AHP-模糊综合评价模型在节水型社会建设后评价中的应用

李嘉第，陈晓宏，郑冬燕，林木隆

(1.水利部珠江水利委员会珠江水利综合技术中心，广东 广州 510611； 2.中山大学水资源与环境研究中心，广东 广州 510275；3.华南地区水循环与水安全广东普通高效重点实验室，广东 广州 510275)

节水型社会建设试点后评价，是在节水型社会建设一定阶段后，全面回顾试点的建设过程、考察建设内容、评估建设效果、总结建设经验，对照试点建设规划，分析存在的问题和不足，以推进试点地区节水型社会建设的深化，并为其他地区节水型社会工作的开展提供借鉴。

目前，国外有关节水的研究主要集中在水权、水权交易、基于水权观的水资源优化配置、水市场、水价水资源承载力、公众参与水资源管理及水资源管理组织等方面[1]。王浩[2]等针对节水型社会试点甘肃张掖地区提出了评价指标体系的2个层面：①用社会、经济与生态三方面协调性指标来评估节水型社会的整体效果；②利用节水指标来评估节水措施的落实效果。李艳等提出了基于层次分析法赋权的TOPSIS评价方法，运用此方法对广东省节水型社会建设进行了评价[3]。陈莹[4]等基于节水型社会是水资源系统-生态系统-经济社会协调发展的认识，遵循科学、实用及简明的原则，构建了节水型社会评价指标体系，对中国各省(市、区) 节水型社会相对水平进行量化评价。褚俊英[5]等将节水型社会建设的区域模式划分为经济发达丰水类、经济发达缺水类、经济欠发达丰水类以及经济欠发达缺水类四大类型，对各类模式的基本特点、建设重点、融资方式及可能的动态演进路径进行了分析。李红梅等结合宁夏水资源开发利用现状，构建了一套节水型社会建设评价指标体系，同时采用层次分析法与模糊综合评价相结合的评价方法对宁夏节水型社会建设情况进行了评价[6]。

AHP-模糊综合评价法主要由层次分析法和模糊综合评价法两部分构成。其中，模糊综合评价是在层次分析法的基础上进行，二者相辅相成，共同提高评价结果的可靠性和有效性。在节水型社会建设的评价中，涉及到许多模糊的影响因素，没有明显的数量界限，要使用一些模糊的词句来形容、描述。比如节水管理等，这些是不可以简单地用是、非或数字来表示的。 因此，利用此方法能有效解决复杂的评价问题。在评价指标的选择过程中，本文运用层次分析法对指标按不同层级进行划分，构建成树型结构的指标体系，把定性分析转化为定量分析，再通过模糊综合评价手段，把复杂模糊的评价指标以隶属度向量来表示。此种研究方法的运用，大大降低了评价中的不确定性因素， 使评价结果变得可靠、有效。

1 AHP-模糊评价模型

1.1 层次分析法

层次分析法(The Analytic Hierarchy Process，简称AHP)[6]模仿人的决策思维过程，是一种定性和定量相结合的分析方法，主要解决多因素复杂系统，特别是难以定量描述的社会系统的分析方法。通常情况下，层次分析法都要经历6个环节，分别为构建递阶层次结构、建立判断矩阵、对矩阵进行一致性检验、层次单排序、层次总排序以及对分析结果进行决策[6-7]，见图1。

1.2 模糊综合评价法

层次分析法带有一定的主观性，利用模糊综合评价可以有效地处理人们在评价过程中本身所带有的主观性，以及客观所遇到的模糊性现象[8]。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法，该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

是专家Sk给出的在工程Ni下对影响因子Cj的评价值，运用定义4Hamming距离测度公式计算得出与理想值的距离并依据下式计算与理想值的接近度：

2 实例应用

2.1 区域背景

海口市位于东经110°10′～110°41′，北纬19°32′～20°5′，地处海南岛东北部，横跨南渡江下游东西两岸。北隔琼州海峡与广东省相望。总面积2 304.84 km2。全市多年平均降水量1 827 mm，当地水资源总量25.39亿m3。试点建设前，海口市万元GDP用水量125 m3，万元工业增加值用水量142 m3，灌溉水有效利用系数0.5左右，农业用水量占生产总用水量的62.3%，用水效率偏低，用水结构不尽合理。境内部分水域水污染严峻的情势尚未得到根本逆转，尤其城区大部分地表水体污染严重，多为Ⅴ类和劣Ⅴ类水质，水环境恶化问题突出，已严重影响到海口市的人居环境和城市形象。加之现有水利基础设施还较薄弱，调蓄能力有限，局部地区工程型和水质型缺水并存，水资源和水环境形势不容乐观。粗放的经济增长方式不可避免地带来不同范围、不同程度的缺水和生态环境的破坏。因此，为更好地服务于“海南国际旅游岛”建设，保障海口市经济社会可持续发展，必须将水资源和水环境保护放在更加突出的位置，以节水促减排，以治污促发展，开源节流并重，兴利除害并举，全面建设节水型社会，走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。试点建设批准后，海口市充分利用原有节水工作的坚实基础，全力推进节水型社会建设试点工作。

2.2 评价指标体系的构建

2.2.1 节水型社会评价指标体系设计原则

根据建立节水型社会的内涵和目标,结合构建指标体系的一般原则，节水型社会评价指标体系设置应遵循以下原则[9]：科学性原则、代表性原则、层次性原则、全面性原则、可获性原则、区域性原则、系统性原则、时序性原则、动态性原则、定性与定量相结合原则。

2.2.2 评价指标体系

综合评价是对多属性体系结构描述的对象进行系统性、全局性和整体性的评价。为了综合反映节水型社会试点的建设效果，规范评价内容和评价指标，2005年水利部办公厅下发了《关于印发节水型社会建设评价指标体系(试行)的通知》(办资源〔2005〕179号)(以下简称《评价指标法》)，提出了包括综合性指标、节水管理、生活用水、生产用水、生态指标等5大类32个指标，指标中既有定性描述的，又有可量化的，既有反映综合情况的，又有反映单项情况的。同时提出：“评价单位可以从中选择适合本地区的指标，也可视情况增补其他评价指标”。本文针对节水型社会的内涵和目标，结合中国南方丰水地区节水型社会建设现状，根据节水型社会评价指标体系的设置原则，在系统分析和参考国内外现有研究成果的基础上[5,10]，选用以下节水型社会建设评价指标体系，见表1。

2.2.3 评价指标标准体系

关于节水型社会建设评价指标，目前国家还没有统一标准，水利部制定的《节水型社会建设评价指标体系(试行)》也只是从指标含义给予解释，关于节水型社会建设各个阶段，各项指标的衡量标准，《试行》并没有规定。为了科学合理地确定评价标准，对海口市节水型社会建设的情况做出准确的评价。下面将主要从以下几个方面来选择评价指标的标准参考值：①参考国家、行业目前已发布的标准。主要包括：《节水型城市考核标准》《工业用水考核指标及计算方法》《节水型企业评价导则》《污水再生利用工程设计规范》《城市居民生活用水量标准》等；②借鉴国内外其他城市或地区的相关评价标准，如国家水利部办公厅《关于印发节水型社会建设评价指标体系(试行)的通知》中介绍的国外有关节水先进指标和中国各类型区有关指标先进值等；③借鉴已发表的学术论文和期刊中的相关评价标准值[5,10]；④紧密结合海口市未来节水型社会建设的发展目标；⑤优良等级标准参考国际同类型地区先进值，良好等级标准参考国际同类型地区平均值，中等等级标准参考国内同类型地区先进值，初级等级标准参考国内同类型地区平均值，起步等级标准参考国内平均值。本文通过以上几个方面综合分析，给出节水型社会建设起步、初级、中等、良好、优良5个阶段的量化指标标准。为了与定量指标相一致,将定性指标量化后按0～100之间分为5个阶段(表1)。

2.3 海口市节水型社会建设试点工作完成情况

经过3年努力，海口市节水型社会建设工作取得初步成效。节水防污型社会管理体系初步建立，节水机制制度法规进一步完善；循环经济结构体系初步构建，产业结构调整深化，全社会用水总量得到控制；水资源利用效率明显提高，万元GDP取水量、万元工业增加值取水量逐年下降；节水型社会行为规范体系初步形成，社会民众节水意识加强，社会爱水惜水节水风尚正逐步形成。海口市节水型社会建设试点成效见表2。

注：表中“亩”为非国际标准单位，换算关系为15亩=1 hm2，下同

2.4 基于AHP的模糊评价法的应用

2.4.1 海口市节水型社会建设AHP模型

通过海口市评价体系的 AHP 模型的建立，目标层的一级指标包括综合(B1)、农业(B2)、工业(B3)、生活(B4)、非常规水源利用(B5)、生态环境(B6)、节水管理(B7)7个层面，每个一级指标包含若干二级指标(C1—C24)。得到海口市节水型社会建设试点后评估评价指标体系(表3)。

根据专家意见，填写各层判断矩阵，并对传统比例标度进行了修正，标度值不仅限于1～9或其倒数值。

a) 一级指标相对于目标层的判断矩阵A为：

表2 海口市节水型社会建设试点成效

利用MATLAB计算其特征根为：

表3 海口市节水型社会建设试点后评估评价指标体系

b) 二级指标相对于一级指标的判断矩阵B1、B2…B7分别为：

经一致性检验，判断矩阵B1、B2…B7具有完全一致性。层次总排序结果见表4。

一级指标权重大小关系如下，B2>B3=B4>B1=B6=B7>B5，符合海口市节水工作情况，是合理的。

2.4.2 模糊评价法

本文用5个等级来表示海口市节水型社会建设试点评估的等级，具体评语集为V={起步，初级，中等，良好，优良}。结合海口市水情特点，评语集对应的数值集取N={20，50，70，85，95}。即：0～40为起步，40～60为初级，60～80为中等，80～90为良好，90～100为优良。权重集的确定采用AHP分析法得到的结果。

评判矩阵R中rij即为某因素ui对应等级j的隶属函数，其值的推求可根据各评价因素的实际数值或实际状况，对照表3中各因素的分级指标来分析推算。为了消除各等级间数值相差不大或状况区别不明显，而评价等级可能相差一级的跳跃现象，使隶属函数在各级之间能平滑过渡，可将其进行模糊化处理。

表4 层次总排序结果

根据隶属函数和成效值，求得每个指标分属于节水型社会建设各级别的隶属子集结果见表5。

由计算得到的隶属子集，可得到指标中综合、农业、工业、生活、非常规水源利用、生态环境和节水管理的隶属度矩阵分别为：R(Bi)=[R(CN) …R(CM)]T

其中R(Bi)代表一级指标的隶属度矩阵，R(CN)、R(CM)为对应一级指标的二级指标的隶属度矩阵。进行模糊矩阵的复合计算,计算结果见表6。构造目标层的模糊矩阵：

R(A1)=[S(B1)S(B2)S(B3)S(B4)

S(B5)S(B6)S(B7)]T，则S(A1)=W(A1)×R(A1)，计算出海口市节水型社会建设试点指标二级模糊综合评价结果(表6)。

表5 指标隶属子集计算结果

表6 各指标隶属度计算结果

为验证海口市节水型社会建设取得的成效，对海口市节水型社会试点建设前的指标值进行评估，根据隶属函数和建设前的数值，构造目标层的模糊矩阵，海口市节水型社会建设前指标二级模糊综合评价结果见表7。

表7 各指标隶属度计算结果

3 结果分析

a) 从基于AHP的模糊综合评价结果看：节水型社会建设前，一级指标方面，综合指标、农业指标、生活指标、工业指标、节水管理、非常规水源利用均处在起步阶段；生态环境指标处在初级阶段。评分值最高的为生态环境指标，最低的为非常规水源利用；对海口市节水型社会建设前的整体评价为处在起步阶段，评分值为32.15；节水型社会建设后，与节水型社会建设起步阶段隶属度大的指标是再生水利用量、非常规水源替代水资源率；与节水型社会建设中等阶段隶属度大的指标是用水总量、工业用水重复利用率、家庭生活节水器具普及率、居民生活用水户装表率、节水“三同时”执行率、自备水源供水计量率；与节水型社会建设良好阶段隶属度大的指标是南渡江干流水功能区达标率、城市生活污水集中处理率、工业废污水达标排放率；其余13项指标均与节水型社会建设初级阶段隶属度最大；所有指标与节水型社会建设优良阶段隶属度数值小于0.5。一级指标方面，非常规水源利用处在起步阶段；综合指标、农业指标、生活指标、工业指标、节水管理均处在初级阶段；生态环境指标处在良好阶段。评分大小关系如下：B6>B7>B1>B3>B4>B2>B5，评分值最高的为生态环境指标，最低的为农业指标，海口市节水型社会建设7项一级指标中，生态环境发展是最好的，非常规水源利用发展相对有所欠缺(图2)。对海口市节水型社会建设试点的整体评价为处在初级阶段，评分值为52.22，处于初级阶段的61.1%(图3)。

b) 通过节水型社会建设，虽然有些单项指标已达到中等、良好或优良级别，但整个节水型社会建设综合评价结果为初级阶段，主要原因是在整个评价指标体系中仍有2个指标(占整个评价指标的8%)处于起步阶段，13个指标(占整个评价指标的54%)处于初级阶段。下阶段应着重加强这15个方面的工作,特别是非常规水源利用和农业节水相关的再生水利用量、海水利用、非常规水源替代水资源率、农业灌溉水有效利用系数、亩均灌溉用水量、水浇地亩均灌溉用水量、节水灌溉工程面积率等7个方面工作，以促进整个节水型社会建设的协调发展。

4 结语

选取综合指标、农业节水指标、工业节水指标、生活节水指标、非常规水源利用指标、生态环境指标以及节水管理指标是符合海口市节水型社会建设特点的；生态环境较优以及非常规水源利用和农业节水水平较低，是符合海口市地区特点的。从评价结果也可以得出，由于水资源相对比较丰富，涉及范围较大、投入较大的节水工作开展是制约海口市节水型社会建设的主要因素。区内社会经济发展与水资源的矛盾相对不激烈,节水型社会建设需要伺机而行。在必要时,政府应对节水型社会建设在税收、投资等方面予以优惠，以提高其节水型社会建设的积极性。

此次以海口市为例，对海口市节水型社会建设试点建设期工作执行的进度和成效进行评价，对海口市的节水型社会建设具有非常现实的参考意义。建设节水型社会是一个由初级阶段向高级阶段迈进的探索过程。当前和今后一个时期，海口市将在制度创新、机制创新方面力求新的突破，努力推进节水型社会建设由初级阶段向高级阶段跨越。