代化評價提供思路與方法。

1 水資源管理現(xiàn)代化內(nèi)涵及要求

水資源管理現(xiàn)代化在不同時期具有不同的內(nèi)涵,現(xiàn)代水資源管理更加注重水資源的開發(fā)、利用、治理、配置、保護和管理,以科學發(fā)展觀為指導(dǎo),全面落實最嚴格水資源管理制度,堅持人水和諧治水理念,圍繞水資源配置、節(jié)約和保護“三個環(huán)節(jié)”,通過健全制度、落實責任、提高能力、強化監(jiān)管“四項措施”,建立健全用水總量控制、用水效率控制、水功能區(qū)限制納污控制、水資源管理責任和考核“四項制度”,以水資源的可持續(xù)利用保障經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,以水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)支持和保障水利現(xiàn)代化及國家經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)代化目標的實現(xiàn)。

水資源管理現(xiàn)代化的建設(shè)要堅持以人為本、民生優(yōu)先的原則,把群眾對水資源管理的滿意度放在優(yōu)先地位;根據(jù)區(qū)域的自然地理條件和經(jīng)濟社會發(fā)展要求,因地制宜、科學管理,強化建設(shè)管理改革,將工作內(nèi)容項目化,提高對經(jīng)濟社會發(fā)展的綜合保障能力;堅持政府的主導(dǎo)地位,建立健全以公共財政投入為主的投入穩(wěn)定增長機制,保證地方財力用于水資源管理建設(shè)的比例,加強相關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào),有序引導(dǎo)和鼓勵社會資本參與水資源管理建設(shè),形成政府社會協(xié)同管理水資源的合力;實行水資源管理、節(jié)約、保護并舉,水資源管理隊伍建設(shè)和管理能力建設(shè)并進,促進區(qū)域與流域、農(nóng)村與城市水利協(xié)調(diào)發(fā)展;進行水資源管理重點領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)改革,推進水資源管理體制、機制創(chuàng)新,加強人才隊伍建設(shè)和水行政執(zhí)法力度。

2 水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系

根據(jù)水利現(xiàn)代化及水資源管理現(xiàn)代化的目標任務(wù),結(jié)合近些年一些地區(qū)對水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)的實踐探索,水資源管理現(xiàn)代化的主要建設(shè)內(nèi)容概括為:嚴格控制取用水總量,落實水資源論證制度,加強取水許可監(jiān)督管理,加快推進區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供水,強化農(nóng)田水利保障體系建設(shè),優(yōu)化水源地布局,使農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活供水保證率達標,提高水資源調(diào)控水平和供水保障能力;建設(shè)更高水平節(jié)水型社會,加強非傳統(tǒng)水源利用,推進計劃用水管理與考核,提高節(jié)水管理水平,進一步優(yōu)化水資源配置,提升用水效率;開展飲用水源地達標建設(shè),保障飲用水安全;加強地下水保護和地下水取水許可監(jiān)督管理;加強河湖管理,推進河湖健康評估;強化水功能區(qū)管理,核定水功能區(qū)納污能力,落實納污總量控制;健全和嚴格落實水資源管理規(guī)劃體系,加強規(guī)范管理,開展自動監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè),提高水資源監(jiān)測能力;構(gòu)建河湖健康評價體系,開展河湖健康評估;建設(shè)水資源管理信息系統(tǒng)工程,完善水資源管理應(yīng)用系統(tǒng),提高水資源公共管理能力;推進涉水事務(wù)一體化管理,加強人才隊伍建設(shè),完善人才專業(yè)結(jié)構(gòu),強化水資源費征收,加強水行政執(zhí)法工作和隊伍建設(shè),提高依法行政能力。

水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系的構(gòu)建是為了合理地監(jiān)測和評估水資源管理現(xiàn)代化發(fā)展水平,為逐步實現(xiàn)水資源管理現(xiàn)代化目標服務(wù)。應(yīng)遵循科學性、公認性、獨立性、針對性、可行性、可比性、導(dǎo)向性等原則,構(gòu)建科學量化、精簡明了、操作性強、能夠反映水資源管理現(xiàn)代化發(fā)展方向性與目標性的評價指標體系,既要選擇可以適用于各區(qū)域水資源管理現(xiàn)代化評價的普適性指標,也要選擇反映區(qū)域水資源管理現(xiàn)代化特色的特色指標,使評價結(jié)果具有針對性。

從水資源管理現(xiàn)代化內(nèi)涵、目標任務(wù)以及主要建設(shè)內(nèi)容出發(fā),參照《江蘇省水資源管理現(xiàn)代化指標體系》,并結(jié)合評價指標體系建立原則,從水資源保障、用水效率、水資源保護、水資源公共管理能力、水資源支撐能力5個方面構(gòu)建區(qū)域水資源管理現(xiàn)代化指標體系,包括18項普適性指標和4項特色指標,共22項指標,指標體系及各指標含義見表1。在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)水利發(fā)展現(xiàn)狀、區(qū)域自然經(jīng)濟條件、經(jīng)濟社會發(fā)展布局及水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)的要求與發(fā)展目標,結(jié)合區(qū)域水資源管理特色進行指標的選取和修改。

3 水資源管理現(xiàn)代化評價模型

3.1 組合權(quán)重法確定指標權(quán)重

權(quán)重是一個指標在整個指標體系中的重要程度,權(quán)重愈大,說明該指標在這個評價體系中愈重要。確定指標權(quán)重的方法可以分為根據(jù)專家經(jīng)驗確定的主觀賦權(quán)法和直接根據(jù)評價對象的屬性值數(shù)列的離散程度確定的客觀賦權(quán)法[6]。主觀賦權(quán)法易受到專家經(jīng)驗的限制與影響,有時不能完全真實反映事物之間的實際關(guān)系?？陀^賦權(quán)法依據(jù)指標真實數(shù)據(jù)計算確定指標權(quán)重,避免了主觀因素對指標權(quán)重的影響,但在指標權(quán)重計算中忽略人的價值,往往造成了指標權(quán)重計算的片面性。主客觀組合賦權(quán)法結(jié)合決策者個人意志與樣本數(shù)據(jù)真實關(guān)系,有效地規(guī)避了上述兩種賦權(quán)方法的弊端,因此,本文將模糊層次分析法和熵權(quán)法耦合以確定評價指標綜合權(quán)重。

表1 水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系

注:加“*”的指標為特色指標,其他為普適性指標。

3.1.1 模糊層次分析法

采用模糊層次分析法[7-10]確定水資源管理現(xiàn)代化評價指標的主觀權(quán)重,主要步驟如下:

步驟1 確定評價目標與評價指標集。

步驟2 建立模糊一致判斷矩陣。設(shè)元素a1、a2、…、an兩兩之間相對重要程度的模糊一致判斷矩陣為

(1)

式中rij為指標ai比aj重要的隸屬度,rij越大,ai比aj越重要,采用0.1～0.9標度法(表2)結(jié)合德爾菲法確定。

表2 0.1～0.9數(shù)量標度

注:若元素ai與aj的標度為rij，則元素aj與ai的標度為1-rij。

模糊一致判斷矩陣R具有如下性質(zhì):①rii=0.5(i=1,2,…,n);②rij+rji=1(i,j=1,2,…,n);③rij=rik-rjk+0.5(i,j,k=1,2,…,n)。

R能成為模糊一致判斷矩陣的充要條件是存在n階非負歸一化向量W=(ω1,ω2,…,ωn)及正數(shù)a,使得?i,j滿足下式:

rij=a(ωi-ωj)+0.5

(2)

式中a≥(n-1)/2 (本文取a=(n-1)/2),a取值大小的選擇反映了決策者的個人偏好,a越小,表明決策者越重視元素間權(quán)重的差異[11]。由于實際問題的復(fù)雜多樣與眾多專家認知上的差異,構(gòu)造出的矩陣往往不一定滿足上述性質(zhì)與充要條件,可參考文獻[12]進行判斷矩陣一致性的調(diào)整。

步驟3 計算指標權(quán)重。由式(2)固定i得:

(3)

對k求和得:

(4)

(5)

其中0≤ωi≤1

3.1.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法,信息熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量,即一個系統(tǒng)越是有序,信息熵就越低; 反之,信息熵就越高[13]。在評價過程中,其值越小,對應(yīng)指標提供的信息量越大,在綜合評價中所起的作用也越大,即權(quán)重也越高。

采用熵權(quán)法確定水資源管理現(xiàn)代評價指標的客觀權(quán)重,主要步驟如下:

步驟1 對層次分析法建立的判斷矩陣R進行歸一化處理,得到標準矩陣:

P=(pij)n×n

(6)

步驟2 計算第j個指標的熵值:

(7)

式中:ej(0≤ej≤1) 為第j項指標的熵值;k為信息熵系數(shù)。

步驟3 計算各指標的熵權(quán):

(8)

3.1.3 組合權(quán)重法

為了使評價指標權(quán)重的確定更加科學準確,評價結(jié)果更加客觀可靠,既充分考慮專家的知識及經(jīng)驗,又可以減少主觀隨意性影響,采用式(9)將確定主、客觀權(quán)重的兩種方法進行耦合,計算綜合權(quán)重:

(9)

3.2 構(gòu)建物元分析評價模型

物元分析法由我國蔡文教授提出,是用來處理在某些條件下用通常的方法無法達到預(yù)期目標的不相容問題的一種分析方法[14]。對于任一事物均可用“事物的名稱N、事物的特征C、該特征對應(yīng)的量值X”3個要素來描述,并組成有序三元組的基本元,即物元?？捎糜行蛉MR=(N,C,X)作為描述事物的基本單元[15-6]。

步驟1 建立物元矩陣。水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系中有多個評價指標,記為n個特征,則建立物元矩陣:

(10)

式中:R為n維水資源管理現(xiàn)代化物元;Ri為R的分物元;P0為待評單元，即水資源管理現(xiàn)代化水平;Ci(i=1,2，…，n)為第i項評價指標;Xi(i=1,2，…，n)為對應(yīng)評價指標Ci的量值。

步驟2 構(gòu)造經(jīng)典域和節(jié)域物元。水資源管理現(xiàn)代化的經(jīng)典域物元Rj可表示為

(11)

式中:Nj(j=1,2,…，m)為水資源管理現(xiàn)代化評價的第j個等級;Xji=[aji,bji]為經(jīng)典域,表示第j個等級關(guān)于對應(yīng)各評價指標所取的數(shù)值范圍。

水資源管理現(xiàn)代化的節(jié)域物元Rp可表示為

(12)

式中:Np為評價等級的全體;Xpi=[api,bpi]為節(jié)域,表示各指標所有經(jīng)典域取值范圍之和。

(13)

(14)

關(guān)聯(lián)函數(shù)Kj(xi)的計算公式如下:

步驟4 計算綜合關(guān)聯(lián)度:

(16)

式中Kj(P0)為第j個評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度。

步驟5 等級評定。若Kj=max{Kj(P0)}(j=1,2,…,m),則該區(qū)域的水資源管理現(xiàn)代化水平處于第j級。當0≤Kj(P0)≤1時,表示該區(qū)域的水資源管理現(xiàn)代化水平符合該標準等級的要求;當-11時，表示其超過標準等級的上限。

3.3 評價標準

為了使水資源管理現(xiàn)代化與經(jīng)濟社會發(fā)展、全面小康社會建設(shè)相聯(lián)系,將水資源管理現(xiàn)代化水平按照其現(xiàn)代化實現(xiàn)程度劃分為起步期、基本小康、全面小康、初等現(xiàn)代化和基本現(xiàn)代化5個等級[17],其對應(yīng)的水資源管理現(xiàn)代化評價標準取值范圍分別為[0, 40)、[40, 60)、[60,80)、[80, 90)和[90,100]。

4 實例分析

4.1 南京市高淳區(qū)水資源及水資源管理概況

南京市高淳區(qū)位于南京市最南端,地處北緯31°13′～31°26′、東經(jīng)118°41′～119°12′,土地總面積801.8 km2,其中陸地面積566.5 km2,占總面積的70.65%;水域面積235.3 km2,占總面積29.35%。區(qū)域水資源具有“四多四少”的特點,即：本地水少,過境水多;冬春水少,夏秋水多;東部丘陵山區(qū)水少,西部圩區(qū)水多;優(yōu)質(zhì)水少,受污染水多。全區(qū)多年平均本地徑流量約為2.86億m3,多年平均過境水量約為23.11億m3,2010—2012年年平均地表水水資源量約為3.724億m3,平均水資源總量為3.997億m3。

高淳區(qū)現(xiàn)狀地產(chǎn)水資源量相對短缺再加上水資源污染現(xiàn)象日益嚴重,屬于工程型缺水和水質(zhì)型缺水并存的地區(qū)。近年來,高淳區(qū)十分重視水資源的合理開發(fā)與高效利用,積極開展水資源管理能力建設(shè),水資源保障能力、公共管理能力、支撐保障能力逐步提高,用水效率穩(wěn)步提升,水資源保護扎實推進,逐步由水利水務(wù)分開管理向水務(wù)一體化轉(zhuǎn)變,初步建立了符合水的自然屬性與客觀規(guī)律、適應(yīng)水資源管理和可持續(xù)利用要求的現(xiàn)代水管理體制。

根據(jù)高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化特點和發(fā)展目標,從第2節(jié)構(gòu)建的水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系中選取普適性指標和特色指標共20項,基于2012年現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計、水利普查以及《南京市高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)實施方案》,高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化各評價指標現(xiàn)狀值、現(xiàn)代化目標值以及現(xiàn)狀年現(xiàn)代化實現(xiàn)程度見表3。

表3 高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系及指標值

4.2 指標權(quán)重的計算

根據(jù)模糊層次分析法、熵權(quán)法步驟以及式(9)計算各指標主、客觀權(quán)重及綜合權(quán)重,并得到指標層各評價指標對于目標層的最終權(quán)重值:W=(ω1,ω2,…，ωn)=(0.051,0.040,0.022,0.022,0.018,0.019,0.043,0.018,0.019,0.018,0.079,0.102,0.079,0.041,0.060,0.100,0.114,0.052,0.052,0.052)。各評價指標權(quán)重值見表4。

4.3 待評物元、經(jīng)典域和節(jié)域的確定

根據(jù)第2.3節(jié)構(gòu)建的評價標準,結(jié)合江蘇省以及全國平均水平和先進水平、國際通行指標以及相關(guān)文獻[18-20],確定高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化評價分級標準,以此建立待評物元、經(jīng)典域和節(jié)域,見表5。

4.4 評價結(jié)果與分析

將待評物元中的數(shù)據(jù)輸入物元模型,計算各評價指標關(guān)于各評價等級的關(guān)聯(lián)度,結(jié)果見表6。

由表6可知,Kj=0.047 9,故高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化水平處于初等現(xiàn)代化階段,并有進入基本現(xiàn)代化階段的趨勢。由各指標關(guān)聯(lián)度可以看出,大部分指標都達到了初等現(xiàn)代化水平,尤其在用水總量控制、供水保證率、集中式飲用水源地達標率、地下水管理等方面都已基本達到現(xiàn)代化目標值,但仍有少部分指標,如再生水回用率、河湖健康評估水平距離現(xiàn)代化目標值還有較大的差距,有關(guān)部門應(yīng)積極推進再生水回用工程的建設(shè)工作,提高用水效率,積極建立河湖健康評估體系,制訂河湖健康標準,科學合理開展河湖健康評估,提高水資源公共管理能力。另外,由表4可以看出規(guī)范管理、組織機構(gòu)、水資源監(jiān)測能力3項指標所占的權(quán)重較大,高淳區(qū)在水資源管理現(xiàn)代化建設(shè)中硬件投入相對較大,重點強化水資源管理制度,規(guī)范水資源管理行為,完善機構(gòu)設(shè)置,提高涉水事務(wù)管理能力,提高全區(qū)水資源監(jiān)測能力。

表4 評價指標權(quán)重值

表5 高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化評價待評物元、經(jīng)典域及節(jié)域

表6 高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代化評價指標對各評價等級的關(guān)聯(lián)度

總體而言,本文評價結(jié)果與高淳區(qū)水利現(xiàn)代化評價相適應(yīng),與《南京市高淳區(qū)水資源管理現(xiàn)代建設(shè)實施方案》中“高淳區(qū)2012年水資源管理尚未實現(xiàn)現(xiàn)代化”的評價結(jié)果一致,評價結(jié)果具有一定的可信度,評價指標體系和評價方法具有一定的可靠性和適用性。

5 結(jié) 語

水資源管理現(xiàn)代化是水利現(xiàn)代化重要組成部分,是經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)代化的重要支撐和保障,其重要性越來越突出。水資源管理現(xiàn)代化涉及范圍較廣且內(nèi)容較多,目前對其評價指標體系的建立和評價方法的研究比較少。本文構(gòu)建了水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系,將物元分析法運用到水資源管理現(xiàn)代化評價中,以各個指標的現(xiàn)狀年現(xiàn)代化實現(xiàn)程度作為指標的量值,使構(gòu)建的物元分析模型更具有通用性,計算更加便捷,結(jié)果清晰明了。采用主、客觀權(quán)重相結(jié)合得到綜合權(quán)重,同時考慮決策者個人偏好與客觀情況,使所確定的權(quán)重更加科學合理。將水資源管理現(xiàn)代化評價模型應(yīng)用于南京市高淳區(qū)中,評價結(jié)果與實際情況相符,說明物元分析法作為水資源管理現(xiàn)代化評價的一種方法具有一定的可行性和有效性,也說明所建立的水資源管理現(xiàn)代化評價指標體系具有一定的科學性和合理性。在具體應(yīng)用中,所構(gòu)建的水資源管理現(xiàn)代化指標體系應(yīng)充分考慮各區(qū)域?qū)嶋H情況以及當?shù)厮Y源管理特色,并進行適當?shù)恼{(diào)整或補充。另外評價指標的經(jīng)典域與節(jié)域范圍界定等問題也有待進一步研究。

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Evaluation on water resources management modernization based on matter element analysis//

HUANG Xianfeng1, ZHONG Jingwei1, FANG Guohua1, CHEN Yingqin2

(1.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China; 2.WentianCollege,HohaiUniversity,Ma’anshan243031,China)

In order to evaluate the modernization level of regional water resources management, an evaluation index system was established from five aspects, including water resources guarantee, water utilization efficiency, water resources protection, public management ability of water resources, and supporting capacity of water resources. The fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and entropy method were used to determine the weights of indices. An evaluation model of water resources management modernization was constructed based on the matter element theory. Using the Gaochun District of Nanjing City as an example, the results show that the water resources management in the Gaochun District was in the preliminary modernization stage, which is consistent with the actual situation and verifies the feasibility and effectiveness of the established evaluation model.

water resources management modernization; evaluation index system; entropy weight method; matter element analysis method; fuzzy analytic hierarchy process

江蘇省自然科學基金(BK20130849); 安徽高校自然科學研究項目(KJ2017A898)

黃顯峰(1980—),男,副教授,博士，主要從事水資源規(guī)劃與管理等研究。E-mail:hxfhuang2015@163.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.03.004

TV213.4

A

1006-7647(2017)03-0022-07

2016-06-10 編輯：駱超)