楊 勇

(葫蘆島市綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125200)

0 引 言

水資源為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和增強(qiáng)綜合國力的重要戰(zhàn)略資源，對維持人類生存和自然環(huán)境發(fā)揮著重要作用近年來，工業(yè)廢水、生活污水的排放和生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化等問題，使得農(nóng)民普遍關(guān)注的農(nóng)村飲水安全問題日趨突出，據(jù)統(tǒng)計農(nóng)村飲水不安全的人口達(dá)到2.18×108，自來水普及率不足45%，其中32%的農(nóng)村人口仍未獲得安全飲用水。農(nóng)民能夠持續(xù)、快捷的獲取足量的符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水資源為飲水安全的基本內(nèi)涵，解決農(nóng)村飲水問題為建設(shè)小康社會的關(guān)鍵目標(biāo)，而科學(xué)評價飲水安全狀況為解決該問題的重要基礎(chǔ)[1]。

當(dāng)前，現(xiàn)有研究主要側(cè)重于問題分析、對策建議、現(xiàn)狀定性分析和概念的界定等方面，大部分研究僅僅從某幾項或某個方面分析區(qū)域現(xiàn)狀，而綜合考慮多方面要素開展定量化評價的還鮮有報道，其中如何選擇合理的方法求解各要素權(quán)重為當(dāng)前研究的重要課題之一[2-5]。熵權(quán)法該方法因具有計算簡單、結(jié)果可靠、原理清晰等優(yōu)點(diǎn)，在各種評價、多目標(biāo)決策和方案優(yōu)選等方面得到廣泛應(yīng)用，幾乎涵蓋了決策論、社會經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)和管理等所有學(xué)科[6-8]。據(jù)此，文章采用熵權(quán)法和綜合分析法科學(xué)分析了綏中縣農(nóng)村飲水安全水平，通過對各要素權(quán)重的分析確定能夠顯著影響區(qū)域飲水安全的關(guān)鍵因子，可為解決綏中縣農(nóng)村飲水安全存在的問題及制訂飲水安全保障體系提供科學(xué)的依據(jù)。

1 熵權(quán)法基本理論

熱力學(xué)中反映分子或離子不可逆運(yùn)動的現(xiàn)象為熵的概念來源，后被用于描述信息論中的狀態(tài)。結(jié)合信息論的內(nèi)涵特征，信息為度量系統(tǒng)有序狀態(tài)的重要參數(shù)，而衡量系統(tǒng)無序狀態(tài)的指標(biāo)為熵，二者符號相反且絕對值相等。參數(shù)值的變異程度直接決定著評價過程中熵值的大小，熵值越小則代表參數(shù)值的變異程度越高，所賦予的權(quán)值就越大；反之，熵值越大則代表參數(shù)值的變異程度越低，所賦予的權(quán)值就越小[9-10]。若某項評價要素關(guān)于各個參評樣本的值相同，可在評價系統(tǒng)中刪去該要素。因此，各指標(biāo)權(quán)重可依據(jù)熵值和參數(shù)值變異程度來求解，經(jīng)加權(quán)處理保證評價結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性。采用熵權(quán)法求解指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

步驟一：歸一化處理初始數(shù)據(jù)。設(shè)農(nóng)村飲水安全參評對象有n個、評價要素m個，由此構(gòu)造初始矩陣A=[aij]m×n，其中i=1，2，…，m;j=1，2，…n。采用極差變化法對其歸一化處理，從而形成標(biāo)準(zhǔn)矩陣R=[rij]m×n。針對參數(shù)值越大則評價結(jié)果越優(yōu)型因子，其歸一化處理公式為：

(1)

對于參數(shù)值越小則評價結(jié)果越優(yōu)型指標(biāo)，其歸一化處理公式為：

(2)

步驟二：定義各參數(shù)的熵。根軍農(nóng)村飲水安全各要素熵值的定義，利用下式求解指標(biāo)i的熵其表達(dá)式為：

(3)

步驟三：熵權(quán)的求解。結(jié)合以上熵值計算結(jié)果，利用下式求解農(nóng)村飲水安全參評要素i的熵權(quán)，即：

(4)

熵權(quán)的大小在一定程度上體現(xiàn)了各參評要素的相對重要程度，科學(xué)合理的確定指標(biāo)權(quán)重為農(nóng)村飲水安全評價的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，依據(jù)決策者的主觀判斷確定各參評要素權(quán)重的方法較為常用，因此勢必會產(chǎn)生過低或過高的估計某一指標(biāo)，從而無法系統(tǒng)、客觀的體現(xiàn)參評樣本的實(shí)際狀況。依據(jù)所包含有效信息量的多少而確定各指標(biāo)權(quán)重的熵權(quán)法，有效規(guī)避了因主觀判斷而造成的偏差，從而確保了評價結(jié)果的準(zhǔn)確合理性。

2 農(nóng)村飲水安全評價

2.1 區(qū)域概況

綏中縣位于葫蘆島市南部，南臨渤海、北枕燕山、東臨興城、西接山海關(guān)，處于E119°34'-120°31'，N39°59'-40°37'范圍，總面積2765km2，下轄大王廟鎮(zhèn)、荒地鎮(zhèn)、高臺鎮(zhèn)、綏中鎮(zhèn)、城郊鄉(xiāng)、秋子溝鄉(xiāng)、李家堡鄉(xiāng)等24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。研究區(qū)為半濕潤季風(fēng)氣候，特點(diǎn)為冬長夏暖、春秋季短、雨量集中、雨熱同期、平原風(fēng)大、四季分明、光照豐富，平均氣溫9.8℃，年日照時數(shù)2544.2h，年均降水量652.5mm，年均蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量。當(dāng)?shù)厮Y源總量7.98億m3，蓄水工程有水庫33座、引水工程26處，控制區(qū)域727km2，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水量1.18億m3，區(qū)間徑流量利用0.23億m3，境內(nèi)有六股河、貓眼河、九江河、黑水河、王寶河等河流，且大多數(shù)河道存在流程短、比降陡、面積小等山區(qū)型河流特征。一直以來，該區(qū)域供水設(shè)備老化、供水管網(wǎng)腐蝕、周邊環(huán)境污染等問題突出，加之農(nóng)村消毒、過濾、凈化等設(shè)備的缺乏，飲用水供給能力和水質(zhì)狀況不斷下降，非常有必要綜合評價北票市農(nóng)村飲水狀況[11-12]。

該區(qū)域集山、窮、老、邊、少于一體，全縣81.2%為農(nóng)業(yè)人口，當(dāng)?shù)貧夂蚨鄻忧业匦螐?fù)雜，地貌形態(tài)有平原、盆地、丘陵和山地，土壤類型以水稻土、巖土、草甸土、沼澤土和棕壤為主，不同區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在較大差異。依據(jù)2016年遼寧省統(tǒng)計年鑒獲取農(nóng)民人均純收入為4520元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平且呈現(xiàn)出逐年增大的趨勢(圖1)。綏中縣地貌形態(tài)復(fù)雜，加之農(nóng)村貧困程度深及貧困范圍廣，該縣水利設(shè)施建設(shè)較為滯后，其中無供水設(shè)施人口達(dá)到30%，飲水困難和飲水不安全人口占葫蘆島市的45%左右。許多地區(qū)都存在苦咸水、氟砷超標(biāo)、取水不變和水污染等問題，安全飲水對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民身心健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。而各地財政困難、投資需求大、人口分布廣、建設(shè)條件差和解決難度高等要素，以及氣候變化、污染加劇和不安全飲水群眾收入低等條件限制，使得徹底解決飲水安全問題存在較大的困難。當(dāng)前，農(nóng)村飲水安全問題為農(nóng)民最為關(guān)心、普遍存在的問題和生態(tài)文明建設(shè)的障礙性要素[13-14]。

圖1 綏中縣人均純收入變化

2.2 飲水安全評價體系

飲水評價屬于一項涉及范圍廣、參評要素多的綜合性復(fù)雜問題，結(jié)合研究區(qū)誰資源現(xiàn)狀和相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，考慮飲水安全對各要素的要求，遵循系統(tǒng)性、可獲取性、代表性和科學(xué)性等原則選取評價因子，以綏中縣14個代表性鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例，從供水、水質(zhì)和水量3個方面構(gòu)建多層次、多要素梯階層次評價體系，如表1所示。其中，特大干旱年缺水不列入水源無保證統(tǒng)計值，該參數(shù)僅僅考慮缺水情況為2-3個月；用水不方便主要針對200人以下到居民點(diǎn)300m以外和居住相對集中200人以上到居民點(diǎn)區(qū)的情況；生活用水按照每天每人常年<35L確定水量無保證參數(shù)值；水質(zhì)指標(biāo)中除氟以外其他均執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)，氟執(zhí)行飲水安全二級標(biāo)準(zhǔn)。

綜合指數(shù)為評價目標(biāo)，它反映保障飲水安全的程度；最主要、最根本的飲水安全系統(tǒng)特征利用供水能力、水量和水質(zhì)指標(biāo)反映；指標(biāo)層層各評價因子為影響供水、水量和水質(zhì)的主要參數(shù)，體現(xiàn)了各子區(qū)域間的特征差異和鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲水安全的具體情況，同時也是飲水安全科學(xué)評價的基本條件。

2.3 權(quán)重的計算與分析

根據(jù)綏中縣農(nóng)村飲水安全現(xiàn)狀調(diào)查報告和2018年葫蘆島市水資源公報提取評價體系中各參數(shù)初始值(表2)。然后對各初始數(shù)據(jù)利用公式(1)、(2)處理，并對各因子權(quán)重ωi和熵值hi利用公式(3)、(4)求解，見表3。

農(nóng)村飲水安全評價要反映重要性評價指標(biāo)和保障區(qū)域飲水安全的程度，根據(jù)綏中縣飲水安全各因子權(quán)重可知，人均生活用水、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、水源無保證人口比、自來水及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水普及率影響飲水安全的關(guān)鍵因子，該評價結(jié)果綏中縣供水設(shè)施薄弱、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后、地貌形態(tài)復(fù)雜、地下水易污染及地表水不穩(wěn)定等情況基本一致。所以，對各評價因子利用熵權(quán)法求解權(quán)重具有科學(xué)合理性，在定量評價農(nóng)村飲水安全中熵權(quán)法具有廣泛的應(yīng)用前景。

表1 綏中縣農(nóng)村飲水安全評價體系

表2 綏中縣典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲水安全指標(biāo)初始值

表3 評價因子權(quán)重及其排序

2.4 綏中縣農(nóng)村飲水安全評價

目前，綜合評價法理論較為成熟且已廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、水環(huán)境污染評價等領(lǐng)域。文章采用綜合評價法分析綏中縣農(nóng)村飲水安全水平，其計算模型為：

(5)

式中：Xi、Wi為評價因子i的標(biāo)準(zhǔn)化值及其權(quán)重；ESI為區(qū)域飲水安全綜合指數(shù)。

根據(jù)研究區(qū)飲水安全其它指標(biāo)情況和衛(wèi)生部、水利部制定的有關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)有研究關(guān)于保證率、方便程度、水質(zhì)、水量等單項指標(biāo)基本安全和安全的最低值，將農(nóng)村飲水安全標(biāo)準(zhǔn)劃分為安全、較安全、稍安全、較不安全、不安全5個等級，所對應(yīng)的ESI取值區(qū)間為1.0-0.9、0.9-0.8、0.8-0.6、0.6-0.4、0.4-0.0。因此，可確定綏中縣14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的飲水安全級別、排序和綜合指數(shù)值，如表4所示。

表4 綏中縣農(nóng)村飲水安全水平

根據(jù)表4計算結(jié)果可知，綏中縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村飲水安全水平存在較大的差異，且區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與這種差異基本一致，可見農(nóng)村飲水安全受經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響較為顯著。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較高的小莊子鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)的綜合指數(shù)值較高；而較為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較為滯后的西甸子鎮(zhèn)、王寶鎮(zhèn)等，其綜合指數(shù)較低，這與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展落后、居住分散且居住于丘陵地帶等因素相關(guān)。

將綏中縣農(nóng)村飲水安全水平利用綜合評價和熵權(quán)相結(jié)合的方法分析，依據(jù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)確定綏中縣農(nóng)村飲水不安全的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有1個為西甸子鎮(zhèn)，處于較不安全狀態(tài)包括大王廟鎮(zhèn)、萬家鎮(zhèn)、塔山屯鎮(zhèn)、王家寶鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)、寬幫鎮(zhèn)，處于稍安全狀態(tài)的有綏中鎮(zhèn)、高臺鎮(zhèn)、前衛(wèi)鎮(zhèn)、荒地鎮(zhèn)、前所鎮(zhèn)，處于較安全狀態(tài)的有高嶺鎮(zhèn)、小莊子鎮(zhèn)，綏中縣達(dá)到安全飲水等級的沒有。整體而言，綏中縣處于不安全飲水等級且保障各地區(qū)飲水安全的程度不同。

3 結(jié) 論

1)農(nóng)村飲水安全評價體現(xiàn)了重要性影響因子和保障區(qū)域飲水安全的程度，結(jié)合綏中縣飲水安全各因子權(quán)重，確定水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水及自來水普及率、人均生活用水量和水源無保證人口比例為影響飲水安全的關(guān)鍵要素。其中，農(nóng)村飲水處于不安全、較不安全、稍安全和較安全狀態(tài)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別有1、6、5、2個，綏中縣整體處于不安全飲水等級且保障各地區(qū)飲水安全的程度不同。對此，應(yīng)制定科學(xué)的水源地保護(hù)規(guī)劃，強(qiáng)化水源保護(hù)，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)水污染情況，加強(qiáng)對重點(diǎn)污染企業(yè)的技術(shù)改革，鼓勵企業(yè)引用耗水量小、排污量低的新設(shè)備和新技術(shù)，提倡使用處理效率高、污水排放量小的高效污水處理系統(tǒng)。研究成果可為建設(shè)飲水安全保證體系和進(jìn)一步開展綏中縣飲水安全治理提供一定指導(dǎo)。

2)參數(shù)值的變異程度直接決定著評價過程中熵值的大小，熵值越小則代表參數(shù)值的變異程度越高，所賦予的權(quán)值就越大；反之，熵值越大則代表參數(shù)值的變異程度越低，所賦予的權(quán)值就越小。較其它方法而言，在權(quán)重分配過程中熵權(quán)法能夠有效避免決策者主觀判斷可能引起的偏差，更加全面的考慮各評價樣本的信息差異，保證評價結(jié)果的科學(xué)合理性，在飲水安全評價中熵權(quán)法耦合綜合評價法具有廣泛的應(yīng)用前景。