張修宇，鄭瑞強(qiáng)，周 瑩，秦 天

（1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046； 2.石家莊市冶河灌區(qū)引崗服務(wù)中心，河北 石家莊 050200）

1 引 言

近幾十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，但由此帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起社會(huì)的廣泛關(guān)注，實(shí)現(xiàn)人水和諧越來(lái)越成為全社會(huì)的普遍共識(shí)。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人水和諧有較多研究，例如：Falkenmark［1］基于生態(tài)系統(tǒng)與水之間的關(guān)系，提出了人水一體化的水資源管理新概念，對(duì)水與自然以及人類(lèi)社會(huì)的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)分析；Lautze 等［2］分析了氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源的影響，為人類(lèi)社會(huì)合理利用水資源提出了建議；Simmons 等［3］對(duì)各種復(fù)雜因素下人水關(guān)系進(jìn)行了探索，探討了人與水共存的概念，表明個(gè)人、社會(huì)和生態(tài)三個(gè)層面存在復(fù)雜關(guān)系；Lake 等［4］分析了人類(lèi)社會(huì)用水對(duì)于澳大利亞淡水系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)氣候變化等大規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素將成為改善水生態(tài)系統(tǒng)的主要障礙；左其亭等［5］構(gòu)建了人水和諧評(píng)價(jià)量化研究框架和指標(biāo)體系，并提出了相應(yīng)的量化方法；王大洋等［6］利用SMI-P 法對(duì)2010—2015 年廣西人水和諧情況進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)廣西區(qū)域人水和諧度呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)；李紅艷等［7］以南水北調(diào)中線(xiàn)河南典型受水區(qū)為例，從人水和諧方面對(duì)南水北調(diào)中線(xiàn)運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明南水北調(diào)中線(xiàn)工程通水后相較于建設(shè)前和諧度整體上升；戴會(huì)超等［8］運(yùn)用系統(tǒng)理論、可持續(xù)發(fā)展理論與和諧理論，對(duì)城市人水和諧內(nèi)涵、城市人水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)制和城市人水和諧評(píng)價(jià)進(jìn)行系統(tǒng)研究，建立了城市人水和諧評(píng)價(jià)模型，其在南京市的應(yīng)用結(jié)果表明建立的模型符合實(shí)際情況，滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。

筆者在綜合考量人水和諧多種研究方法的基礎(chǔ)上，采用左其亭［9］提出的單指標(biāo)量化-多要素集合-多準(zhǔn)則集成法（SMI-P）對(duì)2011—2020 年鄭州市人水和諧度進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法可以將具體指標(biāo)、要素與評(píng)價(jià)目標(biāo)之間的關(guān)系清晰地凸顯出來(lái)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理。

2 研究方法

2.1 單指標(biāo)量化

子和諧度（SHD）量化采用5 點(diǎn)分段法對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)不同的和諧度，?。╝，0）、（b，0.3）、（c，0.6）、（d，0.8）和（e，1.0）這5 個(gè)特征點(diǎn)（a、b、c、d、e分別對(duì)應(yīng)某個(gè)指標(biāo)的最差值、較差值、及格值、較好值和最好值），利用這5 個(gè)特征點(diǎn)得到某個(gè)指標(biāo)的子和諧度及函數(shù)表達(dá)式，具體公式見(jiàn)文獻(xiàn)［10］。

2.2 多要素綜合

選取健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度作為人水和諧度的3 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算公式分別為

式中：HED為健康度；DED為發(fā)展度；HAD為協(xié)調(diào)度；n1、n2、n3分別為健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；ωi為各個(gè)指標(biāo)子和諧度的權(quán)重分別為健康度、發(fā)展度、協(xié)調(diào)度的子和諧度。

2.3 多準(zhǔn)則集成

人水和諧度（HWED）的計(jì)算需要綜合考慮健康度、發(fā)展度和協(xié)調(diào)度這3 個(gè)指標(biāo)，公式為

HWED（T）＝HED（T）β1DED（T）β2HAD（T）β3（4）

式中：β1、β2、β3分別為T(mén)時(shí)刻的健康度HED（T）、發(fā)展度DED（T）和協(xié)調(diào)度HAD（T）的指數(shù)權(quán)重，依據(jù)區(qū)域的水系統(tǒng)、發(fā)展?fàn)顩r和協(xié)調(diào)程度進(jìn)行確定。

T時(shí)刻的人水和諧度HWHD（T）∈［0，1］。 為了表達(dá)上的便利，把人水和諧度大致分為5 個(gè)等級(jí)（見(jiàn)表1）。

表1 人水和諧度等級(jí)劃分

2.4 權(quán)重計(jì)算

鑒于單用一種方法確定權(quán)重會(huì)使最終得出的結(jié)果有一定的片面性，為減少人的主觀性對(duì)研究結(jié)果的影響，使確定的權(quán)重科學(xué)合理，本文選擇層次分析法與模糊變權(quán)法兩者相結(jié)合的方法，確定綜合權(quán)重。

（1）計(jì)算基礎(chǔ)權(quán)重。 采用層次分析法［11］計(jì)算基礎(chǔ)權(quán)重，先將評(píng)價(jià)指標(biāo)分層，然后根據(jù)其重要程度兩兩對(duì)比，再構(gòu)造判斷矩陣，利用Yaahp 軟件［12］進(jìn)行處理，最后就可以得到各個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)權(quán)重。

（2）計(jì)算綜合權(quán)重。 常權(quán)法為權(quán)重計(jì)算時(shí)較為常用的方法，但其缺點(diǎn)是在權(quán)重確定后最終結(jié)果不會(huì)隨評(píng)估值的變化而變化，這樣容易使評(píng)估值比較低的指標(biāo)被輕視。 模糊變權(quán)法［13］是對(duì)常權(quán)法進(jìn)行的改進(jìn)，其特點(diǎn)是在評(píng)估值進(jìn)行改變的同時(shí)使其對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行實(shí)時(shí)變化，從而使得結(jié)果也隨之發(fā)生改變，具體計(jì)算步驟如下。

①將選擇的子指標(biāo)μ1、μ2、…、μn進(jìn)行無(wú)量綱化，μi∈［0，μm］，μm＝1，10，100 等。

②確定上邊界權(quán)重ω0i：

式中：ω0i為μi＝0 時(shí)對(duì)應(yīng)因素的上邊界權(quán)重；ωm i、ωm j分別為判斷矩陣中的第i行、第j列的基礎(chǔ)權(quán)重。

③引入非負(fù)有界、不增可微的函數(shù)λi（μi），λi（μi）∈［0，μm］，λ0i和λmi分別為λi（μi）在定義域［0，μm］上取得的最小值和最大值。

④對(duì)上述函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，得到變權(quán)權(quán)重，即綜合權(quán)重。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 研究區(qū)概況

鄭州市是河南省的省會(huì)和國(guó)家中心城市，在中原城市群中的地位顯著，對(duì)于全國(guó)的發(fā)展具有重要作用。鄭州市2020 年總?cè)丝跒? 262.0 萬(wàn)人（年末），國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為12 003.04 億元，工業(yè)總產(chǎn)值為3 145.69 億元，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值164.71 億元；人均水資源占有量為68.06 m3，是 全 省 人 均 水 資 源 占 有 量354.49 m3的19.2%，是全國(guó)人均水資源占有量2 239.8 m3的3.04%，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。 目前河南省整體表現(xiàn)為水源利用效率較低［14］，水資源安全保障能力不足［15］。 本文以鄭州市作為研究區(qū)域，選取2011—2020 年水資源利用效率綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行人水和諧度評(píng)價(jià)，相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《河南省水資源公報(bào)》《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》《鄭州市水資源公報(bào)》《鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

3.2 人水和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及分級(jí)

通過(guò)對(duì)鄭州市的水資源系統(tǒng)和人文系統(tǒng)進(jìn)行分析，選取20 項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建鄭州市人水和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表2），將指標(biāo)分為正向指標(biāo)（越大越和諧）和負(fù)向指標(biāo)（越小越和諧），并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)（見(jiàn)表3）。 其中：健康度準(zhǔn)則層包括4 項(xiàng)指標(biāo)，涵蓋了水資源狀況和生態(tài)環(huán)境狀況；發(fā)展度準(zhǔn)則層包括9 項(xiàng)指標(biāo)，涵蓋經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)發(fā)展水平、社會(huì)發(fā)展水平、發(fā)展安全保障4 個(gè)方面；協(xié)調(diào)度準(zhǔn)則層包括7 項(xiàng)指標(biāo)，涵蓋水對(duì)人文系統(tǒng)的服務(wù)功能、人對(duì)水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)保護(hù)和水資源管理水平以及公眾意識(shí)等方面。

表2 人水和諧度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

3.3 子和諧度計(jì)算

根據(jù)單指標(biāo)量化和表3 中指標(biāo)體系的分級(jí)，可以得到各指標(biāo)的子和諧度范圍為［0，1］，2011—2020 年各指標(biāo)子和諧度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2011—2020 年各指標(biāo)子和諧度

續(xù)表4

3.4 權(quán)重計(jì)算

根據(jù)各指標(biāo)的子和諧度，利用層次分析法得出基礎(chǔ)權(quán)重，再采用模糊變權(quán)法確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各指標(biāo)的綜合權(quán)重

3.5 人水和諧度計(jì)算及結(jié)果分析

根據(jù)SMI-P 法，利用式（1）～式（4）計(jì)算得到鄭州市2011—2020 年的健康度、發(fā)展度、協(xié)調(diào)度及人水和諧度。 在確定健康度、發(fā)展度、協(xié)調(diào)度這三者的權(quán)重時(shí)，認(rèn)為它們對(duì)于人水和諧度的重要程度相同，取其權(quán)重各占1／3，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 鄭州市人水和諧度計(jì)算結(jié)果

由表6 可以看出，健康度在2011—2020 年呈現(xiàn)為波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中在2016—2017 年的下降幅度最大（0.099），這與2017 年比2016 年水資源總量減少、萬(wàn)元GDP 廢水排放量和廢水總排放量增多有很大關(guān)系，廢水排放量增多會(huì)導(dǎo)致地表水受到一定污染，從而造成水質(zhì)達(dá)標(biāo)率下降，進(jìn)一步造成健康度下降。 在2019—2020 年的上升幅度最大（0.201），且2020 年的健康度達(dá)到近10 a 的最高值0.659；2020 年與2019 年相比，萬(wàn)元GDP 廢水排放量與廢水排放總量減少，水資源總量增加，在一定程度上使地表水自?xún)裟芰υ鰪?qiáng)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率上升，進(jìn)一步提高了健康度。

發(fā)展度除在2014 年、2016 年、2019 年略有下降外，2011—2020 年其他年份均處于上升趨勢(shì)，從2011年的0.757 增長(zhǎng)到2020 年的0.812，增幅為7.31%，表明鄭州市近10 a 的發(fā)展處于穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，并在2020 年發(fā)展度達(dá)到了最大值0.812，發(fā)展度快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)與近些年來(lái)鄭州市的快速發(fā)展相對(duì)應(yīng)。

協(xié)調(diào)度在2011—2020 年呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，除了2013 年和2020 年略有降低外，其余年份均在穩(wěn)步上升，并在2019 年達(dá)到了最高值0.487，這表明鄭州市近些年在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)采取了一定措施消除對(duì)水資源帶來(lái)的負(fù)面影響，成效顯著。

人水和諧度除在2012 年、2017 年及2019 年略有下降外，在其他年份均為上升趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為在波動(dòng)中上升，特別在2019—2020 年增長(zhǎng)幅度最大（0.073），并且在2020 年人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)達(dá)到了較為和諧的等級(jí)。 總的來(lái)看，在2020 年達(dá)到較為和諧的等級(jí)與2020 年健康度的上升具有十分密切的關(guān)系，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)減少可以改善人與自然的關(guān)系。 但人水和諧問(wèn)題是一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題，不同時(shí)期的處理方案?jìng)?cè)重點(diǎn)應(yīng)有所不同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況找到工作重點(diǎn)進(jìn)而制定相應(yīng)的處理方案。

建議鄭州市下一步在以下3 方面加大努力：①健康度方面，遵循“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，落實(shí)生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策，從減少?gòu)U水排放量、增加水資源量這兩方面為切入點(diǎn)制定應(yīng)對(duì)措施；②發(fā)展度方面，不以破壞環(huán)境為代價(jià)謀求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)，修復(fù)破壞的生態(tài)環(huán)境，提高用水效率和增強(qiáng)用水保障；③協(xié)調(diào)度方面，提高相關(guān)部門(mén)水資源管理利用水平，注意經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與保護(hù)，保證水資源的可持續(xù)利用，維持人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)之間的相對(duì)平衡，促進(jìn)人水關(guān)系和諧發(fā)展。

4 結(jié) 論

根據(jù)人水和諧度評(píng)價(jià)結(jié)果，鄭州市人水和諧度從2011 年的0.549 提高到2020 年的0.637，整體呈現(xiàn)為波動(dòng)中上升的趨勢(shì)，說(shuō)明鄭州市人水和諧度得到了提升。 廢水排放量過(guò)多與人均水資源量不足是目前影響鄭州市人水和諧的主要因素。 鄭州市下一步應(yīng)加大水資源和水生態(tài)保護(hù)力度，從減少?gòu)U水排放量和增加人均水資源量這兩方面出發(fā)，采取相應(yīng)措施，提高用水效率和增強(qiáng)用水保障，努力改善人水關(guān)系、提高人水和諧度。