張峰菁，胡學(xué)斌，何 強(qiáng)

（重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045）

水污染是一個(gè)受到全球廣泛關(guān)注的問題。我國從2007 年開始實(shí)施“水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”（以下簡稱“水專項(xiàng)”）。它是我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》設(shè)立的16 個(gè)重大科技專項(xiàng)之一，是新中國成立以來投資最大的水污染治理項(xiàng)目。經(jīng)過“十一五”“十二五”兩個(gè)五年計(jì)劃的組織實(shí)施，已經(jīng)取得了豐碩的科研成果，對(duì)我國水污染治理工作起到了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。同時(shí)，技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化也取得了長足的進(jìn)步，一部分技術(shù)進(jìn)入工程示范或推廣應(yīng)用階段，產(chǎn)生了可觀的環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[1]。技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的逐步推進(jìn)使得績效評(píng)估變得愈發(fā)重要。績效評(píng)估對(duì)于提高水污染治理工程實(shí)施效果和管理效率，促進(jìn)已建工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，針對(duì)水污染治理工程績效評(píng)估，國內(nèi)已經(jīng)有學(xué)者開展了相關(guān)研究。吳阿娜等[2]初步探討了城市內(nèi)河綜合整治工程評(píng)估的目的和方法，從生態(tài)環(huán)境效益、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等方面對(duì)浦東張家浜綜合整治工程進(jìn)行評(píng)估。李雪松等[3]以武漢市為例，從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)3個(gè)維度構(gòu)建了包含3個(gè)二級(jí)指標(biāo)，27 個(gè)三級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)體系，采用層次分析法和線性加權(quán)模型對(duì)城市水環(huán)境治理績效進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。余蘭英等[4]針對(duì)流域治理項(xiàng)目，從防洪、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)方面建立相應(yīng)的工程評(píng)估指標(biāo)體系，采用主觀與客觀相結(jié)合的熵理論方法建立評(píng)價(jià)模型。黃昌兵[5]以“水環(huán)境治理績優(yōu)度”目標(biāo)框架為主要突破口，運(yùn)用主成分分析法、模糊數(shù)學(xué)法建立評(píng)價(jià)模型，并以瀨溪河榮昌段實(shí)證案例驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性、可靠性。王曄立[6]從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益3個(gè)方面入手，運(yùn)用層次分析法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，構(gòu)建了小流域水土流失治理工程評(píng)價(jià)模型。馬濤等[7]從職能指標(biāo)、效益指標(biāo)、潛力指標(biāo)3個(gè)方面構(gòu)建城市水環(huán)境治理績效評(píng)估指標(biāo)體系，確定了指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重，并以北京、上海和杭州為例進(jìn)行了實(shí)證分析。胡偉等[8]針對(duì)殷村港流域工業(yè)園區(qū)企業(yè)污水的治理特點(diǎn)，將層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，建立了工業(yè)園區(qū)企業(yè)污水治理績效評(píng)估方法。

從以上研究可以看出，目前對(duì)于水污染治理工程的績效評(píng)估研究大都從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)層面進(jìn)行考核，對(duì)施工過程中的工程管理以及治理技術(shù)方面的績效考慮較少。同時(shí)，由于水污染治理工程的多樣性，對(duì)指標(biāo)的選取帶來一定困難，同一套指標(biāo)體系無法評(píng)估所有工程。鑒于此，本研究開展了水污染治理工程績效評(píng)估研究，從技術(shù)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益3個(gè)方面出發(fā)構(gòu)建水污染治理工程績效評(píng)估體系，同時(shí)，考慮到水污染治理工程的多樣性，在指標(biāo)選取上，將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)結(jié)合起來，構(gòu)建了一套適用性強(qiáng)的特性指標(biāo)體系，應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法建立評(píng)估模型，以三峽庫區(qū)水專項(xiàng)示范工程為例進(jìn)行實(shí)證研究，以期為水污染治理工程績效評(píng)估提供新思路。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

由于水污染治理工程評(píng)估系統(tǒng)是一個(gè)大系統(tǒng)，包含的因子極多，因此在指標(biāo)的選擇上，既要選取具有代表性的通用指標(biāo)，又要選取體現(xiàn)不同工程效果的特性指標(biāo)。根據(jù)以上原則，結(jié)合水污染治理工程特點(diǎn)，采用層次分析法將水污染治理工程指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、主題層和指標(biāo)層4個(gè)層次。準(zhǔn)則層分為技術(shù)效益、環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)系統(tǒng)；主題層由管理技術(shù)、治理技術(shù)、污染物控制、資源利用、水安全保障、經(jīng)濟(jì)投入、社會(huì)民生效益、工程示范效益8 個(gè)方面構(gòu)成。指標(biāo)層針對(duì)上述8個(gè)方面設(shè)立了若干個(gè)評(píng)估指標(biāo)，由此構(gòu)成完整的水污染治理工程績效評(píng)估指標(biāo)體系[9-12]。整個(gè)體系中，技術(shù)效益為通用指標(biāo)，環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為特性指標(biāo)。績效評(píng)估時(shí)，根據(jù)不同的工程類型，在指標(biāo)層選擇不同的指標(biāo)，有針對(duì)性地對(duì)治理工程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。水污染治理工程績效評(píng)估指標(biāo)體系見表1。

2 評(píng)價(jià)模型建立

2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法（analytics hierarchy process，AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授薩蒂于20 世紀(jì)70 年代初期提出的，其基本思想是將一個(gè)復(fù)雜多系統(tǒng)的問題分解為多層次、多要素的結(jié)構(gòu)，然后通過專家對(duì)各層因素的兩兩對(duì)比建立判斷矩陣，根據(jù)矩陣計(jì)算結(jié)果確定方案各指標(biāo)的權(quán)重。該方法將專家的經(jīng)驗(yàn)判斷定量化，是一種將定性分析和定量分析有機(jī)結(jié)合的決策方法[13]。層次分析法的具體步驟為：（1）分析問題，建立層次結(jié)構(gòu)；（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣；（3）計(jì)算判斷矩陣的最大特征根（λmax）及規(guī)范化的特征向量（W）；（4）一致性檢驗(yàn)；（5）計(jì)算指標(biāo)的組合權(quán)重。

表1 水污染治理工程績效評(píng)估指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system for water pollution treatment engineering

根據(jù)以上步驟，構(gòu)造目標(biāo)層到準(zhǔn)則層（A-B）的判斷矩陣，利用MATLAB 中的eig 函數(shù)求出判斷矩陣的最大特征值λmax以及規(guī)范化的特征向量W，其中，W就是對(duì)應(yīng)指標(biāo)的單排序權(quán)重，也就是目標(biāo)層A到準(zhǔn)則層B1、B2、B3的權(quán)重值。準(zhǔn)則層到主題層（B-C）、主題層到指標(biāo)層（C-D）的權(quán)重也按上述方法進(jìn)行。最后將每層權(quán)重相乘得到A-D 的總權(quán)重。

實(shí)際問題中，需要對(duì)上述判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算公式如式1所示：

式中，CI為一致性指標(biāo)，為矩陣階數(shù)；RI為n階矩陣對(duì)應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，需通過查表獲得。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，說明判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對(duì)判斷矩陣做一定調(diào)整，直到通過一致性檢驗(yàn)。

各層次的權(quán)重結(jié)果見表2。

表2 水污染治理工程績效評(píng)估指標(biāo)體系各層次權(quán)重結(jié)果Tab.2 The weights of each hierarchy of water pollution treatment engineering

2.2 評(píng)價(jià)模型確定

2.2.1 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

水污染治理績效評(píng)估指標(biāo)體系包含定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，前者多應(yīng)用于技術(shù)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，后者則具體體現(xiàn)了工程運(yùn)行效果。為消除量綱的影響，綜合文獻(xiàn)、實(shí)地調(diào)研以及專家經(jīng)驗(yàn)，將水污染治理績效水平分為4個(gè)等級(jí)，分別為優(yōu)秀、良好、中等和差。各指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 水污染治理績效評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The classification criteria of water pollution treatment

2.2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)法（fuzzy comprehensive evaluation method，F(xiàn)CE）是建立在模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上，對(duì)受多種因素影響的事物或?qū)ο笞龀霰容^全面、客觀評(píng)價(jià)的一種決策方法[14]。它根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度理論把定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，較好地解決了模糊的、難以量化的問題，是一種相對(duì)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法。模型的構(gòu)建分為以下幾步。

（1）建立評(píng)價(jià)因素集。A=｛a1，a2，…，an｝，在傳統(tǒng)的模糊綜合評(píng)價(jià)中，ai（i=1，2，…，n）為本層次中所有影響評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集合，n表示本層次上所有因素的個(gè)數(shù)。這種方法固定了評(píng)價(jià)因素集，不能體現(xiàn)評(píng)價(jià)對(duì)象的特性。由于水治理工程的多樣性，固定的評(píng)價(jià)因素不能適應(yīng)所有的工程類型。因此，本研究中ai表示指標(biāo)層中所選的影響評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集合。若本層次中所有因素個(gè)數(shù)為N，則n≤N。

（2）建立評(píng)價(jià)集合。U= ｛u1，u2，…，um｝，其中，ui（i=1，2，…，m）表示評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，m表示評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量。本研究中，U1為優(yōu)秀，U2為良好，U3為中等，U4為差。

（3）建立隸屬度矩陣。確定評(píng)價(jià)集合U后，需要對(duì)每一個(gè)被評(píng)對(duì)象ai進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，以此得到一個(gè)ai對(duì)應(yīng)Um的隸屬度矩陣D，D=[di1di2di3di4]，（i=1，2，…，n；j=1，2，…，N）。

本研究所建立的評(píng)估指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)。對(duì)于定性指標(biāo)，根據(jù)專家問卷調(diào)查的結(jié)果，用百分比確定隸屬度，具體計(jì)算方法為：

對(duì)于定量指標(biāo)，采用“半梯形分布圖”法求解。指標(biāo)體系中以數(shù)值大為優(yōu)的指標(biāo)采用“升半梯形分布圖”法求解；指標(biāo)體系中以數(shù)值小為優(yōu)的指標(biāo)采用“降半梯形分布圖”法求解。具體計(jì)算方法為：

式中，rij表示第i個(gè)指標(biāo)關(guān)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ci的隸屬度，xi表示第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值。

（4）確定權(quán)重集W。本研究由于所選指標(biāo)不同，權(quán)重集也不同。因此，在傳統(tǒng)層次分析法基礎(chǔ)上，本研究做了一些改進(jìn)。根據(jù)指標(biāo)層所選指標(biāo)的不同，對(duì)指標(biāo)層的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行重新計(jì)算。計(jì)算方法如下：

式中，wa-b表示第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)A-B 權(quán)重；wb-c表示第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)B-C 權(quán)重；wc表示與第i個(gè)指標(biāo)同一主題層中所選指標(biāo)B-C權(quán)重，n為主題層中所選指標(biāo)數(shù)量，n≥1；wc-d表示第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)C-D 權(quán)重；wd表示與第i個(gè)指標(biāo)同一指標(biāo)層中所選指標(biāo)C-D權(quán)重，m為指標(biāo)層中所選指標(biāo)數(shù)量，m≥1。

（5）確定評(píng)價(jià)結(jié)果。確定了隸屬度矩陣D與權(quán)重集W 后，對(duì)兩者進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算，根據(jù)最大隸屬度原則確定最終評(píng)價(jià)結(jié)果。計(jì)算方法如下：

3 實(shí)例分析與方法應(yīng)用

本研究利用上述方法對(duì)三峽庫區(qū)水專項(xiàng)示范工程進(jìn)行績效評(píng)估。三峽庫區(qū)地處四川盆地與長江中下游平原的結(jié)合部，總面積7.9×104km2。隨著三峽工程的建成，上游水勢減緩，水體自凈能力下降，污染物濃度增加。同時(shí)，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，庫區(qū)內(nèi)排污量增加，兩岸生活垃圾污染也隨之增加，對(duì)庫區(qū)水環(huán)境造成重大影響[15]。除此以外，庫區(qū)內(nèi)大型山地城市重慶主城、萬州、涪陵等地的排水管網(wǎng)安全問題、雨洪安全問題，污水廠提標(biāo)改造等問題都亟待解決[16]。因此，水專項(xiàng)針對(duì)以上問題，提出了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其中的重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了工程示范，改善了生態(tài)環(huán)境，帶來了極大的環(huán)境效益，同時(shí)促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來了顯著的社會(huì)效益。本研究選取了具有代表性的4個(gè)示范工程作為評(píng)估對(duì)象，分別為污水管道有害氣體監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)示范工程（E1）、垃圾滲濾液與城鎮(zhèn)污水合并處理優(yōu)化調(diào)控與長效運(yùn)行示范工程（E2）、AAO 工藝功能提升“精細(xì)化”調(diào)控技術(shù)（E3）、重慶兩江新區(qū)城市水系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究與示范工程（E4）。

根據(jù)上述建立的水污染治理工程績效評(píng)估體系，對(duì)選取的4個(gè)示范工程進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。示范工程E1選取的指標(biāo)為技術(shù)效益（D1-D8）、環(huán)境效益（D20-D22，D24）、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益（D25，D26，D30-D34）共19個(gè)指標(biāo)。其中水污染發(fā)生頻率、設(shè)備完好率、單位投資成本、單位運(yùn)行成本為定量指標(biāo)，參考相關(guān)工程文件得到具體數(shù)據(jù)：水污染發(fā)生頻率為0次，設(shè)備完好率為100%，單位投資成本較同類型節(jié)約20%，單位運(yùn)行成本較同類型節(jié)約40%。公眾滿意度、民眾教育作用、政府影響力提升通過現(xiàn)場發(fā)放問卷獲取數(shù)據(jù)，總發(fā)放問卷50份，回收50份。其他指標(biāo)通過邀請(qǐng)多名專家進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，采用式（2）～（6）的方法計(jì)算各指標(biāo)隸屬度。

由式（7）計(jì)算得到新的權(quán)重集為：

W=[0.006 0.018 0.018 0.034 0.026 0.029 0.050 0.044 0.061 0.140 0.163 0.151 0.023 0.038 0.066 0.052 0.013 0.033 0.037]

根據(jù)式（8）可得到示范工程的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬度原則，此示范工程績效水平屬于優(yōu)秀。其他示范工程的計(jì)算方法與此相同。指標(biāo)選擇上，示范工程E2與示范工程E3選擇的指標(biāo)為技術(shù)效益（D1-D8）、環(huán)境效益（D9-D22）、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益（D25-D34）共32個(gè)指標(biāo)；示范工程E4選擇的指標(biāo)為技術(shù)效益（D1-D8）、環(huán)境效益（D9-D23）、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益（D25-D34）共33 個(gè)指標(biāo)。評(píng)估結(jié)果見表4。

表4 4個(gè)示范工程的績效評(píng)估結(jié)果Tab.4 The evaluation results of 4 demonstration projects

從表4可知，評(píng)估的4個(gè)示范工程中，示范工程E1和E4的水污染治理績效最高，為優(yōu)秀。其次為示范工程E3，績效水平為良好。示范工程E2的水污染治理績效最差，為中等。根據(jù)實(shí)地調(diào)研可知，示范工程E1自2010年10月投入示范現(xiàn)場試運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集與傳輸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目組開發(fā)的最新技術(shù)設(shè)備均應(yīng)用于示范工程中，系統(tǒng)及各現(xiàn)場終端設(shè)備工作正常、運(yùn)行穩(wěn)定，獲得使用單位好評(píng)。該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行17個(gè)月，成功報(bào)警237次，且均得到了妥善處理。示范工程E2通過示范后，垃圾滲濾液均勻穩(wěn)定地匯入污水處理廠，通過污水廠運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)控，污水處理廠的COD、TN 和TP的去除率得到改善，穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)，COD、TN和TP削減率共提高了約20%，同時(shí)出水的水質(zhì)更加穩(wěn)定。示范工程E3通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，在某污水處理廠進(jìn)行技術(shù)示范，出水穩(wěn)定優(yōu)于一級(jí)B標(biāo)，主要污染物減排量COD 提高了10.2%，TN 提高了18.3%，TP提高了14.8%，單位水量平均電耗降低了15.3%。示范工程E4屬于集成技術(shù)示范工程，涵蓋了14 項(xiàng)單項(xiàng)技術(shù)。結(jié)果顯示，示范工程對(duì)來水中COD的平均去除率達(dá)到59%，對(duì)TN的平均去除率達(dá)到50%，對(duì)TP 的平均去除率達(dá)到46.1%，對(duì)SS 的平均去除率達(dá)到93.6%，減少地表徑流83.7%，該示范工程中的技術(shù)在重慶其他區(qū)域開展了推廣應(yīng)用。從以上數(shù)據(jù)可以看出，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況較為相符。

同時(shí)，對(duì)示范工程E1各層指標(biāo)隸屬度分析可知，示范工程的治理技術(shù)效益以及環(huán)境效益顯著，說明其治理技術(shù)選擇恰當(dāng)，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了較大正面影響，適宜推廣應(yīng)用。但在社會(huì)影響方面還有所欠缺，今后應(yīng)加強(qiáng)在公眾中的宣傳作用，發(fā)揮正面積極的引導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

（1）基于水污染治理工程的特點(diǎn)，從技術(shù)效益、環(huán)境效益、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，構(gòu)建了包含3個(gè)準(zhǔn)則層，8個(gè)主題層，34個(gè)指標(biāo)的水污染治理工程績效評(píng)估體系。利用改進(jìn)的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法建立評(píng)估模型，并以三峽庫區(qū)水專項(xiàng)示范工程為例進(jìn)行實(shí)證分析。

（2）傳統(tǒng)的水污染治理工程績效評(píng)估多局限于對(duì)水環(huán)境治理效果的評(píng)價(jià)，且評(píng)估指標(biāo)單一。本研究加入了對(duì)工程管理以及治理技術(shù)方面的評(píng)價(jià)，構(gòu)建了一套特性指標(biāo)體系，并提出一種新的評(píng)估模式，對(duì)于不同的水污染治理工程，選擇不同的評(píng)估指標(biāo)，能夠更有針對(duì)性地對(duì)水污染治理工程做出準(zhǔn)確客觀的評(píng)價(jià)。

（3）對(duì)三峽庫區(qū)水專項(xiàng)示范工程的實(shí)證研究表明，此評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況較為相符，證明該方法具有良好的適用性，研究可為水污染治理工程績效評(píng)估以及水污染治理技術(shù)的應(yīng)用推廣提供決策依據(jù)。

（4）水污染治理工程的多樣性，給綜合評(píng)價(jià)帶來一定的困難，本方法涵蓋較多定性指標(biāo)，需參考專家意見，評(píng)價(jià)結(jié)果主觀性較強(qiáng)。在指標(biāo)體系構(gòu)建過程中，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性和適用性，多選用常規(guī)指標(biāo)，一些特性指標(biāo)未納入指標(biāo)體系，在今后的研究中，可對(duì)水污染治理工程進(jìn)行分類，進(jìn)一步細(xì)化指標(biāo)體系，做好備選，替換指標(biāo)集和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)水污染治理工程的多樣性，便于對(duì)每類工程進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>