基于AHP-物元可拓法的小型水库运行管理标准化评价

梁文娟,朱记伟,张永进,刘 杰

(1.西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室， 陕西 西安 710048；2.陕西高校新型智库生态水利与可持续发展研究中心， 陕西 西安 710048；3.西安理工大学 经济与管理学院， 陕西 西安 710048；4.陕西省江河水库工作中心， 陕西 西安 710018)

我国水利工程管理正经历从粗放式到规范化、标准化、精细化、信息化的过程[1]。2003年11月，水利部颁布《水利标准化工作管理办法》，规范和加强水利标准化工作；2019年全国水利工作会议提出水利工作重点转向“水利工程补短板、水利行业强监管”，推进水利工程标准化管理成为水利工程运行管理的中长期任务[2]。小型水库作为保障区域国民经济、社会发展和服务民生的重要基础设施和物质载体[3]，具有规模小、数量多、分布广特点，且重建轻管问题较为严重。安全、高效、标准化的运行管理十分必要，在具体实践中，适时地进行标准化评价，有针对性地提出对策意见，对摸清小型水库运行管理现状，提高标准化管理水平具有重要意义。

小型水库运行管理是专指库容大于10 万m3，小于1 000 万m3的水库从完成设计、施工，经过竣工验收合格，正式投入运行管理阶段以后的关于大坝安全管理、水库兴利调度运用、洪水控制管理、水电站运行、水库泥沙淤积监测与调度、水质监测、库区水域开发管理和保护等一系列管理活动[4]。目前，针对水库运行管理、标准化、评价有一些研究。水利部将水库工程管理考核标准划分为组织、安全、运行、经济管理四大类34个具体项目，浙江、江西等省在水利部考核标准的基础上，结合实际出台了大中型和小型水库标准化管理评价标准，并以千分制扣分原则进行赋分考核。刘华[5]从组织管理、工作事项、操作流程、制度管理、应急管理、现场管理和信息化管理方面分析总结水库工程标准化管理工作。孙涛[6]从大坝安全监测、维修养护和运行管理3个方面构建递阶层次评价体系评价水库安全运行水平。周志维等[7]基于BP神经网络算法，构建了包含管理基础、安全管理、运行管理、维养管理和保障管理的水库标准化管理评估模型。Wu等[8]利用集对分析法和主成分分析法构建风险评估模型，用于评价水利工程的社会稳定风险。Rafique等[9]利用水资源评价与规划系统，构建包含可靠性、恢复力、脆弱性因素的评价模型，对Tarbela水库水利发电、灌溉供水及防洪影响进行评价。但是没有学者基于系统思维及管理学理论对小型水库运行管理标准化管理范围进行界定，已有的评价方法大多采用层次分析法、BP神经网络算法等研究方法，尚不能有效规避研究方法主观性太强或计算难度太大等弊端，无法科学评价小型水库运行管理标准化程度。

综上，本文通过分析小型水库运行管理模式，构建标准化评价指标体系，建立基于AHP-物元可拓评价模型，并以官务水库为例进行验证，为小型水库运行管理标准化评价及后续建设提供依据。

1 小型水库运行管理标准化评价指标体系构建

1.1 小型水库运行管理模式

小型水库运行管理要素包括管理组织、保障措施、管理对象、管理内容、管理目标，这些要素之间依据一定的关系和相互作用形成了小型水库运行管理的模式[10]，即小型水库管理单位通过一系列的保障措施管理小型水库运行管理对象以实现管理目标，该模式的结构如图1所示。

图1 小型水库运行管理模式结构图

小型水库运行管理组织包括管理责任主体、政府监督管理主体和社会服务主体[11]。其中管理责任主体包括乡镇人民政府、农村集体经济组织等；政府监督管理主体包括省级水行政主管部门、县(市)水行政主管部门等；社会服务主体包括具有考核评价能力的技术支撑单位。标准化评价中的管理组织应以管理责任主体的组织管理为主，按照“科学、合理、健全”的要求，对小型水库管理责任主体单位的管理体制机制方面做出程序化要求。

运行管理保障措施[12]是小型水库运行管理过程中管理责任主体为保证管理组织顺畅、管理内容明确，所使用的工具、方法的总和。主要包括管理责任主体年度自检和考核，制定奖惩制度，实现信息化管理，建设健全的管理设施。

运行管理对象是针对小型水库水工建筑物及其配套设施的管理，要明确管理对象的管理保护范围和职责范围。

运行管理内容[13]作为小型水库运行管理的重点环节，是指管理流程、内容、技术部分，主要包括运行管理、安全管理和环境保护。

运行管理目标是在保障水库安全运行前提下，保护水库生态环境，实现水库高效运行、高质量发展。

1.2 小型水库运行管理标准化指标体系构建

在明确小型水库运行管理的概念、主体、对象、主要内容及保障措施后，通过文献研究、实地调查、专家访谈的方法，基于系统思维及管理学理论，遵循标准化、规范化进行管理范围界定，从组织管理、安全管理、运行管理、环境保护以及保障措施五个方面对管理对象标准化管理范围进行界定，得出小型水库运行管理标准化评价的指标，确定了标准化三级评价体系，指标层中各指标及其内涵如表1所示。

2 小型水库运行管理标准化评价模型

2.1 指标相对权重确定

指标权重的确定方法大体可概括为主观定权法、客观定权法和组合定权法三种，本文利用层次分析法(AHP)，将定性与定量分析相结合，在主观经验的基础上进行数据的加工提炼得出小型水库运行管理标准化评价指标权重。在构建层次结构的基础上，首先构造判断矩阵，然后求取判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量，再对判断矩阵进行一致性检验，检验通过后，对求得的特征向量做归一化处理[14]，得到该准则下各个指标的权重。

表1 小型水库运行管理标准化指标体系及其内涵

根据以上权重求取过程，邀请小型水库运行管理单位、水利主管部门、高校等该领域20位专家对小型水库运行管理标准化指标重要性进行打分，并运用层次分析法，剔除其中无效数据，得出权重结果如表2所示。

表2 小型水库运行管理标准化指标权重

2.2 基于物元可拓模型的标准化评价

物元分析法由我国学者蔡文于20世纪80年代首次提出，用于从定性和定量的角度解决矛盾问题，适用于多因子评价[15]。物元分析法先依据某些客观标准确定评价指标的经典域，再根据模型计算出来的各个指标(或综合指标)关于各个评价等级的关联度大小进行归等定级，提高了等级判定的客观性和科学性。目前，物元可拓模型已经广泛应用于水库水环境治理[16]、大坝安全[17]、和水库防洪调度[18]等的评价。小型水库运行管理标准化评价包括组织管理、安全管理、运行管理、环境保护和保障措施五个方面，每个指标均对评价结果产生影响且存在差异，可以看成一个不相容问题，利用可拓学可以充分结合定性及定量指标，准确描述小型水库运行管理标准化各评价指标相互影响和作用的拓展过程。由物元对小型水库运行管理标准化评价的基本特征进行描述，三元组R=(Z，C，V)表示“事物、特征、量值”。引入物元，构建评价模型，步骤如下：

2.2.1 确定经典域、节域及待评价物元

小型水库运行管理标准化评价的经典域物元矩阵可表示为：

(1)

式中：Roj称为经典域物元；Zoj表示所评价小型水库运行管理标准化的第j个评价等级(j=1，2，……m)；Coi表示第i个评价指标(i=1，2，……n)；Voji为Zoj关于Coi的取值范围，区间(aoji，boji)即为经典域。

小型水库运行管理标准化评价节域物元矩阵表示为：

(2)

式中：Rp称为节域物元；Z表示待评价指标的所有等级；Vpi为Z关于特征Ci所有等级的取值范围集合；区间(api,bpi)即为节域。

将小型水库运行管理标准化待评价物元矩阵表示为：

(3)

式中：Z0为评价指标；Vi为Z0关于Ci的特征值实际数据。

根据相关文献研究及小型水库特征，本文将小型水库运行管理标准化评价指标分为“差、较差、中、较好、好”五个等级。定性指标的特征值用数值0～1表示各项标准化指标的完善程度及落实情况，具体参考水利部颁布的《水利标准化工作管理办法》进行评分，将定性指标的五个等级评价区间划分为[0.0，0.2]、(0.2，0.4]、(0.4，0.6]、(0.6，0.8]、(0.8，1.0]；待评价定量指标的经典域和节域的确定是在参考文献[19]基础上，结合小型水库运行管理标准化过程中各指标的实现难易程度，经过专家咨询得出。最终可得小型水库运行管理标准化评价指标的经典域及节域。

2.2.2 计算关联度

小型水库运行管理标准化评价指标关联度函数的定义为：

Kj(Vi)=

(4)

(5)

(6)

式(4)表示第i个指标与第j个等级的关联度，式(5)表示Vi与经典域的距离，式(6)表示Vi与节域的距离。Kj(Vi)越大说明该指标相对于该等级的隶属度越大，若Kj(Vi)=maxKj(Vi)，则评价对象Vi隶属于等级j。

2.2.3 计算综合关联度并确定评价等级

待评价对象关于某一等级的综合关联度为：

(7)

式中：Wj表示各评价指标的权重；Kj(W0)为考虑各指标权重的综合关联度；Kj(Vi)为待评价对象的第i个指标关于水平等级j的单指标关联度。对评价体系准则层和目标层中指标的评价等级进行逐层计算。

若Kji=max[Kj(Vi)]，j=1,2,…m，则待评价对象第i指标属于小型水库运行管理标准化评价等级j。

若Kji=max[Kj(W0)]，j=1,2,…m，则待评价对象属于小型水库运行管理标准化评价等级j。

关联度数值K(V)在实数轴上的大小表征了待评价对象隶属于小型水库运行管理标准化评价某一标准级别的程度。若Kj(Vi)<-1，说明该指标的评价结果不属于此等级，又不具备达到此等级的条件；若-1≤Kj(Vi)<0 ，说明评价指标虽不属于此等级，但具有达到此等级的趋势；若0≤Kj(Vi)<1，说明评价指标属于此等级，且数值愈大，愈接近标准上限；若Kj(Vi)≥1 ，表示评价指标超过等级上限，数值愈大，开发潜力愈大。

3 实例应用

3.1 官务水库概况

陕西省宝鸡市扶风县官务水库位于渭河水系漆水河二级支流七星河中游法门镇官务村，是一座以供水为主，兼顾防洪、灌溉等综合效益的Ⅳ等小(Ⅰ)型均质土坝水库，由陕西省水务集团扶风县供水有限公司官务水库管理站负责运行管理。水库坝高27.24 m，总库容464 万m3。自2014年被鉴定为优质水源以来，积极推行水环境综合整治工程，建设工程措施、绿化措施、视频监控设施及警示牌等，使库区一级、二级水源保护区内的污染得到有效杜绝，形成了良好的生态圈，从而实现保护水源，保障了县城供水安全以及区域水资源可持续的效益。

3.2 评价流程

官务水库运行管理标准化评价分为评价准备阶段、评价实施阶段、结果反馈三个阶段。

(1) 评价准备阶段。由评价机构确定评价时间、评价方案并向官务水库管理站发出评价函。这一阶段对于评价流程是否能顺利推进有着至关重要的作用。

(2) 评价实施阶段。官务水库管理站自收到评价函后，根据评价通知要求，组织内部进行全面自查，形成自查报告，并提交相应的支撑材料，评价机构根据收到的自评报告，针对内容及支撑材料，结合评价标准进行调研，确保数据真实可靠，并邀请10位行业相关专家，组成评价小组，由其根据评价方案对各项指标内容进行客观打分，给出专家意见。实施阶段是获取评价数据和意见阶段，也是体现小型水库运行管理评价科学性、客观性、公正性的重要阶段。

(3) 结果反馈阶段。综合评价完成后，根据评价小组评分数据进行整理分析，结合专家意见完成评价报告，在此基础上对评价过程中发现的问题进行总结反馈，对亮点进行推广，以达到问题预防、持续改进、经验交流的目的。

3.3 综合评价

邀请10位行业专家结合2020年10月官务水库实际资料及调研情况进行打分，以C4和C19指标为例，进行分析测算。

官务水库专设有管理站，上级管理单位定期对站上4名管理人员进行专业培训，水库安全责任人明确，且都参加了年度小型水库“三个责任人”“三个重点环节”网络培训，10位专家结合实际情况进行打分，除去最高分和最低分后取平均值，得到C4指标的分值为0.95；使用GIS软件测量出官务水库保护区内植被覆盖情况，经计算得植被覆盖率为0.82。最终得出各指标的特征值矩阵p=(0.73，0.83，0.71，0.95，0.34，0.73，0.12，0.67，0.56，0.97，0.86，0.87，0.63，0.87，0.73，0.73，0.85，0.78，0.82，0.32，0.89，0.54，0.36，0.39，0.86)T，通过计算关联度得出各指标评价等级为P=(较好，好，较好，好，较差，较好，差，较好，中，好，好，好，较好，好，较好，较好，中，较好，较好，中，好，中，较差，较差，好)T。

结合指标权重计算准则层各标准化的评价等级关联度，汇总结果如表3所示。

表3 准则层指标评价等级关联度表

3.4 结果分析

上述结果计算得出官务水库运行管理标准化对应的5个等级综合关联度为(-0.568，-0.488，-0.335，-0.157，0.043)，根据最大值原理[20]，最终判定官务水库运行管理标准化水平为“好”，说明官务水库总体标准化水平好，但在组织管理、安全管理、保障措施三个方面仍需进一步努力。

(1) 组织管理水平处于“向好转化”状态。主要影响因素为官务水库在经费落实和经费使用方面的成效较差，地方财政困难，水库日常运行管理得不到财政支持，自身创收主要靠给自来水公司供水，农业灌溉效益薄弱，无稳定经费来源。因此，政府需加强地方财政水利投资，保障经费来源渠道，确保官务水库有稳定的管护资金来源，并及时足额到位，保证资金使用规范。

(2) 安全管理水平处于“向较好转化”状态。官务水库2010年进行除险加固后，截止调查日期已有近十年未进行安全鉴定，不符合《水库大坝安全鉴定办法》定期安全鉴定制度。作为当地饮用水源地，官务水库在保障供水的同时，兼有防汛抗旱应急救灾等良好作用，但水库管理单位无安全鉴定专项经费，未彻底消除安全隐患。此外，官务水库管理站还应加强水行政管理、安全监测、应急管理等能力，以提升水库总体安全保障和对突发事件应急处置能力。

(3) 运行管理、环境保护评价等级为“好”，优势明显。官务水库自2014年推行水环境综合整治工程，2018年实施“河(湖)长制”以来，库区一、二级保护区已划界确权并设立桩界，库区水质安全得到保证，植被茂盛，栽设大量警示牌，环保宣传效果明显。水库日常防汛调度计划完备，工程检查、观测按照要求进行，且操作运行规范，维修养护由扶风县水务局及自来水公司共同承担，水库运行管理与环境保护成效显著。

(4) 保障措施评价等级处于“向较差转化”状态。合理的年度自检考核是标准化工作推进的重要抓手，通过考核评价可以检验标准化管理工作成效，但是官务水库奖惩激励不到位，年度自检考核缺失，无法为标准化管理提供监管保障。高效、实用的水库信息化管理系统不仅可以提高水库工程寿命周期、提高水利工程的经济效益和社会效益，还能为水资源管理提供有力保障，但官务水库未建立信息化管理系统。因此，加强日常监督和年度自检考核，建立评价结果与补助资金安排、人员报酬挂钩等竞争机制，推进信息化管理平台建设是提升官务水库标准化水平的重点任务。

4 结 论

本文应用系统思维及管理学原理，以小型水库的运行管理标准化过程作为评价内容，构建包含组织管理标准化、安全管理标准化、运行管理标准化、环境保护标准化、保障措施标准化五部分的小型水库运行管理标准化评价体系。建立基于AHP-物元可拓法的小型水库运行管理标准化评价模型并以官务水库为例进行实例验证，为小型水库运行管理标准化后续建设提供依据，对促进“水利工程补短板”、提高水利现代化水平、推动水利工程管理流程化方面具有重大意义。