基于序关系分析-模糊物元法的昆山市节水型社会建设综合评价

王 雪，方国华，李 鑫

(河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098)

我国是一个水资源严重短缺的国家，且具有水资源时空分布不均、水环境逐渐恶化的特征[1]。随着我国经济社会的快速发展，水资源供需矛盾日渐突出。为了落实习近平同志关于“节水优先，空间均衡，系统治理，两手发力”的方针，有效缓解水资源短缺的问题，促进经济社会的可持续发展，加快节水型社会建设刻不容缓。节水型社会是一种和谐的社会形态，即水资源集约高效利用、经济持续快速发展、人与自然和谐相处的社会[2]。2001年，水利部决定在甘肃省张掖市开展我国第一个节水型社会建设试点[3]。为了总结建设经验，全面推进节水型社会建设，需要对节水型社会建设进程和成效进行评价，及时掌握试点建设的进程，找出试点建设工作中的薄弱环节，明确今后工作的重点，促进节水型社会建设工作更加深入地开展，为以后全面推行节水型社会建设提供经验和参考。

节水型社会建设综合评价是一个系统的问题，其指标体系的构建、确定指标权重以及不同评价方法的选择都会对评价结果产生一定的影响。国外关于节水工作的研究和实践起步较早，已具有较为丰富和成熟的节水经验[4]，但是对于节水型社会建设评价的研究较少。我国已有不少学者对不同地区的节水型社会建设进行评价[5]，主要集中于评价指标体系和评价模型的研究。2004年，陈莹等[6]构建了一套包括综合评价、工业用水评价、农业用水评价等6个方面的节水型社会评价指标体系，并运用层次分析法确定了指标权重，评价了绵阳市节水型社会建设成效。2009年，何俊仕等[7]运用物元分析法评价辽宁省节水型社会建设，发现其结果与其他方法一致，且其评价结果更为精细。2014年，徐健等[8]指出运用序关系分析法确定指标权重简单实用，与层次分析法相比计算量明显减小，计算结果符合实际。2016年，刘飞飞等[9]运用混沌遗传算法和投影寻踪法建立模型评价昆山市节水型社会建设水平，结果表明该模型具有一定的可操作性和有效性。2017年，张熠等[10]运用序关系分析法评价了我国节水型社会建设水平年的节水水平，结果与我国现阶段节水型社会发展水平相符。总的来说，多数学者采用层次分析法和模糊综合评价法进行节水型社会建设的评价。

目前对于节水型社会建设评价的研究中，对指标权重的确定大多采用层次分析法，虽然取得了较好的评价效果，但是对判断矩阵中各指标进行两两比较相对烦琐，且存在由于一致性检验不通过而需要重复调整一致性矩阵的情况。对于综合评价方法的选择，多数学者采用模糊综合评价法，可以较好地反映节水型社会建设的整体情况，但存在无法识别单指标与各等级隶属度的问题。本文结合昆山市实际情况构建一套节水型社会建设综合评价指标体系，运用序关系分析法，简洁、高效地确定各指标的权重，运用模糊物元法进行综合评价并有效提取各指标的分异信息。两种方法结合进行评价，既可以避免一致性检验，又能利用模糊物元法有效处理赋权过程中带有的主观性，提高评价结果的可靠性，从而得出昆山市2014年和2017年节水型社会建设的综合评价等级并进行比较，以期合理评价节水型社会建设中各种政策和措施的成效。

1 研究方法

1.1 序关系分析法

序关系分析法(G1法)通过建立指标间的序关系并构造具有一致性的判断矩阵，解决了层次分析法中判断矩阵很难达到一致性的问题[11]。G1法过程简单清晰、操作性强，且无须进行一致性检验，具有较好的实用性[12]。

1.1.1确定各级指标间的序关系

首先根据重要性程度对各级指标进行排序。若评价指标bi相对于评价标准的重要性程度不小于bj，记为bi>bj。如果各评价指标对于评价准则具有关系b1>b2>…>bn，则b1、b2、…、bn之间按照“>”确定指标间的序关系。

1.1.2确定重要性标度

重要性标度即为序关系列表中相邻评价指标bk与bk-1的重要程度之比，记为hk，且有

(1)

式中：ωk为第k个指标的指标权重；m为指标的数量；hk∈[1.0,2.0)，且hk越大，表示指标bk相对于bk-1越重要。

1.1.3计算指标权重

根据各指标间的重要性标度，得出权重的计算公式为

(2)

ωk-1=hkωk

(3)

由此可以得出每一指标的权重ω=(ω1,ω2,…,ωm)。

1.2 模糊物元法

模糊物元法主要通过分析事物特征相应的量值所具有的模糊性和众多因素之间的不相容性，实现对多因素的评价，适用于定性、定量相结合的多指标评价问题[13]。模糊物元法将模糊数学和物元分析结合起来，通过计算单指标关联函数得出单指标分异信息，进而得到多指标的综合水平，提高了等级判定的客观性和科学性[14-15]。节水型社会建设评价涉及的指标较多，单项指标的评价结果具有不相容性，且属于定性、定量相结合的问题。将模糊物元理论应用于节水型社会建设综合评价中，不仅能够评价节水型社会建设综合水平，还能得到每个单项指标的发展水平，具有明显的科学性和合理性。

1.2.1建立物元矩阵

节水型社会建设A及其评价指标C和指标实测值x共同构成节水型社会建设物元矩阵R，为n维模糊物元，可以表示为

(4)

式中：Ci为待评对象A的第i项评价指标(i=1,2,…,n)；xi为A关于评价指标Ci的量值，即节水型社会建设第i项指标的原始数据。

1.2.2确定节水型社会建设经典域和节域

节水型社会建设的经典域物元Rj可表示为

(5)

式中：Aj(j=1,2,…,m)为所划分的第j个节水型社会建设评价等级；区间Xji=(aji,bji)为Aj关于Ci的取值范围，即经典域。

节水型社会建设的节域物元Rp可表示为

(6)

式中：Ap为评价等级全体；区间Xpi=(api,bpi)为Ap关于Ci的取值范围，即节域，且有Xji∈Xpi。

1.2.3确定单指标关联函数和关联度

关联函数表示待评价物元符合某一等级的程度。令有界实区间X0=[a,b]的模为|X0|=|b-a|，则某一点xi到区间X0的距为

(7)

由式(7)得到某点xi到经典域区间Xji的距ρ(xi,Xji)和到节域区间Xpi的距ρ(xi,Xpi)。则节水型社会建设A关于等级j的单指标关联度Kj(xi)的计算公式为

(8)

其中

|Xji|=|aji-bji|

若Kji=max[Kj(xi)]，则待评对象第i项指标隶属于评价等级j。

1.2.4计算综合关联度并确定评价等级

节水型社会建设Ax隶属于某一等级j的程度Kj(Ax)称为综合关联度，表示为

(9)

式中ωi为各评价指标的权重。若Kjx=max[Kj(Ax)]，则待评对象Ax属于评价等级j。当0≤Kj(Ax)<1时，表示Ax符合标准等级要求；当-1≤Kj(Ax)<0时，表示Ax不符合标准等级要求，但具备转化为标准等级的条件，且数值愈大，愈易转化；当Kj(Ax)<-1时，表示Ax不符合标准等级要求，且不具备转化成标准等级的条件。

2 昆山市节水型社会建设综合评价

2.1 研究区域概况及数据来源

昆山市位于江苏省东南端太湖下游的长三角核心地带，东靠上海，西接苏州，总面积931.51 km2，周边邻常熟、太仓和吴江，是江苏的“东大门”。作为“中国百强县”之首的昆山市属于工业化城市，随着昆山市经济社会的快速发展和人口的急剧膨胀，生产生活排放的污染物和上游较差的来水水质严重危害了水资源质量，水资源短缺问题日益突出，使昆山市成为典型的水质型缺水城市，必须加快节水型社会的建设，有效改善水环境和提高水质量，促进区域经济社会的可持续发展。2014年，昆山市政府出台《昆山市实行最严格水资源管理制度考核办法(试行)》，全面推进国家级县域节水型社会建设。2015年，昆山市成功创建成为江苏省节水型社会示范区，在经济社会平稳快速发展的基础上，节水型社会管理体系日趋完善，水资源利用效率稳步提高。至2017年，昆山市节水型社会建设改革创新成效显著，在节水建设方面的成就比较突出。结合昆山市节水型社会建设进程，选取昆山市2014年、2017年的节水型社会建设情况进行研究评价，通过对比建设前后各指标变化情况，分析评价昆山市节水型社会建设成效。

本文数据来源为昆山市2014年及2017年《最严格水资源管理制度考核资料》等资料。结合昆山市实际制度措施的落实情况，确定昆山市节水型社会建设综合评价各项指标的原始数据，见表1。

表1 昆山市节水型社会建设综合评价指标及原始数据

2.2 构建评价指标体系

基于节水型社会建设的内涵和建设目标，在遵循科学性、系统性、层次性等原则的基础上，参照《节水型社会建设评价指标体系(试行)》和《江苏省节水型社会示范区标准》，结合昆山市节水型社会建设进程，确定昆山市节水型社会建设综合评价指标体系。根据不同指标的性质，将目标层设为昆山市节水型社会建设综合评价，指标分为7大类，共21个指标，其中包括17个定量指标和4个定性指标，且各定性指标均已量化，见表1。指标层中的每一个指标都能从某一方面反映其对节水型社会建设综合评价的影响，针对昆山市作为水质型缺水城市的特点，选取水功能区水质达标率、城市污水集中处理率等指标来反映生态环境方面的建设成效。

2.3 序关系分析法确定指标权重

在整个节水型社会建设综合评价指标体系赋权过程中，参考GB/T 28284—2012《节水型社会评价指标体系和评价方法》中对于经济发达、丰水地区确定的指标权重，结合专家意见和昆山市实际发展情况，先确定一级指标间的序关系，再对每个一级评价指标下的二级评价指标建立序关系，因此共需建立8个评价指标间的序关系。以生活节水层为例，包括3个评价指标，对其按照重要性排序，依次为城镇供水管网漏损率C16、城镇居民人均生活用水量C17和节水器具普及率C18，其中C16相对于C17稍微重要，重要性标度设为1.2，C17相对于C18比较重要，重要性标度设为1.4，代入式(2)和式(3)，得出生活节水层的指标权重。同理确定一级指标和其他二级指标的权重，各层指标权重计算结果见表2。

2.4 建立模糊物元模型

2.4.1确定经典域、节域

根据节水型社会建设综合评价的可拓性，将昆山市节水型社会建设各评价指标发展阶段划分为5个等级，即A1、A2、A3、A4、A5，定性描述为起步、初级、中等、良好、优秀，根据《江苏省节水型社会示范区标准》的赋分标准，参考相关研究成果[16-19]，考虑昆山市为水质型缺水城市，且在节水型社会建设方面的成就较突出，综合各方面影响因素，确定各等级每项指标的经典域及节域取值。为了与定量指标相一致，将定性指标量化后按0～10之间分为5个等级，见表3。

表2 序关系分析法确定指标权重计算结果

表3 各指标经典域、节域

2.4.2计算各指标的关联度

将昆山市2014年、2017年各指标数据分别代入关联函数公式，得出相应的指标对各等级的关联度。以2014年C1指标为例，将x1=16.22输入式(8)，可得该指标对应于各评价等级的关联度分别为K1(x1)=-0.838，K2(x1)=-0.784，K3(x1)=-0.676，K4(x1)=-0.351，K5(x1)=0.351，可判定该指标属于优秀水平。同理得出昆山市2017年各指标的节水型社会建设水平，见表4。

表4 昆山市2014年和2017年节水型社会建设指标关联度

2.4.3综合关联度和评价等级

将得到的各项指标对应各等级的关联度与其对应的权重(表2)输入式(9)，得出2014年昆山市所有指标的综合关联度，分别为K1(A2014)=-0.447、K2(A2014)=-0.412、K3(A2014)=-0.392、K4(A2014)=-0.245、K5(A2014)=-0.165，由于K4(A2014)

2.5 结果分析

根据表5，分析单个指标的分异信息，万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、城市污水集中处理率、污水处理回用率和节水型器具普及率等指标在2014年和2017年均处于优秀水平，说明昆山市节水型社会建设在这些方面一直做得较好；节水管理机构和制度建设、用水定额达标率、水平衡测试率、节水投入保障、非传统水源利用率和创新性工作等指标在2014年均处于较低发展水平，到2017年均达到优秀水平，说明以上指标对节水型社会建设水平的提升有重要贡献。结合昆山市近几年节水型社会建设主要措施与重点工程，昆山市2015年完成了水务一体化管理改革，之后逐步健全节水管理机构，加强制度建设，积极落实最严格水资源管理制度，全面开展用水审计，鼓励工业节水减排和农业灌溉节水技术的推广，大力推行清洁生产，加强对企业废水的处理，并不断创新节水宣传活动形式，推动节水器具更新，努力提高公众节水意识；工业用水重复利用率、计划用水率、水功能区水质达标率、城镇供水管网漏损率、城镇居民人均生活用水量和节水灌溉工程面积率等指标虽然有所进步，但与优秀水平还有一定距离，建议昆山市在以后的工作中应以这几方面为建设重点。另外，人均综合用水量、地下水开采控制度和灌溉水利用系数的发展水平却有下降的趋势，且人均综合用水量仍处于初级阶段，建议昆山市在之后的发展中应大力加强农业节水、生态环境以及生活节水方面的工作，同时继续保持并提升综合节水、工业节水以及节水管理的能力和水平，在总结经验教训的基础上进一步巩固已取得的成果。

表5 昆山市2014年、2017年节水型社会建设综合评价等级

分析表4中各年的综合关联度可得，2014年昆山市节水型社会建设等级为“向优秀转化”，2017年等级评定为“优秀”，这与2018年12月昆山市以94分高分通过国家节水型社会达标县创建验收是相一致的，说明昆山市2014年之后的节水型社会建设政策和措施起到了积极的作用，通过几年的努力，在整体上已经进入节水型社会建设优秀阶段，也验证了采用序关系分析-模糊物元法进行节水型社会建设综合评价的结果是合理的，可以参考运用到其他地区的节水型社会建设评价中。

3 结 语

本文探讨了节水型社会的内涵和研究现状，结合昆山市节水型社会建设进程，构建了一套评价指标体系和评价标准，运用序关系分析法和模糊物元法对昆山市节水型社会建设情况进行了评价分析，得出昆山市节水型社会建设发展阶段的评价结果。

a. 总结前人研究成果并结合昆山市节水型社会建设的实际情况，构建了一套由综合指标、工业节水、节水管理、生态环境、生活节水、农业节水和创新性工作组成的昆山市节水型社会建设综合评价指标体系，该指标体系共包含21个二级指标。

b. 建立序关系分析-模糊物元评价模型，运用序关系分析法确定各层的指标权重，运用模糊物元法对昆山市2014年、2017年节水型社会建设进行评价。评价结果表明2014年昆山市节水型社会建设水平处于良好向优秀转化阶段，2017年处于优秀阶段。最后针对评价结果进行分析，对昆山市提出了以后建设工作中的建议。

c. 通过将序关系分析法和模糊物元法相结合，对昆山市节水型社会建设成效进行了评价，结果显示评价结果与实际发展情况吻合，且模型能够显示每个单项指标的分异信息。因此该组合方法可应用于其他地区节水型社会建设评价，为我国的节水型社会建设评价提供借鉴和参考。