劉立娟

(朝陽縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì),遼寧 朝陽 122000)

水是維持經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和自然生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的戰(zhàn)略性資源,對(duì)于促進(jìn)生態(tài)、生產(chǎn)和生活良好發(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用[1]。近年來,水資源開發(fā)利用不合理以及用水量激增導(dǎo)致水安全面臨著嚴(yán)峻威脅,加之水災(zāi)害頻發(fā)和水環(huán)境污染使得水安全問題更加嚴(yán)重。20世紀(jì)70年代最早提出了水安全的概念,其重點(diǎn)和目標(biāo)是滿足生態(tài)、社會(huì)用水需求并實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展[2]。因此,水安全評(píng)價(jià)作為水資源管理的依據(jù)逐漸引起廣大學(xué)者的關(guān)注。

針對(duì)水安全問題許多學(xué)者分析探討了保護(hù)對(duì)策、內(nèi)涵特征等內(nèi)容,隨著研究的深入定量評(píng)價(jià)了水安全狀況,大多集中于水足跡、水資源承載力以及水資源供需平衡等領(lǐng)域?？傮w上,可以將評(píng)價(jià)方法劃分成5類:①主成分法,由于主成分的含義比較模糊難以確定水安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),從而使得評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定主觀性;②模糊綜合法,對(duì)于多層次問題的處理表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì),但評(píng)價(jià)結(jié)果受人為干擾較大;③層次分析法,該方法存在的缺陷與模糊綜合法相同;④系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)法,可有效解決復(fù)雜的水安全系統(tǒng)問題,但主要側(cè)重于單個(gè)子系統(tǒng)問題;⑤投影尋蹤回歸法和多目標(biāo)規(guī)劃法等。為全面反映城市水安全狀況,需要從多個(gè)維度選擇合適的指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,多基于DPSIR概念模型、水壓力和水貧困指數(shù)法等建立評(píng)價(jià)體系[3-7]。然而,隨著城市的發(fā)展變化已有評(píng)價(jià)體系存在指標(biāo)代表性不夠、指標(biāo)不全或冗雜等問題,對(duì)誰安全評(píng)價(jià)的客觀性造成性影響。因此,文章充分考慮國(guó)內(nèi)外水安全相關(guān)規(guī)劃、民眾關(guān)注焦點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)現(xiàn)狀以及水安全的內(nèi)涵特征,從城市涉水系統(tǒng)中選擇代表性指標(biāo),運(yùn)用綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)朝陽市水安全狀況,以期為城市水資源合理開發(fā)利用及水安全管理提供科學(xué)依據(jù)[8-10]。

1 研究方法

1.1 評(píng)價(jià)體系與權(quán)重計(jì)算

文章結(jié)合城市水安全相關(guān)規(guī)劃及其內(nèi)涵特征,聚焦水監(jiān)管服務(wù)、水生態(tài)保護(hù)、水資源高效利用、水源供給保障和水災(zāi)害規(guī)避等核心要素,將城市水安全劃分成5個(gè)子系統(tǒng),并采用專家咨詢、理論分析以及頻度統(tǒng)計(jì)等方法細(xì)化成31項(xiàng)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系。

權(quán)重反映了在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中各個(gè)指標(biāo)的重要程度,也是單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)水安全評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)率。目前,常見的權(quán)重計(jì)算方法有層次分析法、因子分析法、熵值法和專家打分法等?？紤]到本研究所用指標(biāo)大多體現(xiàn)涉水管理,且參評(píng)指標(biāo)較多的實(shí)際情況,對(duì)各指標(biāo)權(quán)重利用專家打分法計(jì)算確定。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)定各指標(biāo)權(quán)重,參考領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家意見適當(dāng)調(diào)整后確定最終權(quán)重,評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)權(quán)重如表1。其中,“+”、“-”代表正向和負(fù)向指標(biāo)。

表1 朝陽市水安全評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)權(quán)重

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化處理

為消除水安全指數(shù)計(jì)算受量綱不同的影響,必須標(biāo)準(zhǔn)化處理指標(biāo)數(shù)據(jù)。其中,指數(shù)型功效系數(shù)法是常用的標(biāo)準(zhǔn)化處理方法,該方法就是利用直線關(guān)系處理指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其數(shù)值變化之間的關(guān)系[11-12]。實(shí)際上,指標(biāo)數(shù)值變化與邊際效益遞減存在相似的特點(diǎn),對(duì)水安全評(píng)價(jià)并非簡(jiǎn)單的線性規(guī)律。因此,為更加客觀地處理兩者關(guān)系,綜合應(yīng)用指數(shù)型功效函數(shù)與邊際效益遞減原理,標(biāo)準(zhǔn)化處理參評(píng)指標(biāo)數(shù)值,從而保證評(píng)價(jià)結(jié)果客觀真實(shí)性與準(zhǔn)確性,具體計(jì)算公式為:

(1)

(2)

式中:Im、Is為中間變量和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值,Im取值區(qū)間為1/e～1,Is取值區(qū)間為0～1;x、xmax、xmin為待標(biāo)準(zhǔn)化值以及合理范圍內(nèi)指標(biāo)數(shù)據(jù)可以達(dá)到的上限(最大)和下限(最小)值,即參考值。

以控制值、上限和下限值作為指標(biāo)閾值,合理設(shè)置指標(biāo)上、下限值,正向指標(biāo)值越大則水安全程度越高,反之則越低。對(duì)灌溉水有效利用系數(shù)、萬元工業(yè)增加值用水量和萬元GDP用水量設(shè)置相對(duì)控制值,其中控制值高于萬元工業(yè)增加值用水量和萬元GDP用水量為優(yōu),控制值低于灌溉水有效利用系數(shù)為優(yōu)[13-14]。根據(jù)相關(guān)專家意見、地區(qū)規(guī)劃和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定參評(píng)指標(biāo)閾值如表1所示,采用上述公式和上、下限值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由涉水事務(wù)監(jiān)管、河湖生態(tài)、用水、飲水和防洪安全5個(gè)分指數(shù)構(gòu)成水安全綜合指數(shù),通過加權(quán)計(jì)算單指標(biāo)無量綱數(shù)值與權(quán)重確定各分指數(shù),再加權(quán)求和各分指數(shù)確定綜合指數(shù)WSI,其計(jì)算公式為:

(3)

(4)

式中:Xi為涉水事務(wù)監(jiān)管、河湖生態(tài)、用水、飲水和防洪安全各分享指數(shù);Wi、Wj為單指標(biāo)以及分指數(shù)Xi的權(quán)重。

根據(jù)相關(guān)研究成果將城市水安全合理劃分成5個(gè)等級(jí),水安全分指數(shù)Xi和綜合指數(shù)WSI處于0～0.4、0.4～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8和0.8～1范圍時(shí),所對(duì)應(yīng)的等級(jí)分別為不安全、較不安全、基本安全、較安全和安全。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)概況

朝陽市位于遼寧省西部,總面積19736km2,下轄北票市、凌源市、朝陽縣、龍城區(qū)和雙塔區(qū)。境內(nèi)河流主要有老哈河、青龍河、大凌河和小凌河,其中69條河流流域面積超過100km2,總集水面積19777km2,地表徑流量13.22億m3。研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候,平均氣溫5.4～8.7℃,年降水量450～580mm,降雨偏少,日照充足,地形主要是河谷平原及山區(qū)。朝陽市土地資源、人口、生態(tài)與水資源組合不匹配,加之用水效率較低、水資源時(shí)空分配不均等導(dǎo)致水環(huán)境污染和水資源匱乏。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展加劇了水資源問題,城市水安全面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),亟待研究分析其水安全狀況[15-16]。

2.2 水安全評(píng)價(jià)

研究所用數(shù)據(jù)來源于朝陽市水安全戰(zhàn)略規(guī)劃、2020年水利統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)以及生態(tài)環(huán)境和水利等部門有關(guān)資料。采用公式(3)～(4)和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值評(píng)價(jià)2020年朝陽市水安全狀況,結(jié)果如表2所示。

表2 朝陽市水安全綜合指數(shù)

2.3 結(jié)果分析

由表2可知,2020年朝陽市水安全總體達(dá)到“基本安全”等級(jí),綜合指數(shù)為0.6605,說明朝陽市面臨著一定的水安全問題,特別是涉水事務(wù)監(jiān)管、飲水和用水安全還存在一定的短板,具體如下:

1)防洪安全子系統(tǒng)處于“較安全”等級(jí),該分指數(shù)為0.7064,相較于其它分指數(shù)較大,這是因?yàn)樯胶闇线_(dá)標(biāo)治理率Q3(0.7816)和堤防達(dá)標(biāo)率Q1(0.8561)表現(xiàn)較高,而水庫(kù)病險(xiǎn)率Q2(0.5427)為主要短板,由于全市小型水庫(kù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低、建設(shè)時(shí)間焦躁且數(shù)量眾多,實(shí)際運(yùn)行過程中水庫(kù)安全隱患較大,為增強(qiáng)對(duì)自然災(zāi)害的抵御能力應(yīng)加強(qiáng)病險(xiǎn)水庫(kù)治理。

2)飲水安全子系統(tǒng)處于“基本安全”等級(jí),該分指數(shù)為0.6171。其中,規(guī)?；こ谭?wù)人口比例Q8(0.2871)、城市官網(wǎng)漏損率Q11(0.2856)和供水安全系數(shù)Q6(0.4188)評(píng)分較低,這是因?yàn)槌鞘酗嬘盟枨箅S著城鎮(zhèn)化水平的提升逐漸增大,而配套官網(wǎng)和供水工程相對(duì)滯后使得供水能力不足,并且城市管網(wǎng)面臨著突出的漏損和明顯老化問題,為提高城市供水保障能力應(yīng)加強(qiáng)供水官網(wǎng)和維護(hù)和規(guī)?；┧こ探ㄔO(shè)。

3)用水安全子系統(tǒng)處于“基本安全”等級(jí),該分指數(shù)為0.6011。其中,工業(yè)用水重復(fù)利用率Q16(0.3862)、有效灌溉面積比例Q17(0.4786)、大中型灌區(qū)骨干工程完好率Q18(0.4528)和農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)Q15(0.5056)評(píng)分較低,說明朝陽市工農(nóng)業(yè)用水效率較低,節(jié)水措施尚不完善,為進(jìn)一步提升全市用水效率必須加大各行業(yè)節(jié)水力度。

4)河湖生態(tài)安全子系統(tǒng)處于“較安全”等級(jí),該分指數(shù)為0.7231,相較于其它分享指數(shù)較高,說明全市比較注重河湖生態(tài)治理與保護(hù),并且成效顯著。對(duì)于參評(píng)指標(biāo),評(píng)分較低的是河湖水域空間保有率Q20(0.5241),為保證河湖生態(tài)安全仍需加強(qiáng)水源岸線保護(hù),全面落實(shí)河湖管控相關(guān)制度。

5)涉水事務(wù)監(jiān)管安全子系統(tǒng)處于“基本安全”等級(jí),該分指數(shù)為0.6034。其中,重要水管理事項(xiàng)有效實(shí)施率Q27(0.5108)、水利人才結(jié)構(gòu)達(dá)標(biāo)率Q30(0.4922)和水利投資占財(cái)政投入比例Q28(0.0984)評(píng)分較低,說明部分地區(qū)的專業(yè)性人才缺乏、人員老化問題突出且對(duì)水利建設(shè)不夠重視,為進(jìn)一步提升基層監(jiān)管水平應(yīng)加大人才培養(yǎng)、引進(jìn)以及財(cái)政資金投入力度。

3 結(jié) 論

文章結(jié)合水安全的基本內(nèi)涵特征,從涉水事務(wù)監(jiān)管、河湖生態(tài)、用水、飲水和防洪安全的角度選擇典型指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用水安全指數(shù)模型評(píng)價(jià)分析朝陽市水安全狀況。結(jié)果表明,2020年朝陽市水安全總體達(dá)到“基本安全”等級(jí),其中社會(huì)事務(wù)監(jiān)管、用水和飲水安全存在一定短板,應(yīng)強(qiáng)化人才與資金保障、加大節(jié)水力度、加快規(guī)模化供水工程建設(shè)和病險(xiǎn)水庫(kù)綜合治理等。該評(píng)價(jià)體系相比于已有指標(biāo)體系更具有效性和代表性,可以客觀真實(shí)地反映城市水安全實(shí)際情況。但采用專家打分法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重存在一定主觀性,評(píng)價(jià)結(jié)果缺少長(zhǎng)序列年限數(shù)據(jù)支撐,對(duì)城市水安全預(yù)警性偏低。因此,未來仍需利用歷史數(shù)據(jù)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)一步預(yù)判分析水安全形勢(shì)。