尚 靜 唐德善 王美慧

(河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098)

我國(guó)水資源數(shù)量緊張、水污染嚴(yán)重，水生態(tài)和水環(huán)境問題較為嚴(yán)重，而水資源作為人類生存和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，需要最大化地保護(hù)與管理，這樣才能科學(xué)合理利用水資源，進(jìn)而推動(dòng)人類全面健康發(fā)展[1-2].由于水資源保護(hù)任務(wù)繁重，因此有必要對(duì)水資源保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià).通過(guò)剖析水資源保護(hù)工作中的問題，從而深入推進(jìn)水資源保護(hù).當(dāng)前，很多學(xué)者從不同角度對(duì)水資源保護(hù)效果進(jìn)行了研究，如劉穎秋[3]用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)水資源保護(hù)情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，朱金峰等[4]用最優(yōu)組合權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)湖南省的農(nóng)村進(jìn)行了水資源保護(hù)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，余亞麗等[5]用云模型從水資源系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)3個(gè)維度對(duì)安康市水資源保護(hù)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià).

目前，關(guān)于水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)的研究大部分著重于對(duì)水質(zhì)和水量方面的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有待完善.當(dāng)前學(xué)者對(duì)水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)模型的研究還較少，主要通過(guò)關(guān)聯(lián)度和隸屬度對(duì)水資源保護(hù)效果等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法多數(shù)集中在灰色關(guān)聯(lián)度和云模型，還沒有學(xué)者考慮通過(guò)待評(píng)價(jià)樣本和標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的距離來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià).本文在已有的研究基礎(chǔ)上，利用PSR模型構(gòu)建了水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用組合賦權(quán)結(jié)合多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間法對(duì)水資源保護(hù)效果進(jìn)行研究，構(gòu)建基于PSR-MODOMIIM的水資源保護(hù)模型，旨在為水資源保護(hù)評(píng)價(jià)提供一條可行的新思路.

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 PSR模型

壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-響應(yīng)(Response)模型最早由OECD(經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織)和UNEP(聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署)為了評(píng)價(jià)環(huán)境狀況而形成的一種體系.PSR模型包括壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)部分，這一思維邏輯以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，反映各個(gè)指標(biāo)之間的相互作用關(guān)系，壓力指標(biāo)指發(fā)生此變化的“原因”;狀態(tài)指標(biāo)表示壓力產(chǎn)生的“效果”;響應(yīng)指標(biāo)表示社會(huì)在接收到狀態(tài)改變的消息后做出的“反應(yīng)”[6-7].水域系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，又PSR模型具有極強(qiáng)的全面性和靈活性，因此利用PSR模型可以充分描繪人類、社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)之間因果關(guān)系，充分反映各指標(biāo)間的內(nèi)部邏輯聯(lián)系.

1.2 水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)遵循全面性與科學(xué)性相結(jié)合、獨(dú)立性與完備性相結(jié)合、代表性與可獲得性相結(jié)合原則[8]，通過(guò)咨詢專家意見并參考相關(guān)研究[5，9-10]，基于PSR模型，綜合多方面因素，選取17個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1.

表1 水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

其中壓力(P)指標(biāo)主要是包括人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、廢污水排放等對(duì)于水資源保護(hù)帶來(lái)的壓力和不利影響的指標(biāo);狀態(tài)(S)指標(biāo)主要反映水資源質(zhì)量、水量等實(shí)際現(xiàn)狀的指標(biāo);響應(yīng)(R)指標(biāo)主要指人類社會(huì)針對(duì)水資源現(xiàn)狀做出的相應(yīng)措施，如農(nóng)業(yè)高效節(jié)水、城市污水處理率、水土流失治理等.

1.3 指標(biāo)等級(jí)劃分

為了充分體現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)水資源保護(hù)效果程度，在已有的研究成果[5，10-12]和相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合貴州省實(shí)際情況，廣泛咨詢專家意見，將水資源保護(hù)效果等級(jí)劃分為Ⅰ(優(yōu)秀)、Ⅱ(良好)、Ⅲ(合格)、Ⅳ(不合格)4個(gè)等級(jí)，見表2.

表2 水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

2 研究方法

由于水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)，以等級(jí)劃分的區(qū)間性問題，因此選用多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間法進(jìn)行評(píng)價(jià).理想?yún)^(qū)間法具有減少傳統(tǒng)理想點(diǎn)解法(TOPSIS)在評(píng)價(jià)過(guò)程中將指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)視為點(diǎn)概念引起的結(jié)果偏差[13]、計(jì)算簡(jiǎn)單方便、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn).選用層次分析法和熵權(quán)法分別求得主客觀權(quán)重，引進(jìn)乘法合成求得組合權(quán)重，更具科學(xué)和準(zhǔn)確性.

2.1 權(quán)重的計(jì)算

2.1.1 層次分析法確定主觀權(quán)重

AHP(層次分析法)[14-15]求解主觀權(quán)重步驟如下:

(1)建立層次結(jié)構(gòu).

(2)構(gòu)造判斷矩陣.對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩之間進(jìn)行對(duì)比，參照9位標(biāo)度法得出重要性情況，構(gòu)造判斷矩陣:如果某一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui相對(duì)于Uj的重要性為μij，則Uj對(duì)于Ui的相對(duì)重要性為μij的倒數(shù).判斷矩陣H見式(1):

(3)用Matlab軟件求解判斷矩陣所對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量.得到權(quán)重向量φ1見式(2):

式中:ωm為第n個(gè)指標(biāo)的權(quán)重.

(4)一致性檢驗(yàn)及修正.利用式(3)和式(4)分別計(jì)算其一致性指標(biāo)VCI和一致性比例VCR:

式中:λmax為判斷矩陣的最大特征值;m為判斷矩陣的階數(shù);VRI是判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可查表3.若VCR＜0.10，則表明判斷矩陣具有一致性.反之，應(yīng)進(jìn)行不斷地修正.

表3 V RI的值

2.1.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

選用熵權(quán)法[16-17]求得客觀權(quán)重，此方法可以直接反映各個(gè)指標(biāo)間的原始數(shù)據(jù)信息，是目前應(yīng)用最多的計(jì)算客觀權(quán)重的方法.主要是通過(guò)計(jì)算客觀數(shù)據(jù)的熵值來(lái)確定熵權(quán).其具體的計(jì)算步驟如下:

(1)將實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理.定義lji(j=1，2，…，m;i=1，2，…，n)為第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第i項(xiàng)指標(biāo).其中對(duì)于效益、成本型指標(biāo)的歸一化處理也不同，分別按式(5)和式(6)進(jìn)行歸一化計(jì)算.

(2)計(jì)算熵值Bi和信息效用值hi:

其中:

式中:當(dāng)sji=0時(shí)，xji=0，則ln0無(wú)意義，故將xji進(jìn)行修正:

(3)確定指標(biāo)客觀權(quán)重ωz(z=1，2，…，n)

求得的客觀權(quán)重系數(shù)ωz(z=1，2，…，n)，則ωz

2.1.3 確定組合權(quán)重

采用乘法合成法[18]對(duì)主客觀權(quán)重進(jìn)行組合賦權(quán)，得到水資源保護(hù)效果的組合權(quán)重，則計(jì)算指標(biāo)i的組合權(quán)重Wi公式為:

式中:φi為AHP所求的主觀權(quán)重;ωi為熵權(quán)法所求的客觀權(quán)重.

2.2 多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間法

多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間法(MODMIIM)[12，19-20]的具體計(jì)算步驟[21]如下:

(1)構(gòu)造目標(biāo)向量函數(shù).選用水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)中的m個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)水資源保護(hù)效果，由此進(jìn)行目標(biāo)向量函數(shù)Q(X)的構(gòu)造:

式中:qi(X)為第i個(gè)指標(biāo)，i=1，2，…，18.

(2)構(gòu)造年份指標(biāo)向量[19-20].設(shè)第s年的指標(biāo)向量Qs為:

式中:s=1，2，…，7;qi，s為第s年的第i個(gè)指標(biāo)值.

(3)構(gòu)造理想?yún)^(qū)間向量[19-20].水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表中的每一等級(jí)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)構(gòu)成理想?yún)^(qū)間向量Qj*為:

式中:j=1，2，3，4;bi，j、ai，j分別是第j個(gè)等級(jí)的第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)應(yīng)區(qū)間的左右端點(diǎn).設(shè)各指標(biāo)數(shù)值在4個(gè)等級(jí)Ⅰ～Ⅳ中的順序?yàn)閺男〉酱螅駝t該指標(biāo)應(yīng)該做倒換處理，則每年所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)也應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

(4)計(jì)算每年各指標(biāo)到各個(gè)等級(jí)的理想?yún)^(qū)間向量的綜合距離[19-20].為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更加精確，取第s年的指標(biāo)值到第j個(gè)理想?yún)^(qū)間向量的綜合距離l(j，s)為:

式中:Wi為權(quán)重;Δ(j，s，i)的計(jì)算方法[19-20]如下:

1)當(dāng)評(píng)價(jià)因子處于1級(jí)，即j=1時(shí)

2)當(dāng)評(píng)價(jià)因子處于2、3級(jí)，即j=2、3時(shí)

3)當(dāng)評(píng)價(jià)因子處于4級(jí)時(shí)

(5)求最小距離[19-20].取每年中l(wèi)(j，s)的最短距離lmin(j，s)，最短距離所對(duì)應(yīng)的等級(jí)j為第s年水資源保護(hù)效果所處的等級(jí).

3 貴州省水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)

貴州省位于我國(guó)西南地區(qū)，“山多地少，石多土少，雨多庫(kù)少”是其典型特征，其中貴州發(fā)展的主要短板是工程性缺水，如何科學(xué)進(jìn)行水資源配置、水資源保護(hù)、水生態(tài)發(fā)展是貴州省高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在.因此，對(duì)貴州省近年來(lái)的水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)有重要的意義，對(duì)之后實(shí)際工作的進(jìn)行具有指導(dǎo)性作用.

指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于2013—2017年《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》《貴州省水資源公報(bào)》《貴州省環(huán)境公報(bào)》《中國(guó)人口和就業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》等數(shù)據(jù)資料，個(gè)別缺失數(shù)據(jù)由內(nèi)插法補(bǔ)齊，原始數(shù)據(jù)見表4.

表4 2013—2017年貴州省評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

根據(jù)式(1)～(4)求主觀權(quán)重，式(5)～(11)求權(quán)重客觀權(quán)重，式(12)求得組合權(quán)重，結(jié)果見表5.

表5 貴州省水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

利用式(16)～(19)求得每年18個(gè)指標(biāo)到4個(gè)等級(jí)的距離l(j，s)，見表6.

表6 2013—2017年各年份到各等級(jí)理想?yún)^(qū)間的距離

確定各年份的最短距離和所屬等級(jí)，結(jié)果見表7.

表7 各年份到所屬區(qū)間的最小距離及所屬等級(jí)

從貴州省水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)模型得出的結(jié)果可以看出:貴州省2013—2017年水資源保護(hù)效果整體呈上升趨勢(shì)，結(jié)合表4所給的原始數(shù)據(jù)，可以看出計(jì)算結(jié)果與貴州省的實(shí)際情況一致，證明了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，也證實(shí)了水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)模型的合理性.2013—2014年水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)結(jié)果為合格，且2014的總體評(píng)價(jià)結(jié)果要低于2013年，原因是當(dāng)年人均生活用水量和廢污水總排放量大幅度增加.2015—2017年為良好，并在2017年達(dá)到最優(yōu)，參考各年份的原始數(shù)值，2017年水土流失治理面積、灌溉水利用系數(shù)、森林覆蓋率、城市污水處理率等指標(biāo)均為5年內(nèi)最大值，表明2016年年底在全國(guó)范圍內(nèi)全面實(shí)施河長(zhǎng)制和2017年貴州省出臺(tái)《貴州省水資源保護(hù)條例》，無(wú)疑加快了水資源的保護(hù)步伐，并取得了良好成效.雖然2017年貴州省整體水資源保護(hù)效果良好，但是個(gè)別分項(xiàng)指標(biāo)仍然存在不足之處，如單位工業(yè)增加值用水量、人均生活用水量、人均水資源量、廢污水總排放量、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、灌溉水有效利用系數(shù)、工業(yè)固體廢物綜合利用率等處于合格階段，還有較大的提升空間.因此貴州省應(yīng)該從薄弱之處入手，補(bǔ)全短板，進(jìn)一步增強(qiáng)水資源保護(hù)效果，為此提出以下建議:

(1)貴州省屬于豐水地區(qū)，但由于貴州田高水低，蓄水能力較差，近70%的降水在雨季就流失了，導(dǎo)致人均水資源量較少，應(yīng)建設(shè)骨干水源工程，實(shí)施蓄引堤工程，從根本上解決缺水問題.另外貴州還應(yīng)對(duì)節(jié)約用水、保護(hù)水資源進(jìn)行大力宣傳和引導(dǎo)，在水資源費(fèi)收取中實(shí)行階梯水價(jià)，減少人們不必要的用水，降低人均生活用水量，確保水資源總量.

(2)貴州省廢污水總排放量較多、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率2017年僅78.2%，處于較低水平，說(shuō)明水質(zhì)情況亟需改善，需要對(duì)入河排污口進(jìn)行排查、監(jiān)測(cè)、污水溯源、整治，加快建設(shè)城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村污水處理設(shè)施、水源地保護(hù)建設(shè)工程，另外每條河湖都應(yīng)編制“一河(湖)一策”，對(duì)階段性目標(biāo)和任務(wù)有更清楚的認(rèn)知，從根本上高效地解決水質(zhì)問題.

(3)貴州省2017年單位工業(yè)增加值用水量為57.7 m3，雖然低于國(guó)內(nèi)平均值，但與國(guó)際低于15 m3的頂尖水平還有較大差距.貴州省應(yīng)優(yōu)化工業(yè)用水配置，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策，關(guān)停一些污染大、耗水高的小型企業(yè)，加大工業(yè)固體廢物的治理和綜合利用，創(chuàng)建節(jié)水清潔型工業(yè).

(4)貴州省2017年灌溉水有效利用系數(shù)為0.464，與國(guó)家灌溉水有效利用系數(shù)0.52還有一定的差距.需要大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，發(fā)展循環(huán)型農(nóng)業(yè)和節(jié)水型農(nóng)業(yè)，加強(qiáng)農(nóng)田節(jié)水灌溉工程建設(shè)，因地制宜選取合適的灌溉方式，例如滴灌、噴灌、微噴、膜下灌溉等，達(dá)到節(jié)約用水目的.

4 結(jié) 論

1)從壓力(P)、狀態(tài)(S)、和響應(yīng)(R)三個(gè)方面構(gòu)建了水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間法、組合權(quán)重與水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)相結(jié)合，建立了基于組合賦權(quán)-MODMIIM的水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)模型.為水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)提供一條科學(xué)合理的新途徑.

2)利用模型對(duì)貴州省2013—2017年水資源保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值進(jìn)行分析計(jì)算，判斷各年份水資源保護(hù)效果等級(jí)，得到評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況一致，表明該評(píng)價(jià)模型具有合理性.

3)廢污水總排放量、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率等對(duì)貴州省水資源保護(hù)效果影響較大，應(yīng)考慮諸種影響因素，提出相應(yīng)整改措施，這對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)水資源保護(hù)具有重要意義.