AHP-模糊綜合評價模型在節水型社會建設后評價中的應用

李嘉第，陳曉宏，鄭冬燕，林木隆

(1.水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術中心，廣東 廣州 510611； 2.中山大學水資源與環境研究中心，廣東 廣州 510275；3.華南地區水循環與水安全廣東普通高效重點實驗室，廣東 廣州 510275)

節水型社會建設試點后評價，是在節水型社會建設一定階段后，全面回顧試點的建設過程、考察建設內容、評估建設效果、總結建設經驗，對照試點建設規劃，分析存在的問題和不足，以推進試點地區節水型社會建設的深化，并為其他地區節水型社會工作的開展提供借鑒。

目前，國外有關節水的研究主要集中在水權、水權交易、基于水權觀的水資源優化配置、水市場、水價水資源承載力、公眾參與水資源管理及水資源管理組織等方面[1]。王浩[2]等針對節水型社會試點甘肅張掖地區提出了評價指標體系的2個層面：①用社會、經濟與生態三方面協調性指標來評估節水型社會的整體效果；②利用節水指標來評估節水措施的落實效果。李艷等提出了基于層次分析法賦權的TOPSIS評價方法，運用此方法對廣東省節水型社會建設進行了評價[3]。陳瑩[4]等基于節水型社會是水資源系統-生態系統-經濟社會協調發展的認識，遵循科學、實用及簡明的原則，構建了節水型社會評價指標體系，對中國各省(市、區) 節水型社會相對水平進行量化評價。褚俊英[5]等將節水型社會建設的區域模式劃分為經濟發達豐水類、經濟發達缺水類、經濟欠發達豐水類以及經濟欠發達缺水類四大類型，對各類模式的基本特點、建設重點、融資方式及可能的動態演進路徑進行了分析。李紅梅等結合寧夏水資源開發利用現狀，構建了一套節水型社會建設評價指標體系，同時采用層次分析法與模糊綜合評價相結合的評價方法對寧夏節水型社會建設情況進行了評價[6]。

AHP-模糊綜合評價法主要由層次分析法和模糊綜合評價法兩部分構成。其中，模糊綜合評價是在層次分析法的基礎上進行，二者相輔相成，共同提高評價結果的可靠性和有效性。在節水型社會建設的評價中，涉及到許多模糊的影響因素，沒有明顯的數量界限，要使用一些模糊的詞句來形容、描述。比如節水管理等，這些是不可以簡單地用是、非或數字來表示的。 因此，利用此方法能有效解決復雜的評價問題。在評價指標的選擇過程中，本文運用層次分析法對指標按不同層級進行劃分，構建成樹型結構的指標體系，把定性分析轉化為定量分析，再通過模糊綜合評價手段，把復雜模糊的評價指標以隸屬度向量來表示。此種研究方法的運用，大大降低了評價中的不確定性因素， 使評價結果變得可靠、有效。

1 AHP-模糊評價模型

1.1 層次分析法

層次分析法(The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)[6]模仿人的決策思維過程，是一種定性和定量相結合的分析方法，主要解決多因素復雜系統，特別是難以定量描述的社會系統的分析方法。通常情況下，層次分析法都要經歷6個環節，分別為構建遞階層次結構、建立判斷矩陣、對矩陣進行一致性檢驗、層次單排序、層次總排序以及對分析結果進行決策[6-7]，見圖1。

1.2 模糊綜合評價法

層次分析法帶有一定的主觀性，利用模糊綜合評價可以有效地處理人們在評價過程中本身所帶有的主觀性，以及客觀所遇到的模糊性現象[8]。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法，該綜合評價法根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。它具有結果清晰、系統性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

是專家Sk給出的在工程Ni下對影響因子Cj的評價值，運用定義4Hamming距離測度公式計算得出與理想值的距離并依據下式計算與理想值的接近度：

2 實例應用

2.1 區域背景

海口市位于東經110°10′～110°41′，北緯19°32′～20°5′，地處海南島東北部，橫跨南渡江下游東西兩岸。北隔瓊州海峽與廣東省相望。總面積2 304.84 km2。全市多年平均降水量1 827 mm，當地水資源總量25.39億m3。試點建設前，海口市萬元GDP用水量125 m3，萬元工業增加值用水量142 m3，灌溉水有效利用系數0.5左右，農業用水量占生產總用水量的62.3%，用水效率偏低，用水結構不盡合理。境內部分水域水污染嚴峻的情勢尚未得到根本逆轉，尤其城區大部分地表水體污染嚴重，多為Ⅴ類和劣Ⅴ類水質，水環境惡化問題突出，已嚴重影響到海口市的人居環境和城市形象。加之現有水利基礎設施還較薄弱，調蓄能力有限，局部地區工程型和水質型缺水并存，水資源和水環境形勢不容樂觀。粗放的經濟增長方式不可避免地帶來不同范圍、不同程度的缺水和生態環境的破壞。因此，為更好地服務于“海南國際旅游島”建設，保障海口市經濟社會可持續發展，必須將水資源和水環境保護放在更加突出的位置，以節水促減排，以治污促發展，開源節流并重，興利除害并舉，全面建設節水型社會，走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路。試點建設批準后，海口市充分利用原有節水工作的堅實基礎，全力推進節水型社會建設試點工作。

2.2 評價指標體系的構建

2.2.1 節水型社會評價指標體系設計原則

根據建立節水型社會的內涵和目標,結合構建指標體系的一般原則，節水型社會評價指標體系設置應遵循以下原則[9]：科學性原則、代表性原則、層次性原則、全面性原則、可獲性原則、區域性原則、系統性原則、時序性原則、動態性原則、定性與定量相結合原則。

2.2.2 評價指標體系

綜合評價是對多屬性體系結構描述的對象進行系統性、全局性和整體性的評價。為了綜合反映節水型社會試點的建設效果，規范評價內容和評價指標，2005年水利部辦公廳下發了《關于印發節水型社會建設評價指標體系(試行)的通知》(辦資源〔2005〕179號)(以下簡稱《評價指標法》)，提出了包括綜合性指標、節水管理、生活用水、生產用水、生態指標等5大類32個指標，指標中既有定性描述的，又有可量化的，既有反映綜合情況的，又有反映單項情況的。同時提出：“評價單位可以從中選擇適合本地區的指標，也可視情況增補其他評價指標”。本文針對節水型社會的內涵和目標，結合中國南方豐水地區節水型社會建設現狀，根據節水型社會評價指標體系的設置原則，在系統分析和參考國內外現有研究成果的基礎上[5,10]，選用以下節水型社會建設評價指標體系，見表1。

2.2.3 評價指標標準體系

關于節水型社會建設評價指標，目前國家還沒有統一標準，水利部制定的《節水型社會建設評價指標體系(試行)》也只是從指標含義給予解釋，關于節水型社會建設各個階段，各項指標的衡量標準，《試行》并沒有規定。為了科學合理地確定評價標準，對海口市節水型社會建設的情況做出準確的評價。下面將主要從以下幾個方面來選擇評價指標的標準參考值：①參考國家、行業目前已發布的標準。主要包括：《節水型城市考核標準》《工業用水考核指標及計算方法》《節水型企業評價導則》《污水再生利用工程設計規范》《城市居民生活用水量標準》等；②借鑒國內外其他城市或地區的相關評價標準，如國家水利部辦公廳《關于印發節水型社會建設評價指標體系(試行)的通知》中介紹的國外有關節水先進指標和中國各類型區有關指標先進值等；③借鑒已發表的學術論文和期刊中的相關評價標準值[5,10]；④緊密結合海口市未來節水型社會建設的發展目標；⑤優良等級標準參考國際同類型地區先進值，良好等級標準參考國際同類型地區平均值，中等等級標準參考國內同類型地區先進值，初級等級標準參考國內同類型地區平均值，起步等級標準參考國內平均值。本文通過以上幾個方面綜合分析，給出節水型社會建設起步、初級、中等、良好、優良5個階段的量化指標標準。為了與定量指標相一致,將定性指標量化后按0～100之間分為5個階段(表1)。

2.3 海口市節水型社會建設試點工作完成情況

經過3年努力，海口市節水型社會建設工作取得初步成效。節水防污型社會管理體系初步建立，節水機制制度法規進一步完善；循環經濟結構體系初步構建，產業結構調整深化，全社會用水總量得到控制；水資源利用效率明顯提高，萬元GDP取水量、萬元工業增加值取水量逐年下降；節水型社會行為規范體系初步形成，社會民眾節水意識加強，社會愛水惜水節水風尚正逐步形成。海口市節水型社會建設試點成效見表2。

注：表中“畝”為非國際標準單位，換算關系為15畝=1 hm2，下同

2.4 基于AHP的模糊評價法的應用

2.4.1 海口市節水型社會建設AHP模型

通過海口市評價體系的 AHP 模型的建立，目標層的一級指標包括綜合(B1)、農業(B2)、工業(B3)、生活(B4)、非常規水源利用(B5)、生態環境(B6)、節水管理(B7)7個層面，每個一級指標包含若干二級指標(C1—C24)。得到海口市節水型社會建設試點后評估評價指標體系(表3)。

根據專家意見，填寫各層判斷矩陣，并對傳統比例標度進行了修正，標度值不僅限于1～9或其倒數值。

a) 一級指標相對于目標層的判斷矩陣A為：

表2 海口市節水型社會建設試點成效

利用MATLAB計算其特征根為：

表3 海口市節水型社會建設試點后評估評價指標體系

b) 二級指標相對于一級指標的判斷矩陣B1、B2…B7分別為：

經一致性檢驗，判斷矩陣B1、B2…B7具有完全一致性。層次總排序結果見表4。

一級指標權重大小關系如下，B2>B3=B4>B1=B6=B7>B5，符合海口市節水工作情況，是合理的。

2.4.2 模糊評價法

本文用5個等級來表示海口市節水型社會建設試點評估的等級，具體評語集為V={起步，初級，中等，良好，優良}。結合海口市水情特點，評語集對應的數值集取N={20，50，70，85，95}。即：0～40為起步，40～60為初級，60～80為中等，80～90為良好，90～100為優良。權重集的確定采用AHP分析法得到的結果。

評判矩陣R中rij即為某因素ui對應等級j的隸屬函數，其值的推求可根據各評價因素的實際數值或實際狀況，對照表3中各因素的分級指標來分析推算。為了消除各等級間數值相差不大或狀況區別不明顯，而評價等級可能相差一級的跳躍現象，使隸屬函數在各級之間能平滑過渡，可將其進行模糊化處理。

表4 層次總排序結果

根據隸屬函數和成效值，求得每個指標分屬于節水型社會建設各級別的隸屬子集結果見表5。

由計算得到的隸屬子集，可得到指標中綜合、農業、工業、生活、非常規水源利用、生態環境和節水管理的隸屬度矩陣分別為：R(Bi)=[R(CN) …R(CM)]T

其中R(Bi)代表一級指標的隸屬度矩陣，R(CN)、R(CM)為對應一級指標的二級指標的隸屬度矩陣。進行模糊矩陣的復合計算,計算結果見表6。構造目標層的模糊矩陣：

R(A1)=[S(B1)S(B2)S(B3)S(B4)

S(B5)S(B6)S(B7)]T，則S(A1)=W(A1)×R(A1)，計算出海口市節水型社會建設試點指標二級模糊綜合評價結果(表6)。

表5 指標隸屬子集計算結果

表6 各指標隸屬度計算結果

為驗證海口市節水型社會建設取得的成效，對海口市節水型社會試點建設前的指標值進行評估，根據隸屬函數和建設前的數值，構造目標層的模糊矩陣，海口市節水型社會建設前指標二級模糊綜合評價結果見表7。

表7 各指標隸屬度計算結果

3 結果分析

a) 從基于AHP的模糊綜合評價結果看：節水型社會建設前，一級指標方面，綜合指標、農業指標、生活指標、工業指標、節水管理、非常規水源利用均處在起步階段；生態環境指標處在初級階段。評分值最高的為生態環境指標，最低的為非常規水源利用；對海口市節水型社會建設前的整體評價為處在起步階段，評分值為32.15；節水型社會建設后，與節水型社會建設起步階段隸屬度大的指標是再生水利用量、非常規水源替代水資源率；與節水型社會建設中等階段隸屬度大的指標是用水總量、工業用水重復利用率、家庭生活節水器具普及率、居民生活用水戶裝表率、節水“三同時”執行率、自備水源供水計量率；與節水型社會建設良好階段隸屬度大的指標是南渡江干流水功能區達標率、城市生活污水集中處理率、工業廢污水達標排放率；其余13項指標均與節水型社會建設初級階段隸屬度最大；所有指標與節水型社會建設優良階段隸屬度數值小于0.5。一級指標方面，非常規水源利用處在起步階段；綜合指標、農業指標、生活指標、工業指標、節水管理均處在初級階段；生態環境指標處在良好階段。評分大小關系如下：B6>B7>B1>B3>B4>B2>B5，評分值最高的為生態環境指標，最低的為農業指標，海口市節水型社會建設7項一級指標中，生態環境發展是最好的，非常規水源利用發展相對有所欠缺(圖2)。對海口市節水型社會建設試點的整體評價為處在初級階段，評分值為52.22，處于初級階段的61.1%(圖3)。

b) 通過節水型社會建設，雖然有些單項指標已達到中等、良好或優良級別，但整個節水型社會建設綜合評價結果為初級階段，主要原因是在整個評價指標體系中仍有2個指標(占整個評價指標的8%)處于起步階段，13個指標(占整個評價指標的54%)處于初級階段。下階段應著重加強這15個方面的工作,特別是非常規水源利用和農業節水相關的再生水利用量、海水利用、非常規水源替代水資源率、農業灌溉水有效利用系數、畝均灌溉用水量、水澆地畝均灌溉用水量、節水灌溉工程面積率等7個方面工作，以促進整個節水型社會建設的協調發展。

4 結語

選取綜合指標、農業節水指標、工業節水指標、生活節水指標、非常規水源利用指標、生態環境指標以及節水管理指標是符合海口市節水型社會建設特點的；生態環境較優以及非常規水源利用和農業節水水平較低，是符合海口市地區特點的。從評價結果也可以得出，由于水資源相對比較豐富，涉及范圍較大、投入較大的節水工作開展是制約海口市節水型社會建設的主要因素。區內社會經濟發展與水資源的矛盾相對不激烈,節水型社會建設需要伺機而行。在必要時,政府應對節水型社會建設在稅收、投資等方面予以優惠，以提高其節水型社會建設的積極性。

此次以海口市為例，對海口市節水型社會建設試點建設期工作執行的進度和成效進行評價，對海口市的節水型社會建設具有非常現實的參考意義。建設節水型社會是一個由初級階段向高級階段邁進的探索過程。當前和今后一個時期，海口市將在制度創新、機制創新方面力求新的突破，努力推進節水型社會建設由初級階段向高級階段跨越。