基于可拓物元分析法的水安全保障可靠度評價研究

黃顯峰 智冉 金國裕 方國華

摘?要：水安全建設事關糧食安全、經濟安全、生態安全、國家安全。為科學評估水安全保障可靠度水平，構建由5個一級評價指標、26個二級評價指標組成的評價指標體系，由熵權法和專家賦權法耦合確定綜合權重，得到水安全保障可靠度可拓物元評價模型，并將其應用于郯城縣水安全保障可靠度水平評價中，結果表明：郯城縣水安全保障綜合關聯度水平為良好，與實情吻合，水安全保障可靠度可拓物元評價模型豐富了水安全保障可靠度水平評價方法，具有一定可行性和有效性。

關鍵詞：水安全保障;熵權法;指標體系;可拓物元法;可靠度水平評價

中圖分類號：TV62?文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.05.017

Abstract： Water security construction is related to food security， economic security， ecological security and national security. In order to scientifically evaluate the reliability level of water safety and security， the evaluation index system consisting of 5 first-level evaluation indicators and 26 second-level evaluation index was constructed， the comprehensive weight was determined by the coupling of entropy right method and expert empowerment method， the evaluation model of water safety and security reliability could be used and it was applied to the evaluation of water safety and security reliability level in Tancheng County. The results show that the evaluation model of water safety and security reliability can be used to enrich the evaluation method of water safety and security reliability level and has certain feasibility and effectiveness.

Key words： water security entropy; entropy right method; indicator system; can expand element method; reliability level evaluation

1?研究背景

水安全問題是由水和社會經濟、自然環境及其他因素相互影響與制約引起的，加強水安全建設，事關糧食安全、經濟安全、生態安全、國家安全[1]。我國是全球人均水資源最貧乏的國家之一，且水害頻發。從鯀禹治水的神話故事到都江堰、鄭國渠、靈渠、它山堰、京杭大運河等水利工程的興修，都展現了中國古代勞動人民對水安全問題的認識與探索。第一屆中國水安全論壇于2004年在北京召開，標志著水安全問題的系統性研究向多角度、多學科、深層次發展;2005年，陳紹金[2]從評價、預警及調控三個方面對水安全展開了系統研究;2007年，陳鴻起等[3]建立了完整的防汛安全保障體系，并利用GIS構造了洪澇災害損失計算模型。新時代，為保障國家水安全，習近平總書記提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路。水安全問題系統性研究引起了我國政府及科研機構的廣泛重視和關注。放眼國外，在2000年的斯德哥爾摩水討論會上，“水安全”一詞開始出現在國際視野中[4]。同年3月，聯合國《世界水資源開發報告》核心計劃提供了許多有價值的水安全研究內容，同時在主題為“世界水展望”的第二屆世界水資源論壇上，提出了《全球水安全行動框架》[5]。此后，關于城市水安全保障的研究不斷豐富和深入。Olli Virpi Lahtela在2002年建立了基于貝葉斯網絡的水資源管理模型，對塞內加爾流域進行了實例研究[6]。綜合國內外已有研究成果，關于單方面水安全問題及區域、流域水安全問題的研究較多，系統性水安全問題和城市水安全問題的研究較少。因此，筆者基于可拓物元分析法，以郯城縣為研究區，提出水安全保障可靠度評價模型，全面分析和客觀評價水安全狀況，以期為制定相關改善對策提供參考。

2?水安全保障可靠度評價指標體系的建立

2.1?指標體系的建立

水安全保障體系涉及內容廣泛，包括供水保障、節水保障、防洪減災保護、水生態建設、水管理建設等，由于指標多、結構復雜，因此需要構建層次結構指標體系，宏觀地考慮各個方面的要求。根據我國水安全保障體系建設的實際情況，綜合分析其影響因素，遵循層次性與可比性相結合、定量與定性指標相結合的原則，以水安全保障體系建設的內涵與內容為指導，構建水安全保障可靠度評價指標體系，包括目標層——水安全保障可靠度水平、準則層（一級指標，用Bi（i=1，2，3，4，5）表示）、指標層（二級指標，用Cj（j=1，2，…，26）表示）。

2.2?組合權重法確定指標權重

3?基于可拓物元分析的水安全保障可靠度評價

4?實例研究

將可拓物元分析法運用到郯城縣水安全保障可靠度評價研究中，對郯城縣的水安全保障可靠度水平進行評價分析。

4.1?山東省郯城縣水安全現狀

郯城縣境內河流密布，有50條骨干河道，分為中運河水系、沂河水系、沭河水系，統屬淮河流域。近年來郯城縣探索實施最嚴格水資源管理制度，規范水資源開發利用管理，建立了集中統一、高效權威、城鄉統籌的現代水資源管理體制，全縣節水水平大幅度提升。防災減災能力建設大幅度提升，防洪控制網絡基本形成，基本結束了過去大雨大災、小雨小災的落后局面。全縣11座小型水庫按照20～100 a一遇的設計防洪標準完成除險加固。橫貫郯城縣南北的沂河、沭河及邳蒼分洪道等重點河流，已完成50 a一遇防洪標準的治理任務。現階段郯城縣污水處理廠入河排污口共有5個，年均污水排放量為1 158萬m3，污水處理能力4.0萬m3/d，年均污水處理量1 119萬m3。綠化覆蓋面積1 060 hm2，綠地面積916.96 hm2，人工造林面積2 610 hm2。但是，郯城縣供水現狀多為單一水源，供水保障能力不足，渠系建筑物建成年代已久，建設標準低且老化、退化嚴重;水利管理精準化、高效化、智能化，水利工程管理信息化，水情、墑情、工情等信息采集系統自動化水平不高，水利工程運行調度不夠優化[11-13]。

4.2?評價標準及郯城縣水安全保障現狀水平

為定性評價水安全可靠度水平，由《山東省水安全保障總體規劃》《臨沂市水安全保障總體規劃》中相關指標的發展規劃值，結合郯城縣水安全現狀特征，確定評價標準的分級閾值，并通過專家打分的方式為定性指標確定等級，各指標對應分值即為該指標的現狀水平值。根據水安全保障可靠度水平評價指標的經典域，劃分定性指標等級，見表1。

為推進供水、節水、洪水、澇水、污水五水并治，全面保障城市水安全，要構建堅實的供水網絡作為水安全保障的基礎支撐;要加快實現從粗放用水向集約節約用水轉變，強化水資源水環境剛性約束;要強化水災害防御，建立災損可控的防洪減災工程體系;要加強水生態保護，統籌山水林田湖草系統治理，建設河湖健康發展新格局;要深化水管理體制改革，實現治水興水能力現代化[14-16]。由此，將郯城縣水安全保障可靠度評價指標體系細分為供水保障、節水保障、防洪減災保護、水生態、水管理5個準則。根據郯城縣水安全現狀數據資料，定性及定量指標經歸一化處理后，得到現狀水平標準值，其水安全保障可靠度評價指標體系及現狀水平值見表2。

4.3?郯城縣水安全保障可靠度評價

（1）指標權重計算。各指標的客觀權重由熵權法計算得到，主觀權重由專家賦權法確定，最后得到各指標對應于目標層的綜合權重，計算結果見表2。

（2）確定經典域和節域。確定經典域R0j為[0.4，0.6）、[0.6，0.7）、[0.7，0.8）、[0.8，0.9）、[0.9，1.0]，j=1，2，…，5，節域Rp=[0.4，1.0]。

（3）關聯度計算。將各評價指標的現狀值及各個指標綜合權重輸入可拓物元評價MATLAB程序，各評價指標關于各等級的關聯度及綜合關聯度評價結果見表3。

（4）評價結果分析。由評價結果（表3）可知，綜合關聯度為Kj=0.070 2，郯城縣水安全保障可靠度評價等級為良好。在郯城縣水安全保障可靠度單指標評價中，供水保障有8個指標，其中地下水開發利用率C1、應急機井及配套工程覆蓋率C4、水資源調配工程網絡完備度C6三個指標等級為中等，其余指標均為良好。由此可見，郯城縣地下水利用體系有待完善，水資源調控能力有待提高，應加快建設水資源調配工程網絡，以全面保障供水安全。節水保障6個指標中，城鎮公共供水管網漏損率C14為中等水平，其余指標均達到良好水平。為保障全縣節水安全，應加快推進城鎮公共供水管網更新改造，降低管網漏損率。防洪減災保護4個指標中，城市洪水調蓄能力C17等級為中等，其余指標等級為良好、優秀。為保障城市災損可控，應提高城市防洪標準，提高全縣排澇能力。水生態4個指標中，水景觀、水文化建設程度C22為中等水平，其余指標等級均為良好。構建和諧優美的水生態環境，應深入挖掘水利歷史文化內涵，推動全縣水文化事業發展。水管理4個指標中，水利信息化建設C26等級為中等，其余為良好、優秀。為提升治水管水能力的現代化，應加快構建水利信息基礎感知體系，促進水管理向智慧化發展[17-18]。綜合整個評價指標體系的26個指標，7個指標處于中等水平，16個指標處于良好水平，3個指標處于優秀水平，可以得出郯城縣水安全保障可靠度整體水平為良好。

由評價結果可針對性提出改善措施，重點加強水利信息化建設以及供水保障體系建設，尤其是水資源調配工程網絡建設、飲水安全工程建設和應急機井及配套工程建設。

5?結?語

通過構建水安全保障可靠度評價指標體系，將可拓物元分析法運用到水安全保障可靠度評價中，采用主、客觀權重相結合的方法得到各指標的綜合權重，綜合考慮決策者個人偏好和客觀情況，使確定的權重更加科學合理，并將水安全保障可靠度評價模型應用于郯城縣水安全保障可靠度評價中，評價結果與實際情況相符。

水安全保障可靠度可拓物元評價模型豐富了水安全保障可靠度水平評價方法，具有一定的可行性和有效性。模型評價指標選取具有一定通用性，但是在具體應用中，所構建的水安全保障可靠度評價指標體系應充分考慮各地區水安全實際情況及特點，并進行適當調整和補充。

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【責任編輯?呂艷梅】