基于AHP-模糊综合评价法的中山市水生态文明城市建设评估*

方奕舟，陈志和，2，3，熊育久，2，3

1. 中山大学土木工程学院，广东珠海519082

2. 广东省华南地区水安全调控工程技术研究中心，广东广州510275

3. 南方海洋科学与工程广东省实验室，广东珠海519082

水生态文明城市建设遵循人与自然和谐相处的理念，协调水资源的开发利用与保护，既能保证地区社会经济充分发展，又能实现水资源可持续利用的目标［1］。随着我国经济的高速增长以及城镇化的日益加速，水生态问题愈发突出。因此试点建设水生态文明城市，探索水生态文明城市建设模式，并对这些城市开展建设评估有助于总结经验与教训、指导后期水生态文明城市建设，对实现可持续发展具有重大意义。

有关水生态评估的研究可以追溯到1972 年美国清洁水法［2］，因为水生态涉及因素多，研究者从不同角度建立了不同的评价体系，如鱼类集合体完整性指数［3］、生物完整性指数［4］、快速生物监测协议RBPs［5］，溪流状况指数ISC［6］等。

国内在《水生态文明城市建设评价导则》（SL/Z 738-2016）［7］颁布之前，研究以构建指标体系为主。如于鲁冀等［8］探讨了河流水生态修复体系的构建、付岚等［9］使用大型底栖动物完整性指数评价了东江流域的水生态。国内在城市评价方面起步较晚，崔向红［10］探讨了生态学、城市规划学、社会学等多学科相结合的生态文明城市建设理论与实践。覃玲玲［11］在前人研究基础上，提出了涵盖生态经济、生态社会、生态环境、生态文化、生态制度等五个文明的指标体系。詹卫华等［12］强调了水生态文明建设中生态的重要性。左其亭［13］指出水生态文明建设需要从制度、生态修复、水文化等多方面共同推进。陈进［14］认为水生态文明城市建设应达到水资源可持续利用、水生态系统良好、人民安全和幸福生活等三个目标。王建华和胡鹏［15］在梳理总结水生态文明评价指标基础上，建议从水文化、水管理、水供用、水生态等四个方面评价水生态文明。户超等［16］认为水生态文明评价指标体系应综合考虑“自然—社会”二元水循环的特征。

2016 年《水生态文明城市建设评价导则》颁布实施，构建了涵盖水安全、水环境、水生态、水监管、水节约、水文化等6 大准则层、总计25项指标的评价体系，但各指标在评价中权重相等。然而，我国各地具体的自然条件和经济发展状况存在差异，等权重评价法可能不适用于局部小区域，且各指标权重相等下难以判断影响水生态文明建设的主导因子。因此，在《水生态文明城市建设评价导则》颁布后，研究者尝试使用非等权评价方法，如物元可拓模型［17-18］、投影寻踪法［19］、主成分分析法［20］、层次分析法［21-23］、AHP-模糊综合评价法［24］。其中AHP-模糊综合评价法是一种将层次分析法与模糊综合评价法相结合综合评价法，它通过层次分析法对模糊综合评价法的赋权提升评价结果的可靠性，同时通过模糊综合评价法的计算减轻层次分析法人为主观因素的影响，两者结合使评价的结果更具指导意义［25］，在水环境质量评价［26］城市建设评价［27］等领域获得广泛应用。

大涌镇位于中山市网河区中游，镇内河涌纵横，不但是中山市河网密度较大的地区之一，而且是珠江河口区网状水系的重要组成部分。大涌镇早期以工业生产为主，乡镇企业在带来经济效益的同时也产生了严重的水环境污染问题，如河涌水质较差，多属于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）［28］中的劣Ⅴ类水体，制约了全市整体建设效果。因此，本文选择水污染严重的大涌镇为研究对象，以《水生态文明城市建设评价导则》［7］各项指标及等权重评价为基础，结合非等权权重的AHP-模糊综合评价法，以期识别等权重与非等权权重下评估结果的差异、识别影响局部区域水生态文明建设的主导因子，为后续生态文明城市建设提供决策依据与参考。

1 研究区概况

中山市东临珠江口，与珠海、澳门相邻，与深圳、香港隔海相望，北距省会广州市约100 km。大涌镇地处中山市中西部，东临石岐河，西与江门市新会区隔西江相望，属亚热带季候风气候。常年阳光充足，气候温和，雨量充沛。

大涌镇境内河涌纵横交错，根据2018 年5 月中山市境内各镇区河涌水质监测数据统计，大涌镇内19 条主要河涌水质为劣Ⅴ类水体（GB 3838-2002）（图1）。

图1 研究区中山市大涌镇水系及其水质等级现状Fig. 1 The water system and their water quality at Dachong town in Zhongshan city

2 研究方法介绍

为评估研究区2015 年后的生态建设情况，本文根据大涌镇的实际情况，结合《2017 年中山市统计年鉴》［29］的统计数据，选用《水生态文明城市建设评价导则》［7］、《节水型社会评价指标体系及评价方法》（GB/T 28284-2012）［30］中的推荐指标，建立大涌镇水生态文明城市建设评价指标体系，分别基于《水生态文明城市建设评价导则》［7］的等权评价法与基于非等权的AHP-模糊综合法，对比了研究区2017年水生态文明城市建设的效果。

2.1 指标体系构建及等权评价法

本文中的水生态文明城市建设评价指标体系涵盖水安全、水环境、水生态、水监管、水节约、水文化六大准则层以及共计26项的指标层（表1）。其中：水安全准则层（B1）涵盖防洪排涝达标率（C11）等4 项指标；水环境准则层（B2）涵盖水功能区水质达标率（C21）等4项指标；水生态准则层（B3）涵盖河流生态基流满足率（C31）等6 项指标；水监管准则层（B4）涵盖用水总量控制达标情况（C41）等3 项指标；水节约准则层（B5）涵盖万元工业增加值用水量相对值（C51）等6项指标；水文化准则层（B6）涵盖水文化传承载体数量（C61）等3项指标。

在基于等权评价法的水生态文明城市建设评价体系中，各指标层对准则层以及各准则层对目标层的相对重要性相等，根据各指标取值范围与分界阈值，划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级，分别对应4 分（优）、3 分（良）、2 分（中）、1 分（差）、0 分（劣）（表1）。根据各指标的统计数据，结合表1中相应的评分标准，确定各指标的得分。

2.2 AHP-模糊综合评价法

AHP-模糊综合评价法是一种结合了层次分析法以及模糊综合评价法的优点的评价方法。该方法通过层次分析法对各准则层以及指标层进行赋权，然后通过模糊综合评价法计算隶属度进行评价。

2.2.1 权重确定 为评价各指标层相对准则层的重要性以及各准则层相对目标层的重要性，本文使用专家评分法通过问卷调查的形式邀请了数十名水利行业从业人士及专家学者进行权重打分，并通过1～9标度法规范各指标的赋值标准。核心计算公式为

2.2.2 隶属度及分值计算 各指标的单因素评价，需要通过模糊综合评价进行隶属度计算。本文在此将评价指标集划分为目标层评价指标集以及准则层评价指标集，并建立评判集“优（4 分）、良（3 分）、中（2 分）、差（1 分）、劣（0 分）”，对应表1 中划分的Ⅰ级（4 分）、Ⅱ级（3 分）、Ⅲ级（2分）、Ⅳ级（1分）、Ⅴ级（0分）。

表1 大涌镇水生态文明城市建设评价体系及标准与结果Table 1 Water ecological civilization evaluation system，standards and results in Dachong town

利用柯西分布函数计算隶属度,其核心公式为

式中Rx为隶属度函数；x 为2017 年指标x 的实测值；a值根据x确定：

1）当x属于Ⅰ级时

2）当x属于Ⅱ～Ⅳ级时

3）当x属于Ⅴ级时

式（3）、（4）、（5）中xu以及xi分别对应x 所处级别的上下边界值。

最终评价得分根据公式（6）计算

式中Z 为得分，W 为式（1）中权重向量，Y 为综合评价结果，由式（2）根据最大隶属原则得出。

3 评价结果

3.1 等权评价结果

《水生态文明城市建设评价导则》［7］等权评价法结果表明，研究区水生态文明城市建设得分52分（图2），其中水安全准则层（B1）的评价为“优”（得分率75%），主要影响因子是降雨滞蓄率（C12）；水监管准则层（B4）的评价为“良”（得分率67%），主要影响因子是水资源监控能力指数（C42）和水生态文明建设重视度（C43）；水节约准则层（B5）评价为“中”（得分率54%），主要影响因子是非常规水资源利用率（C56）；水生态准则层（B3）评价为“中”（得分率54%），主要影响因子是河湖生态护岸比例（C33）和水域空间率（C34）；水文化准则层（B6）评价为“中”（得分率50%），主要影响因子是水文化传承载体数量（C61）；水环境准则层（B2）评价为“劣”（得分率为0%），准则层内四项指标得分全部为0，研究区的水质污染问题导致该准则层成为制约水生态文明城市建设的重要因子。

图2 大涌镇水生态文明城市建设各准则层等权评价结果Fig.2 Evaluation results of water ecological civilization city construction based on equal right method for Dachong town

3.2 非等权评价结果

图3 准则层等权重与非等权重差异对比Fig.3 Weight values for criteria layer based on AHP-fuzzy comprehensive evaluation method

3.2.1 权重计算结果 准则层权重排序显示水环境、水生态、水安全、水节约、水监管、水文化等6 大准则层的权重分别为0.29、0.29、0.19、0.10、0.08、0.05（图3）。其中水安全、水环境、水生态3 个准则层权重高于等权重结果，而水监管、水节约、水文化3 个准则层低于等权重结果。水环境以及水生态准则层的所占权重并列第一，可能是因为水环境以及水生态准则层能够直观体现水生态文明城市建设效果，而水文化准则层的所占权重最低，这可能是因为水文化准则层更侧重于精神文明建设，建设效果短期内难以评估。

各准则层具体指标的权重分布（图4）显示，影响水安全准则层（B1）的主要指标是防洪排涝达标率（C11，权重为0.41）。制约水环境准则层（B2）评价的主要指标是水质优良度（C24，权重为0.52）。制约水生态准则层（B3）评价的主要指标是水土流失治理程度（C35，权重为0.37）。制约水监管准则层（B4）评价的主要指标是水生态文明建设重视度（C43，权重为0.75）。制约水节约准则层（B5）评价的主要指标是万元工业用水量增加值相对值（C51，权重为0.30）。制约水文化准则层（B6）评价的主要指标是水生态环境质量公众满意度（C63，权重为0.64）。将准则层权重与指标层权重相乘可以得出26 项指标重要性排序，前3 位分别为水环境准则层（B2）的水质优良度（C24，权重为0.15）、水生态准则层（B3）的水土流失治理程度（C35，权重为0.11），水安全准则层（B1）的防洪排涝达标率（C11，权重为0.08）。

图4 各指标权重分布图Fig.4 Weight values for different indices in each criterion layer

表2 隶属度计算及指标层评价结果Table 2 Membership calculation and evaluation results of index level

3.2.2 隶属度及分值计算结果 隶属度计算结果显示（表2），水安全准则层（B1）4 项具体指标——防洪排涝达标率（C11）、降雨滞蓄率（C12）、集中式饮用水水源地安全保障达标率（C13）、自来水普及率（C14）的评价结果分别为“良”“差”、“优”、“优”。水环境准则层（B2）下4 项指标层水功能区水质达标率（C21）、水质优良度（C22）、废污水达标处理率（C23）、水功能区限制纳污控制率（C24）的评价结果都为“劣”。水生态准则层（B3）下六项指标层河流生态基流满足率（C31）、河流纵向连通性指数（C32）、河湖生态护岸比例（C33）、水域空间率（C34）、水土流失治理程度（C35）、建成区透水面积率（C36）的评价结果分别为“中”、“良”、“差”、“中”、“良”、“中”。水监管准则层（B4）下两项指标层水资源监控能力指数（C42）、水生态文明建设重视度（C43）的评价结果都为“中”。水节约准则层（B5）下六项指标层万元工业增加值用水量相对值（C51）、农田灌溉水有效利用系数（C52）、生活节水器具普及率（C53）、公共供水管网漏损率（C54）、工业用水重复利用率（C55）、非常规水资源利用率（C56）的评价结果分别为“中”、“优”、“良”、“中”、“差”、“劣”。水文化准则层（B6）下3 项指标层水文化传承载体数量（C61）、水生态文明建设公众认知度（C62）、水生态环境质量公众满意度（C63）的评价结果分别为“差”、“中”、“良”。

非等权评价结果（图5）显示，研究区水生态文明城市建设总分48 分，其中水安全准则层评价为“优”（得分率84%），主要影响因子为降雨滞蓄率（C12）；水监管准则层评价为“良”（得分率67%），主要影响因子为水生态文明建设重视度（C43）；水生态准则层评价为“中”（得分率59%），主要影响因子为河流生态基流满足率（C31）；水节约准则层评价为“中”（得分率50%），主要影响因子为万元工业增加值用水量相对值（C51）；水文化准则层评价为“中”（得分率40%），主要影响因子为水生态环境质量公众满意度（C63）；水环境准则层评价为“劣”（得分率0%），四项指标得分全部为0，是制约研究区水生态文明城市建设的关键。

图5 大涌镇水生态文明城市建设非等权评价结果Fig.5 Non-equal right evaluation results of water ecological civilization city construction in Dachong town

4 分析与讨论

4.1 等权评价法与非等权评价法评价结果差异分析

对比等权与非等权评价结果（图6），两种方法最终评价得分差异不大，但中间得分（准则层、指标层）呈现一定差异。其中，尽管水环境准则层的权重有所提高，由0.17 提高到0.29，但由于河涌水质污染等问题，两种权重下的评价结果均为零分；水生态准则层的权重有所提高，由0.17提高到0.29，评分与等权评价法相比提高4分；水安全准则层的权重有所提高，从0.17提高到0.19，评分与等权评价法相比提高4分；水节约准则层的权重有所降低，从0.17 降低到0.10，评分与等权评价法相比降低8分；水监管准则层的权重有所降低，从0.17 降低到0.08，两种权重下的评价结果均为8分；水文化准则层的权重有所降低，从0.17降低到0.05，评分与等权评价法相比降低4分。研究区水生态文明城市最终得分48 分，评分与等权评价法相比降低4 分。两种评价结果均显示水环境、水生态是制约研究区水生态文明城市建设的关键。

图6 AHP-模糊综合评价法（非等权）与《导则》评价法（等权）评价结果对比Fig.6 Comparison of scores between AHP-fuzzy comprehensive evaluation method and evaluation guideline of water ecological civilized city construction in Dachong town

本文评价时基于《水生态文明城市建设评价导则》［7］、结合研究区特色建立了新的评价指标体系。《水生态文明城市建设评价导则》［7］作为指导性文件，其设置的指标可能难以反映地区特色，各项指标的重要程度以及适用程度可能会发生变化。等权评价法在评价过程中，由于各项指标对整体的影响程度一致，难以识别制约总体得分的关键因子，不利于指导后期开展针对性的工作。相比之下，非等权评价法通过差异化的赋权，能够更直观的体现制约当前水生态文明城市建设的关键因子，更有利于指导后续建设工作。因此，在实施评价的过程中，应根据评价范围和城市等级差异，以及城市规模和发展需求与地方特色，构建评价指标体系并赋权，确立评价等级标准［31］，方能提升评价结果的代表性。

如刘姝芳等［32］基于《水生态文明城市建设评价导则》［7］指标体系，使用基于专家打分的层次分析法评价西安市水生态文明时，发现水安全准则层的权重高于水生态、水节约等其余准则层，是主要影响因子。王富强等［33］立足于郑州市，建立涵盖“最严格水资源管理”、“水资源优化配置”、“防洪排涝体系”、“节水管理”、“水资源保护与水生态修复”、“水文化建设”六项准则层的指标体系，并通过差异化的赋权得出“最严格水资源管理”是主要影响因子。孔兰等［34］将东莞市划作3个片区，并分别构建指标体系进行差异化赋权，发现制约东莞市水生态文明建设的主要为“中部沿海片区”。

此外专家打分法对指标权重赋权不可避免地受人为主观因素影响，近年来研究者将熵值法［35］、频度统计法［36］等方法应用于水生态文明城市建设评价，旨在降低人为主观因素的影响，提升评价结果的代表性。综上所述，建立适用性更广更符合地区特色的指标评价体系，通过更加合理的赋权评分方法将会使评价效果更具指导意义。

4.2 研究区未来水生态文明城市建设方向

前面的评价结果显示研究区水生态文明城市建设整体得分率为46%，尚未达到国家《水生态文明城市建设评价导则》［7］规定的Ⅲ级标准（得分率60%），水环境污染是最大问题。若假设水环境准则层下水功能区水质达标率（C21）、水质优良度（C22）、废污水达标处理率（C23）、水功能区限制纳污控制率（C24）4项指标全部达到《水生态文明城市建设评价导则》要求的Ⅱ级情景下，根据非等权评价法重新评价（图7），可知水环境准则层得分从0 提高到22 分，得分率从0%提高到76%，研究区整体水生态文明城市建设得分从48 分提高到70 分，得分率从46%提升到67%，略超过国家《水生态文明城市建设评价导则》［7］规定的水生态文明城市Ⅲ级标准（得分率60%）。

《中山市生态文明建设规划（修编）（2018-2030 年）》［37］中明确提到2020 年中山市地表水环境质量达到或优于Ⅲ类水质比例将达到70%，同时彻底消除劣V类水体。根据2018年5月中山市境内各镇区河涌水质监测数据统计显示，研究区的水功能区有西部排灌渠、石歧河、岚田水库等共计6个水功能区，其中只有岚田水库水功能区水质以及限制纳污控制率达标。

图7 大涌镇水生态文明城市建设改善前后评价结果对比Fig.7 Comparison of evaluation results for pre-and post-water ecological civilization city construction in Dachong town

根据2019 年的《大涌镇河涌专项整治方案》［38］，大涌镇将从清理非法排污口、水面漂浮物、底泥污染物、河湖障碍物、涉河违建等方面多管齐下，全面提升水环境质量。根据《2019 年第二季度中山市河涌水质情况》［39］以及《2019 年大涌镇政府工作报告》［40］，研究区已经实现3 个水功能区水质及限制纳污控制率达标，基本完成镇内9条河涌的整治工程。由此来看研究区水环境准则层四项指标在有针对性的整治下，完全是能够达到《水生态文明城市建设评价导则》［7］的II级标准，上文的假设具有可行性。

5 结论

本文以中山市大涌镇为研究区域，结合研究区水质污染严重等实际情况，建立了涵盖水安全、水环境、水生态、水监管、水节约、水文化等6大准则层、总计26 项指标层的大涌镇水生态文明城市建设评价体系，分别基于《水生态文明城市建设评价导则》［7］的等权评价法与基于非等权的AHP-模糊综合法，根据2017年数据对比评价了研究区水生态文明城市的建设效果，主要结论如下：

1）两种方法评价结果相似，得分均较低，主要是由水质污染严重导致水环境指标得分为零所致，表明研究区水生态文明城市建设仍然任重道远；2）非等权的AHP-模糊综合评价结果表明，除水环境外，水生态也是制约研究区生态文明建设的主要因子。分析显示若该镇期望水生态文明建设基本达标，水环境各指标应达到导则要求的II级，应在后续建设中加以重视。