基于层次分析法的淮安市水安全综合评价

卢　妍, 周　宇

(淮阴师范学院 城市与环境学院, 江苏 淮安　223300)

基于层次分析法的淮安市水安全综合评价

卢妍, 周宇

(淮阴师范学院 城市与环境学院, 江苏 淮安223300)

摘要:运用层次分析法对淮安市2010～2013年的水安全状况做出评价. 结合淮安市具体情况和水资源状况,筛选符合要求的指标并建立评价体系,对各个指标的影响作出比较与分析,并合理预测其短期内的变化趋势,进而为决策者提供参考．评价结果表明,2010～2013年淮安市水安全等级属于基本安全,但仍然需要改善和提高.并从开源节流、调整产业结构、控制经济增长、改革水资源管理体制等方面提出相应的改善措施．

关键词:层次分析法; 水安全; 权重分析; 淮安市

0引言

近些年来,水资源安全问题逐渐成为社会各界讨论的热点,引起了人们广泛的关注．水安全已经逐渐发展成为国家安全的不可缺失的内容之一,与国防、经济、金融安全一样有着极其重要的战略地位[1]. 水安全可理解为在不超出水资源承载能力的条件下,水资源能够维持人类生存、社会进步与经济发展、支撑良好生态环境的需求的一种安全状态．而水安全问题是指人类生活中以及社会经济发展进程中所发生的与水有关的问题,关系到人类自身发展的各个方面．如今在很多地区,水资源条件的优劣已经发展成为影响城市发展规模和区域产业布局的关键性因素．因此,要实现水资源的可持续利用、协调水资源与人类生活与经济发展的关系,是目前城市发展中具有基础性和战略性的课题．

本文采用科学的分析方法对淮安市近几年的水安全状况做出评价,介绍了层次分析法评价水安全的基本原理和方法步骤,筛选指标,建立评估体系,对水安全相关因素的影响做出比较与分析,并合理预测其未来几年内变化发展的趋势,进而为决策者提供参照,对于改善城市水资源的状况、促进水资源的合理利用、保证和监测城市水安全有着重要意义[2]．

1淮安市水安全评价指标体系的构建

1.1淮安市概况

淮安位于江苏省中北部,是苏北重要的城市之一,地处长江三角洲,位于淮河流域的中下游,是长三角北部地区重要的枢纽城市．淮安是运河之都,境内河网密布,水源充沛,具有较好的水资源条件,同时也是一座具有重要历史地位的著名水城．淮安市境内水利工程众多,市内有全国五大淡水湖之一的洪泽湖．此外,受到特定的地理位置、气候因素以及历史原因,淮安拥有了丰富的水利资源遗产,因此淮安又被称为“洪水走廊”．但是淮安市水资源供需问题仍然较为严重,存在着众多水污染、浪费情况[3].因此,需要对淮安市的水安全状况进行深层次的研究．

1.2指标体系构建

由于水安全评价指标的选择没有统一的标准,因此本文在调查了淮安市具体情况的基础上,从水资源状况、社会、经济等三个方面考虑,兼顾评价体系的完善性与简洁性[1]．

1) 水资源状况: 考虑了淮安地区的年平均降水量和人均水资源总量,除此之外,全年水质平均达标率也是一个重要的水资源的参考标准.

表1　淮安市水安全评价指标体系

2) 社会方面: 常住人口和人口自然增长率体现了一个城市的规模大小和城市人口发展速度,也从某方面反映了水安全压力,居民家庭用水则更为直接地反应城市生活用水需求.

3) 经济方面: 万元GDP用水量体现了城市在经济发展方面的用水投入,工业用水重复利用率、污水集中处理率和工业废水排放量则能说明经济发展的重点工业方面的用水状况[4]．

在总结以上内容的基础上,最后构建出的评价指标体系如表1．

1.3水安全指标权重及一致性检验

1.3.1构造判断矩阵

在初步建立评价指标体系后,按照层次分析法的步骤,依照1～9的标准尺度构造判断矩阵．比较每一层对上一层对应准则的影响程度,从而确定其所占的比重大小．在用标准比较尺度构造矩阵时,所构造的判断矩阵中各要素重要性程度可以通过相互比较得到相应的数值．构造的矩阵如下:

1.3.2层次单排序及检验

判断矩阵中各因素相对于其上一层即准则层的相对权重,就称为层次单排序．由于判断矩阵的构造具备偶然性,因此需要对矩阵进行一致性检验．只有通过了一致性检验,才能说明之前构造的判断矩阵是符合要求的,满足一致性,进而才能进行下一步的分析．如果不标准则需要重新构造矩阵．检测的步骤如下:

首先,计算一致性指标CI．具体公式为:

其次,查看表格确定相应的随机性指标RI(见表2)．

表2　平均随机一致性指标RI表

运用软件计算后得出各个判断矩阵的最大特征根λ以及与其相对应的特征向量Wi．对于判断矩阵A．λmax=3.0126,W1=(0.7471,0.1194,0.1336);判断矩阵B1,λmax=3.0291,W2=(0.6586,0.1562,0.1852);判断矩阵B2,λmax=3.0291,W2=(0.6586,0.1562,0.1852);判断矩阵B3,λmax=4.2213,W3=(0.1340,0.3943,0.0774,0.3943)．

然后,计算一致性指标CR,进行判断,公式如下:

当CR< 0.1时,说明之前初步构造的判断矩阵是满足一致性的,否则认为矩阵不符合要求,需要对矩阵进行重新构造,再次进行判定检验．对于构造的矩阵A 进行检验得出,λmax=3.0126,CR=0.0121<0.100,因此矩阵A具有满意的一致性．同理可以得出判断矩阵B1的CR=0.0279,B2的CR=0.0279,B3的CR=0.0829,均小于0.1也是具有满意的一致性的．

1.3.3层次总排序及检验

除了单排序之外,还要进行层次总排序．层次总排序是指确定某层所有因素对于总目标的相对重要性的排序权值过程．计算得出指标层10个指标的绝对权重值见表3．

在建立的10个综合评价指标中,计算各指标的权重总排序之后,排序得出人均水资源量所占比重最大,其他依次为:全年水质平均达标率,年平均降水量,常住人口,工业用水重复利用率,污水集中处理率,居民家庭用水量,人口自然增长率,万元GDP取水量,工业废水排放量[4]．

表3　各指标权重值对应表

在这里同样需要对总排序结果进行一致性检验．计算的指标公式如下:

最后计算出的结果CR=0.056<0.1,因而具备满意的一致性．

2结果与分析

水安全是一个以水资源为中心,包含了人类生活、社会经济等诸多方面的复杂系统[5]．本文主要侧重通过层次分析法来构建水安全评价指标方法,从水资源影响因素的角度出发,在自然水资源、社会条件、经济方面考察选取其中可量化的指标并记录下来．然后在此基础上,把准则层上的三个主要方面通过状态层构建,从而初步建立起较为完善的水安全评估指标体系,形成定量评估标准,进而为水安全定量研究和分析提供前提．各个指标的统计数据取自《淮安市统计年鉴》(2010～2013),《淮安市水资源公报》(2010～2013)，此外还有淮安市统计局收集的部分资料,制作成表4．

表4　淮安市水安全评价指标各年数据

在上表中列出水安全评价的各种指标中,有的指标值与结果是正相关关系,此类指标称为正向指标;反之,则称为逆向指标[6]．对于正向指标,具体计算公式为:

对于逆向指标,计算公式为:

在上述公式中:Xi为指标i的具体数值;Xim是指标i的极小值,XiM则为指标i的极大值．

根据研究,设置水资源总量、工业废水排放量、工业用水重复利用率等指标的极小值和极大值,其他指标的极小值和极大值则根据淮安市历年的数据选择[7]．因而能够得出2010～2013年各个数据的标准化值(见表5)．

表5　各指标数据标准化值

如表5所示,淮安市2013、2012、2011和2010年的水安全评价系数分别为： 0.563、0.568、0.458和0.454,根据水安全综合评价等级划分标准(表6),可以得出2010～2013年淮安市水安全系数均属于基本安全．

表6　水安全综合评价等级划分标准

通过数据分析可以看出,2010～2013年淮安市水安全指数总体上处于不断上升之中,但在2013年出现了轻微下降．说明淮安市水资源和水环境系统与社会、经济健康协调发展,水资源供需较为平衡,城市经济发展满意程度较高,处于基本安全的等级．但是,最后结果仍表明有较大的提升空间,根据得到的评价结果能够得出水资源方面、社会方面、经济方面这3个准则层的变化特点(图1)．

从图1可以看出,水资源方面在近几年已经出现下降的趋势,这与年平均降水量的轻微波动有关,另外,全年水质平均达标率虽然在逐年提高,但幅度不大;社会方面指标数值一直在上升,并在2011～2012年期间有个明显的增加,这与人口自然增长率的下降有关,说明在控制人口增长这方面取得的效果很显著,在居民家庭用水量这个指标上数据波动很大,对结果也有一定影响;经济方面指标数值与社会方面一样,也在稳定上升,表明在经济方面的4个指标:万元GDP取水量、工业用水重复利用率、工业废水排放量和污水集中处理率方面得到了很好的控制,对水资源做到了较为完善的保护和利用[8]．

图1　淮安市水安全评价各属性层结果

通过逐层分析,总结出综合数值呈现出上升趋势的原因主要是由于在经济发展方面对水资源的保护和重复利用取得了很大的进步,但仍有较大的提升空间,比如说加强污水的集中处理率与工业用水重复利用,减少工业废水排放量等．另外在其他方面也需要重视,例如提升全年水质平均达标率,控制居民家庭用水量等．而在人均水资源、年平均降水量、常住人口和人口自然增长率这几个指标上无法做出具体的要求．

3展望

通过综合评价分析,可以看出居民家庭用水量数据较大,一定程度上反映了居民目前尚无明确的节水意识,政府对水资源的治理保护重视不够．因此,提出以建设节水型社会和节水型系统为目标,重点提高居民的节水意识,加强工业用水的重复利用;积极开辟新水源,淮安市内河网众多,因而具有很好的水源条件．在此前提下,做到适度的水源调配,同时与开辟新水源结合起来,打造安全的水环境[9]．同时,进一步开发非传统水源,并注重水源地的保护和水污染防治．

在城市经济发展中,要及时地调整产业结构,尤其需要优化工业布局,注重废水回收再利用,要严格管理污水的排放以及实时监督水资源的利用状况,注重对管理区域内的各企业管制,工业污水必须通过处理检测达标后才允许排入指定河流．对于消耗水资源多、水资源利用率低的中小型企业,要积极引导并加以扶持,使其向着高效环保的方面发展[10]．从所选的指标数据中看出,经济方面几项指标的提升空间仍然很大,要积极落实从实际出发,提高水资源的重复利用率．

实行水资源的统一管理．在制定了城市水资源利用规划的基础上,建立起水资源检测以及信息系统,并及时修订水资源应急预案．具体步骤如下:首先,我们必须意识到水是一种极其有限的又十分重要的资源,并且具有不可替代性,遵循效益最优、开发与保护并重的原则,建立起科学的水资源管理体制,水量和水质统一起来加以管理,夯实基础管理,保障治理效果[11];其次,注重利用现代化的先进技术,提高管理的水平,及时掌握水资源的变化状况和开发利用的情况,同时让公众参与到水资源的监督与管理中来,一方面可以减少公众与用水单位之间的矛盾,另一方面能充分发挥公众的力量,使用成本得到降低;第三,及时制作出水资源应急预案,对突发的情况做到有备无患,切实加大管理力度,努力保证淮安市的用水安全．

参考文献：

[1]张蕾, 韩雪冰, 范兴华. 基于层次分析法的南京市水安全评价[J]. 水电能源科学, 2012, 30(12): 30-33.

[2]陈琳, 邹添丞, 石杰. 基于层次分析法的成都市水安全评价[J]. 南水北调与水利科技, 2013, 11(4): 41-45.

[3]贺巧宁. 淮安市水资源现状及节水型社会建设的思考[J]. 淮阴师范学院学报:自然科学版, 2010, 9(1): 45-49.

[4]史正涛, 刘新有, 黄英. 城市水安全评价指标体系研究[J]. 城市问题, 2008, 27(6): 30-34.

[5]王彦成, 邓海利, 王永成. 层次分析法在水安全评价中的应用[J]. 黑龙江水利科技, 2007, 35(3): 117-119.

[6]丁恒康, 李祚泳, 汪嘉杨. 基于熵变加权法的水安全综合指数评价[J]. 成都信息工程学院学报, 2010, 25(3): 312-316.

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[8]田志红. 我国水资源保护存在的问题与对策研究[J]. 科技情报开发与经济, 2010, 20(2): 149-151.

[9]刘卫国. 淮安市城市水环境建设实践[J]. 中国水利, 2011, 52(10): 59-60.

[10]于淑坤, 陈红卫, 高小琴. 淮安市水资源现状、存在问题和对策建议[J]. 治淮, 2009, 58(10): 10-12.

[11]谢亚军, 王道虎, 许成, 等. 淮安市涟水县城区水系规划的探索与思考[J]. 水利规划与设计, 2014, 27(1): 20-23.

[责任编辑：蒋海龙]

Evaluation of Water Security of Huaian City Based on the AHP Method

LU Yan, ZHOU Yu

(School of Urban and Environmental Science, Huaiyin Normal University, Huaian Jiangsu 223300, China)

Abstract:This paper uses AHP to evaluate the water security of Huaian city from 2010 to 2013, when combined with the specific circumstances and Huaian water situation on the basis of indicators screening in line with the requirements and the establishment of the evaluation system, the impact on various indicators to compare and analyze, and it is reasonable to predict trends in the short term, and thus provide a reference for decision-makers. The results showed that from 2010 to 2013 in Huaian City water security level below basic security, but there is still a lot to improve and improve. On this basis, in saving, adjusting the industrial structure, control economic growth, water resources management system and other aspects of the reform proposed improvement measures.

Key words:analytic hierarchy process; water safety; weight analysis; Huaian city

收稿日期:2016-02-28

基金项目:淮安市应用研究与科技攻关(社会发展)计划项目(HAS2014022-1)

通讯作者:卢妍(1977-),女,黑龙江齐齐哈尔人,副教授,博士,主要从事资源环境科学方面的研究．

中图分类号:S158

文献标识码:A

文章编号:1671-6876(2016)02-0149-05

E-mail: yanyan0451-0451@163.com