给水系统弹性多维度评价体系研究

卢 冰 锋

(大同煤矿集团供水分公司，山西 大同 037003)

0 引言

我国幅员辽阔，某些区域易受气候有关的自然灾害影响，给水系统经常遭到损坏导致受灾区域缺乏给水服务，无法确保人民的健康和福祉。因此，在建设给水系统时，需要考虑系统的防灾恢复能力，即给水系统弹性。弹性定义为“系统持久性及其吸收变化和干扰并根据需要调整内部动态的能力的度量”[1]。给水系统是由自然、物理、组织和社会网络组成的复杂社会生态技术系统，因此需要从多维度对给水系统弹性进行评价，弹性评估有助于开发适当的解决方案，这些解决方案可用于减少系统的灾难风险，为提高系统弹性提供建议。

1 总体构架

目前，弹性评估方法主要有两种，即定性评估和定量评估，定量方法不够灵活且耗时，适合于狭窄的网络和系统评估，考虑到以人为本的管理方法，定性工具可提供更合适的评估，因此，本文采用定性评估的方法对给水系统弹性进行评估，提出给水系统弹性多维度评价体系，该体系主要分为两部分：1)概念框架；2)评价方法。

评价体系建立的总体框架如图1所示。

2 概念框架构建

多数框架都以相似的方式概念化弹性，即放在减少系统漏洞和增强弹性的相似属性上。框架建立主要有两类方法：自下而上和自上而下的方法。后者通过对相关文献进行广泛回顾来确定能够指导弹性评估过程的通用原则。因此本文研究采用自上而下的方法开发框架，通过文献综述识别评价指标，邀请专家参与完善指标，确定的概念框架包括四部分：分析系统、确定维度、确定原则及确定指标。

2.1 分析给水系统

给水系统是自然、科技、社会和经济四要素的组合，包括给水设施和水源，主要功能是给水服务，我国各给水系统为达到可接受的服务标准主要取决于给水设施的性能、运营单位的组织能力、环境福祉和税收收入这四个方面。本文研究中，给水系统弹性是指在发生自然灾害情况时，系统能够继续向消费者提供符合可接受标准的给水服务或在发生重大破坏时进行恢复和适应活动的能力。

2.2 确定维度

对给水系统弹性进行任何仔细评估时都需要将三个领域视为关键方面：生态，技术和社会。给水系统可能会受到国家和个人层面上经济因素的影响，并使用五个维度，即技术、组织、环境、经济和社会来衡量系统对自然灾害的适应力。这五个维度足够充分和全面，因此，本文用其衡量给水系统抵御自然灾害的弹性。

2.3 确定原则

原则是可使系统具有弹性的特定机制和行为。这些原则适用于全面的弹性测量过程，并提供有关组织如何提高系统弹性的见解。

提出了鲁棒性，冗余性和灵活性原则，以评估给水技术层面的弹性。确定组织维度的三个关键原则：应变、领导力和文化、网络与关系。经济维度原则为动态经济。将环境容量、环境资源敏感性、自然资产(环境和资源)确定为衡量环境维度弹性的原则。此外，社会维度原则包括社会结构、团结和备灾。

2.4 确定指标

通过文献查阅，从不同维度、原则出发，初步提取了52个指标进行评估及测试，再由多名水务专家进行评估，专家从相关性、可用性、可负担性、可靠性、简单性和透明性这六个属性对指标进行评级，当至少有75%的专家认为指标在六个属性中为“同意”或“强烈同意”时，将该指标选入。最终确定的指标如表1所示。

表1 给水系统弹性总体指标

3 弹性评价方法

基于前文描述的概念框架，使用各种措施进行给水系统弹性的详细评价，评价将会产生1～5的评分，其中：1代表弹性极低，给水系统需要大量改进；2代表弹性低，性能差需要改进；3代表中等弹性，低于理想性能，应优先进行具体改进；4代表高弹性，系统具有可接受的性能；5代表非常高的弹性，满足所有要求。

3.1 度量标准

每项指标度量都包含5个代表绩效等级的标准，度量标准按照各指标对应情况来确定，对应分数从1～5，以技术维度中灵活性原则的关键设备可用性指标为例，度量标准如表2所示。

表2 关键设备可用性度量标准

3.2 权重分配

指标权重分配基于专家共识进行分配，方法的简化方程为：

(1)

式中：Xi——指标i达成共识的专家人数,%；

n——相应原则中指标的数量。

原则权重分配基于专家共识及经验进行分配，方法的简化方程为：

(2)

式中：Xi——i原则的重要性比率；

(Yi)j——原则j的等级次数；

N——原则的数量。

给不同维度分配不同的权重，可能会导致高权重维度中不重要的指标比低权重维度中的重要指标更加重要，因此维度权重分配采用等效分配，即分配的权重都相同。

3.3 汇总变量

通过汇总指标水平、原则水平及维度水平这三个级别的加权属性得出给水系统的总体弹性水平，具体各个级别的弹性评分和总体弹性汇总，如式(3)～式(6)所示。

(3)

式中：R1i——指标弹性；

w1i——指标i的权重；

Sci——指标单个得分；

n——措施的数量。

(4)

式中：R2i——原则弹性；

R1i——指标弹性。

(5)

式中：R3i——维度弹性；

w2i——原则i的权重。

(6)

式中：RO——给水系统总体弹性；

R3i——维度i的弹性；

n——维度个数。

4 结语

给水系统非常复杂，要评价其弹性，需要从多维度考虑，文中方法由概念框架和弹性评价方法组成，它依赖于操作员和管理者，灵活、计算要求少且易于实现，因此，可有效评估全国范围内多个城市给水系统的弹性。给水系统总体弹性指出系统在不同方面进行的特定需求，这些需求将有助于管理机构确定增强给水系统总体弹性的恰当措施。