張 寧，左 麗，張 瀾

(杭州電子科技大學 管理學院，浙江 杭州 310018)

水利信息化指的是充分運用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新一代信息技術，構建全要素動態(tài)感知監(jiān)測體系、高速運行的水利信息網(wǎng)絡、高度集成的水利大數(shù)據(jù)中心。水利信息化著力于在水文監(jiān)測、水資源配置、水利建設和管理標準化等方面加強技術研究，提升水利監(jiān)督的效能，從而有利于促進新技術與水利建設和管理的深度融合。黨的十九大報告強調(diào)要建設網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國，把城市基礎設施建設作為創(chuàng)新型國家的重要內(nèi)容。為響應黨的號召，國家水利部明確表示，要全面加快水利信息化建設，大力推進水利科技創(chuàng)新和信息水利建設，使“云、網(wǎng)、端、臺”基礎建設實現(xiàn)重大突破，帶動基礎設施水網(wǎng)加快升級，大幅提升管理效率，使水利信息化進入發(fā)展新階段。近年來，我國始終堅持以生態(tài)文明建設新理念為統(tǒng)領，不斷運用信息化技術積極創(chuàng)新，打造出河更暢、水更清、岸更綠、景更美的良好生態(tài)，將信息化延伸到水利工作的各個方面，實現(xiàn)了水利信息化管理。疫情期間，我國將水污染防治工程的監(jiān)測與水環(huán)境治理等重心落在水利信息化發(fā)展上，以提升前期水質(zhì)為基礎打造水利信息化平臺，有效地提高了水環(huán)境保護的科學性、精準性和實效性。新冠肺炎疫情的發(fā)生，全國城市的水生態(tài)環(huán)境治理被作為疫情防控的重要手段，我國對醫(yī)療污水、城鎮(zhèn)生活污水處理設施及時進行現(xiàn)場排查，強化各地區(qū)水利信息化的在線監(jiān)控，通過智慧治水方法監(jiān)督水利企業(yè)完成治水任務并依法查處水污染超標等問題。

一、文獻回顧

國內(nèi)外水利信息化實踐取得了豐碩成果，水利信息化經(jīng)驗及理論研究不斷涌現(xiàn)。2017年水利部參事咨詢委員會在浙江等地的專題調(diào)研報告中論述了水利信息化建設的必要性及其初步設想。梅丹等[1]認為水利信息化是借助水智能系統(tǒng)形成的水利管理模式，在常規(guī)的水處理與管理技術基礎上，采用信息控制融合系統(tǒng)，對自來水、污水等各種水處理設施的運行數(shù)據(jù)進行一元化管理，從而提高城市整體的水循環(huán)經(jīng)營效率。張建新等[2]分析了水利信息化現(xiàn)狀，對水利信息化建設的透徹感知、全面互聯(lián)、整合共享、智能應用等內(nèi)容提出了建議。國際上對水利信息化的認識偏向于技術領域，對其概念解釋也相對缺乏。Choi等[3]提出將具有豐富經(jīng)驗的水管理技術與先進的信息通信技術(ICT)相融合，覆蓋整個水循環(huán)過程，強調(diào)用標準化框架來構建一個綜合的水利信息化管理模型。Victor等[4]和Kulkarni等[5]認為將ICT運用于監(jiān)測和管理城市水系統(tǒng)，可以通過手機實時數(shù)據(jù)了解供需情況。根據(jù)我國國情以及水利信息化發(fā)展情況，將水利信息化解釋為通過在線監(jiān)測設備實時感知城市供排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機整合水利管理部門與供排水設施，形成“水利物聯(lián)網(wǎng)”，及時分析處理海量水利信息，做出相應處理結果輔助決策，以更加精細和動態(tài)的管理方式促進水利系統(tǒng)服務流程，從而達到水利信息化的狀態(tài)。

本文結合國內(nèi)實踐工作(管理)者及部分學者的研究成果[6-7]，針對我國水利信息化發(fā)展綜合評價與管理現(xiàn)狀，在綜合審視各省域水利建設的發(fā)展水平基礎上，重點制定水利信息化發(fā)展戰(zhàn)略和模式，促進水利產(chǎn)業(yè)市場的良性運行及水資源配置的全面優(yōu)化。基于新社會經(jīng)濟學中的市場嵌入理論，采用熵值-核主成分分析模型[8]構建我國水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系，科學度量水利信息化進程并對各省市各地區(qū)建設成效提供有效的評估方法。最后運用該評價指標體系對我國30個省(自治區(qū)、直轄市)進行綜合評價分析，總結當前我國各地區(qū)水利信息化發(fā)展水平與空間差異，并制定相關政策與發(fā)展模式及建議。

二、水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系

(一)水利信息化評價指標體系構建的理論基礎

在評價指標的選取方面，始終遵循科學性、全面性、系統(tǒng)性與可操作性原則，并以實現(xiàn)經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益的統(tǒng)一為目標。在梳理現(xiàn)有相關研究成果的基礎上，通過理論分析發(fā)現(xiàn)，公共產(chǎn)品市場化對優(yōu)化資源配置具有重要作用[9]，對水資源這類直接影響公眾日常生活的公共產(chǎn)品來說，尤為如此。Granovetter[10]提出新社會經(jīng)濟學中的市場嵌入理論，將經(jīng)濟行為嵌入社會關系網(wǎng)絡之中，為水利信息化的市場嵌入機制提供了理論基礎。市場嵌入理論是指行為主體之間互依、相適的過程[11]。本文鑒于此概念，結合我國水利信息化的發(fā)展現(xiàn)狀，構建了水利信息化與市場嵌入的理論關系。在大數(shù)據(jù)背景下我國水利建設要想實現(xiàn)水利管理智能化、信息化，離不開傳感器、通信移動設備等硬件技術的輔助以及物聯(lián)網(wǎng)、云計算等應用系統(tǒng)軟件的支持。因此以大數(shù)據(jù)平臺為基礎的水利信息化管理平臺，需要通過實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)共享，將有關水利信息進行分類整合，為水利工作者提供參考。高效的信息與技術市場是水利管理實現(xiàn)水利信息化的重要保障，也應是重要的指標體系。完善國家水利部水利信息化綜合評價體系[12]，將智慧城市指標體系研究成果[13-15]與水利信息化實際情況相結合，可進一步構成水利信息化發(fā)展綜合評價體系的理論框架，如圖1所示。

圖1 水利信息化與市場嵌入理論關系圖

(二)指標篩選與評價體系

首先，根據(jù)水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系及市場嵌入理論框架，預選評價指標集；其次，通過德爾菲法——專家打分法篩選指標，構建出具有6個二級指標、24個三級指標的水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系，如表1所示；最后，檢驗指標設置是否涵蓋了社會經(jīng)濟發(fā)展、電子政務管理、資本市場注入、信息市場共享、技術市場支撐、人才市場支持等領域，力求符合我國現(xiàn)階段水利信息化市場發(fā)展情況。

表1 水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系

我國現(xiàn)代信息技術的發(fā)展有效促進了水利行業(yè)技術的發(fā)展，水利信息化進一步促進了國民經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，信息技術、水利信息化、社會經(jīng)濟三者互惠互利、共同發(fā)展。因此將社會經(jīng)濟發(fā)展作為一項二級評價指標具有一定的現(xiàn)實意義。社會經(jīng)濟發(fā)展指標主要用于衡量各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、人均經(jīng)濟收入和水資源擁有量的綜合水平，反映水利信息化的社會環(huán)境。電子政務管理指標用于衡量地區(qū)政府管理部門在水利信息化工程以及水利網(wǎng)絡安全建設方面的綜合水平，反映水利信息化在政府管控下的發(fā)展情況。資本市場注入指標用于衡量水利信息化項目規(guī)模、資本投入與運營維護的綜合水平，繼而反映水利信息化的資本投入規(guī)模。信息市場共享指標衡量水利信息化建設中信息采集、工程建設管理與網(wǎng)絡安全建設的綜合水平，反映水利信息化的信息傳輸與系統(tǒng)平臺建設情況。技術市場支撐指標主要用于衡量物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動終端以及遙感終端的綜合應用水平，反映新一代信息技術在水利信息化向深層次發(fā)展中的引領作用。人力市場支持指標用于衡量高層次人才與制度化管理綜合水平，反映水利信息化中人才資源發(fā)展的需要及其作用。

(三)熵值-核主成分模型構建

根據(jù)上述水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系的構建，運用熵值-核主成分模型來評價其發(fā)展水平。核主成分分析法(簡稱KPCA法)是對指標數(shù)據(jù)進行特征提取后降維，進而通過數(shù)據(jù)集的主要成分有效地解決數(shù)據(jù)非線性問題的一種特有方法，但其缺點是運用方差貢獻率作為權重尚存在著一定的主觀成分。為此，研究加入熵值法來描述信息源的無序程度，判斷水利信息化評價指標的離散程度，不失是一種相對客觀的賦權方法。兩種方法的綜合應用，可以有效地避免評價指標權重賦值的主觀性與片面性。

第一步，假設評價對象個數(shù)為n，評價指標個數(shù)為m，則可得到相對應的數(shù)據(jù)矩陣yi。

yi={yi1,yi2,…,yij}(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(1)

第二步，采用極值法對指標數(shù)據(jù)無量綱化處理。

(2)

第三步，利用變換T對樣本空間Xm中的數(shù)據(jù)映射到特征空間F，并選取核函數(shù)進行內(nèi)積計算，得到矩陣K。設映射后的像為Φ(Xi)，可得到映射后協(xié)方差矩陣如式(3)所示。

(3)

(4)

其中Fiz為第i個省份第z個主成分的得分，λzj為第z個主成分中第j個指標的特征向量。

第五步，熵值法計算某年份時第j個指標下編號為i省份指標值的比重pij:

(5)

第六步，計算各主成分的熵值e與差異性系數(shù)g。第j項指標的熵值ej為：

(6)

第j項指標的差異性系數(shù)gj為：

gj=1-ej

(7)

第七步，確定各主成分的熵權重。指標間差異越大，熵值越小，對應的權重系數(shù)越大；反之亦然。若z為主成分個數(shù)，則第j項指標的權重為：

(8)

第八步，利用R語言軟件進行核主成分分析與熵值運算，計算得到各主成分得分與其對應熵權，由此得到水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系的綜合得分。第i個省份的綜合得分為：

(9)

綜合得分反映了水利信息化發(fā)展的總體水平，讓抽象概念實現(xiàn)量化，其得分S越大，表明水利信息化發(fā)展在該省發(fā)展水平越高、應用程度越好。

三、熵值-核主成分模型的省域水利信息化發(fā)展綜合評價

(一)樣本選擇及數(shù)據(jù)來源

研究運用表1水利信息化發(fā)展綜合評價指標體系，對2018年我國30個省(自治區(qū)、直轄市)的水利信息化發(fā)展水平進行綜合評價。其中有關社會經(jīng)濟發(fā)展的宏觀指標及人力市場支持的相關數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》及各省份的統(tǒng)計年鑒；信息市場共享數(shù)據(jù)是通過整理《中國科技統(tǒng)計年鑒》及各省份科技統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)計算得出；其余水利市場數(shù)據(jù)均來源于國家水利部發(fā)行的《全國水利網(wǎng)信發(fā)展報告》，2017年更名為《中國水利信息化發(fā)展報告》。

(二)評價結果與分析

在標準化轉(zhuǎn)換的基礎上，對原始數(shù)據(jù)進行相關性檢驗，結果顯示：KMO統(tǒng)計量為0.753，Bartlett球形檢驗的近似卡方值為895.3，顯著性概率為0.000，小于標準值0.05，應拒絕原假設，表示變量間存在顯著的相關性，適合進行深入分析。將數(shù)據(jù)代入模型中，運用MATLAB編寫程序，經(jīng)過多次數(shù)據(jù)實驗，發(fā)現(xiàn)選取多項式核函數(shù)：K(x,y)=0.63×(x·y+7.3)6時，前六項主成分累計貢獻率達到96.73%，滿足綜合評價要求。根據(jù)熵值法可得2018年我國30個省(自治區(qū)、直轄市)水利信息化發(fā)展評價指標體系中6個主成分的熵值、差異性系數(shù)以及熵權，具體計算結果見表2。

表2 2018年我國水利信息化發(fā)展綜合評價中各主成分的熵值及權重

結合原始數(shù)據(jù)構建矩陣yi，并進行無量綱化Xij處理，將式(4)的主成分得分與熵權wj的計算結果代入式(9)，可以進一步計算出2018年我國30個省市(自治區(qū))水利信息化發(fā)展綜合評價系數(shù)、各類市場嵌入評價指數(shù)的綜合得分及排名，如表3所示。

表3 2018年我國30省(自治區(qū)、直轄市)水利信息化發(fā)展綜合評價結果

根據(jù)評價指標與評價系數(shù)的相關性及大小關系，發(fā)現(xiàn)人均地區(qū)生產(chǎn)總值A1，水利信息化項目年度投資C11，水利信息資源數(shù)據(jù)總量D14，大數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)比重E18，遙感應用系統(tǒng)比重E20，碩士及以上學歷人員占職工比重F22與水利信息化發(fā)展水平綜合得分的皮爾遜相關系數(shù)最大。考慮到KPCA法提取的主成分指標物理意義不明確，不利于對評價結果進行深入分析，可用聚類分析對這一缺陷進行改進。以水利信息化發(fā)展綜合評價系數(shù)與綜合得分為聚類變量，采用平方歐氏距離測量，使用組間聯(lián)接得到聚類分析結果，如表4所示。

表4 我國省域水利信息化綜合發(fā)展水平聚類分析結果

總體而言，我國省域間水利信息化發(fā)展水平可分為五個類別，分別為發(fā)達領先型、相對優(yōu)勢型、積累成長型、提升趕超型以及相對落后型。從評價得分來看，發(fā)展水平最好的省份是上海市，綜合得分為2.50，而排名最后的是青海，得分僅為-0.86，存在較大的發(fā)展空間。評價得分超過標準值的省份僅有10個，占比僅為33.3%，表明大部分省份水利信息化發(fā)展水平較低，水利信息化程度不高。各省份的水利信息化發(fā)展都具有不同程度的提升空間，不存在某個省份發(fā)展水平絕對領先。從各區(qū)域分布態(tài)勢來看，水利信息化發(fā)展水平整體上呈現(xiàn)“東快西慢”的發(fā)展格局，各省域間差異較大，呈現(xiàn)出由東部逐漸向西北部遞減的特點，表現(xiàn)為東部地區(qū)省份水利信息化發(fā)展水平高于西部地區(qū)、南部地區(qū)高于北部地區(qū)。其中東部地區(qū)發(fā)揮著核心主導的引領作用，發(fā)展水平較高，如上海、江蘇、廣東等省(直轄市)均屬于發(fā)達領先型區(qū)域，浙江、北京、山西等地也具有相對發(fā)展優(yōu)勢。不同于浙江、北京在水利信息化方面具有得天獨厚的技術資本條件，山西的各項評價指標均無明顯優(yōu)勢，但仍依靠其在水利信息化的六項指標中的均衡得分在全國處于前列，其中信息市場共享程度和社會經(jīng)濟發(fā)展指標得分較高，說明從全國來看，山西水利信息化市場的投資建設做的相對較好?！吧轿髦L在于煤，山西之短在于水”，山西省的水資源一直較為匱乏，政府也深知此項短板帶來的經(jīng)濟弊端，因此通過廣泛利用信息化技術手段來監(jiān)測水資源的可持續(xù)發(fā)展，及時帶動水利信息化的發(fā)展并取得了一定成效。天津、山東、廣西、河北等中北部省份則處于積累發(fā)展階段。其他17個省份均位于提升趕超型行列，占了超過一半的份額。江西、云南、青海屬于相對落后型，且大多位于西部地區(qū)，表明我國水利信息化發(fā)展不平衡、全國總體發(fā)展情況不容樂觀。綜上所述，我國水利信息化要堅持求同存異、協(xié)調(diào)發(fā)展的方針。一方面要繼續(xù)鼓勵東南沿海地區(qū)又好又快地發(fā)展，保持發(fā)展優(yōu)勢，另一方面也要加大對西北部地區(qū)的支持力度，推動其走上快速發(fā)展道路。水利行業(yè)作為民生基礎性行業(yè)，與民眾關系密切，而水利信息化則是信息技術與傳統(tǒng)水利的有效融合，如何進一步協(xié)調(diào)各區(qū)域的平衡來綜合發(fā)展水利信息化，將是未來建設中應重點關注的內(nèi)容。

(三)市場嵌入視角下不同省域水利信息化發(fā)展的差異分析

從市場嵌入視角出發(fā)，將各省域在各主成分上的得分系數(shù)作為聚類因子進行分析，深入把握水利信息化發(fā)達領先型、相對優(yōu)勢型、積累成長型、提升趕超型以及相對落后型區(qū)域在各類市場維度上的綜合表現(xiàn)與影響因素，進一步為促進各省域水利信息化發(fā)展提出針對性建議，如圖2所示。

圖2 各省域水利信息化科技發(fā)展的市場嵌入關系示意圖

首先，發(fā)達領先型地區(qū)(上海、江蘇、廣東)的水利信息化發(fā)展優(yōu)勢主要歸因于穩(wěn)固的社會經(jīng)濟基礎以及雄厚的資本市場，三個地區(qū)作為我國經(jīng)濟大省，人均GDP遠高于全國平均水平。2018年水利信息化投資分別達到1 708萬元、2 296萬元、2 566萬元，水利資本投入促進了該類地區(qū)的信息化發(fā)展水平。

其次，相對優(yōu)勢型地區(qū)(浙江、北京、山西)電子政務、技術與人力市場綜合狀況相對較強。水利信息化強調(diào)系統(tǒng)智能化，對技術層面的要求相對較高，對高層次人才需求更加迫切，技術與人力市場為水利信息化的提升創(chuàng)建了堅實的基礎。如近年來浙江省大力發(fā)展“數(shù)字經(jīng)濟”，通過新信息技術研發(fā)和高層次人才市場，為水利信息化提供技術與人才保障，“最多跑一次”有效地提高了電子政務能力。

再次，積累成長型地區(qū)(天津、山東、廣西、河北)社會經(jīng)濟發(fā)展具有一定優(yōu)勢，資本、信息、技術與人力市場卻表現(xiàn)一般，尚存在較大的提升空間。如圖2所示，天津在水利信息化領域的資本市場投入力度相對不足，山東信息市場建設力度不夠，河北人力市場供給不足以及廣西省技術市場發(fā)展落后等成為其主要限制因素。

最后，提升趕超型地區(qū)(湖南、內(nèi)蒙古等17個省)以及江西、云南、青海等相對落后型地區(qū)多數(shù)位于我國中西部，社會經(jīng)濟與信息技術發(fā)展水平相比沿海地區(qū)處于相對劣勢。且近年來該類地區(qū)的高層次人才流失現(xiàn)象較為嚴重，導致其水利信息化發(fā)展受到了一定的阻礙，尤其受技術市場影響，多數(shù)地區(qū)的評價得分值遠低于全國平均水平。

綜上所述，我國水利信息化發(fā)展水平與社會經(jīng)濟、電子政務、資本市場、信息市場、技術市場、人力市場六個指標均有不同程度的相關，其中信息市場的共享程度、資本市場的投資力度與技術市場的推廣應用是水利信息化發(fā)展的重要因素，且正向影響較為顯著，市場經(jīng)濟越發(fā)達的地區(qū)，其水利信息化發(fā)展綜合實力越強。在水利信息化發(fā)展評價中嵌入市場機制，提高水利信息化的資本市場投入，提升技術市場創(chuàng)新能力，激發(fā)市場活力，將會是水利信息化未來發(fā)展中值得關注的問題。針對實證結果提出如下建議：一是加大水利信息化項目投資力度，政府引導社會資本注入，探索諸如PPP融資模式的新思路與新方法。以陜西省為例，近年來該省水利集團積極探索創(chuàng)新，開展縣城供水服務，以PPP融資模式破解縣城供水難題，使水利市場化成效顯著；二是加大對水利行業(yè)新一代信息技術的研發(fā)力度，提高信息共享率。水利信息化自然離不開新信息技術的保障，加大水利信息化投入力度，提倡創(chuàng)新型、實用型研究，能夠增強水利信息化建設的核心競爭力，進而推動智慧水務的發(fā)展；三是要重視水利行業(yè)高層次人才隊伍建設，引導其在水利信息化中發(fā)揮更大的作用。

四、結語

水利信息化是智慧水利的重要組成部分，尤其是在大數(shù)據(jù)發(fā)展背景下，全國各地都非常重視其科技發(fā)展，相關水利信息化項目也在如火如荼地展開。本文從新信息技術中的市場嵌入視角，構建了我國水利信息化科技發(fā)展綜合評價指標體系，并對30個省(自治區(qū)、直轄市)的水利信息化發(fā)展水平進行了實證分析。研究在指標體系的建設與選擇上，充分考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性、真實性和科學性，盡量保持指標相對完整，具備一定的評價原則和依據(jù)，為其他各省的水利信息化發(fā)展提供一定的參考價值。但隨著數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展，還需對未來數(shù)字化發(fā)展指標加以補充和完善。另外，研究發(fā)現(xiàn)各省域水利信息化發(fā)展水平參差不齊，且差距明顯，聚類分析結果也表明，區(qū)域發(fā)展整體上呈現(xiàn)出“東快西慢”的發(fā)展格局，由東部地區(qū)逐漸向西北部地區(qū)遞減，且出現(xiàn)五種層級分化，分別為以上海為代表的發(fā)達領先區(qū)，以浙江為代表的相對優(yōu)勢區(qū)，以天津為代表的積累成長區(qū)，以湖南、內(nèi)蒙古為代表的提升趕超區(qū)及以青海、云南為代表的相對落后區(qū)。此外，從市場嵌入聚類細化分析發(fā)現(xiàn)，水利信息化發(fā)展水平與資本市場注入、信息市場共享、技術市場支撐等三個市場維度有顯著正相關，從而為未來我國各省域的水利信息化建設提供理論依據(jù)與實踐基礎。