基于模糊綜合評價的年度用水總量考核評價研究

夏麗麗 張 聃

(1.江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水土保持科學研究院，江西 南昌 330029)

為實現社會經濟的可持續發展，2012年國務院發布了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，提出了2015年和2030年的用水總量控制、用水效率控制和水功能區限制納污控制“三條紅線”主要目標，目前“三條紅線”控制指標已被分解到省、市、縣三級。為推進最嚴格水資源管理制度的落實，2013 年國務院頒布了《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》，啟動對各省、自治區和直轄市落實最嚴格水資源管理制度情況的考核，各省對所轄市縣開展考核工作。用水總量控制是“三條紅線”中最核心、最重要的控制指標[1]，其實施效果會對最嚴格水資源管理制度的落實產生關鍵影響。但年度用水總量是個變量，受降水量、灌溉面積、工業增加值、萬元工業增加值用水量、總人口、人均生活用水量、城鎮化率等多方面因素影響[2]。如何參照目標值對用水總量進行考核，如何判定用水總量上報值的合理性，如何令考核結果體現公平合理，目前暫無定論，國內部分學者對此問題開展了探討和研究。曾祥等[3]構建了基于水資源利用技術效率的區域用水目標水量測算模型，利用隨機前沿生產函數對用水總量控制作了實證研究；吳書悅等[4]從水資源、社會、經濟和環境4個方面出發，構建了包括人均水資源量、水資源開發利用率、區域缺水率等13個基礎指標的區域用水總量控制評價指標體系，運用層次分析法建立了用水總量控制模糊綜合評價模型；甘泓等[5]建立了以用水量特性曲線(S-P曲線)為基礎的年度用水總量考核方法。

用水總量分析評價的研究方法以層次分析法和模糊綜合評價法相結合居多。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評價方法，基本思想是根據多目標評價問題的性質和目標，采用層次分析法將問題本身按層次分解，根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，具有結論清晰可靠，系統性強等特點，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[6-8]。用水總量的影響因素較復雜，且各因素具有一定的模糊性和不確定性，本文綜合考慮評價方法的可行性與實用性，采用層次分析法將各因素逐層分解，選取易獲取的典型指標定性分析農業、工業、生活和環境4類單項用水量合理性，再利用模糊綜合評價法將結論量化，從而系統全面地反映用水總量的合理性。

1 研究方法

1.1 指標選取和層次分析

目前對用水總量合理性分析多采用定額分析法、對比分析法、趨勢分析法等邏輯關系檢驗法[9]，即從單位用水量合理性、與相關指標邏輯關系的合理性和變化趨勢合理性等方面進行分析，影響用水量變化的因素較多，按照數據是否方便獲取、與單項用水量的相關性是否較高的原則，選取了部分影響因子，并構建了層次分析結構，見圖1。頂層為目標層(A層)，即用水總量數據合理性；第2層(B層)按照用水類別分為4項；第3層(C層)為各單項用水量的細分；第4層(D層)為采用不同方法對各單項用水量進行合理性分析的結果，其中各單項用水量不同方法選取的主要影響因子詳見表1。

圖1 層次結構

表1 單項用水量主要影響因子統計

1.2 判斷矩陣和確定權重

為體現各單項用水量和各類評價內容在綜合評價過程中的重要程度，通過構造判斷矩陣對其賦予不同的權重系數。采用1～9標度法對D層各因素之間的重要性進行比較,見表2。

表2 1-9標度法

在構造的各層指標體系中，B層的權重分配為反映各市縣用水量的差異性，采用各市縣的用水構成比例作為B層的權重值，即農業、工業、生活和環境各類用水量在用水總量中的占比值。C層權重分配采用該類用水量在相應單項用水量中所占比例作為權重值。D層權重分配，除林牧漁用水量合理性和城鎮公共用水量合理性的兩個指標構成較為單一外，其他指標均采用判斷矩陣確定權重值。按照對用水量合理性分析的貢獻大小，D層核算指標的重要性順序為：單位用水指標合理性>與相關指標關系的合理性>變化趨勢的合理性，因此各指標層的判斷矩陣C1-D、B2-D、C3-D、B4-D均為

根據判斷矩陣計算各層次與之有聯系的元素重要性次序的權值。步驟如下：

a.計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi:

(1)

(2)

(3)

則W=[W1,W2,…,Wn]T即為所求的權系數。

然后對判斷矩陣的一致性進行檢驗，首先計算判斷矩陣A的最大特征值λmax：

(4)

(AW)i表示向量AW的第i個元素。

再計算判斷矩陣的一致性指標CI:

(5)

最后計算隨機一致性比率CR:

(6)

式中：RI為平均隨機一致性指標。

對于1～9階判斷矩陣，RI的值見表3。

表3 RI取值

當CR<0.1時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調整判斷矩陣，使之具有滿意的一致性。

依據上述方法，各個判斷矩陣C1-D、B2-D、C3-D、B4-D計算結果均為

CR=0.0005

各判斷矩陣的CR<0.1，可見各判斷矩陣均具有滿意的一致性。

依次沿遞階層次結構由上而下逐層計算，即可計算出最底層因素相對于最高層的相對重要性排序值，即權系數。層次結構中D層的權重見表4。

表4 D層權重值

通過構建模糊綜合評判模型，對各因素進行量化分析，最終判定用水總量的合理性，步驟如下：

a.確定評價對象的因素論域U=(u1,u2,…,um)。本文共計14項指標。

b.確定評語等級論域V=(v1,v2,…,vn)。按照評價需求，將評語等級劃分為3級：V=(非常合理，基本合理，不合理)。

對單位用水量合理性判定采用誤差分析，如上報值與預估值之間誤差控制在1%以內為非常準確，誤差在1%～5%以內為基本準確，超出5%為不準確；趨勢相符極好為非常合理，趨勢基本相符則為基本合理，趨勢不相符則不合理。

對與相關指標邏輯關系合理性和趨勢變化合理性的判斷，采用一票否決的方式，即多個相關指標中，若存在與某項相關指標邏輯關系不合理的情況，則該項指標評價結果為不合理。

c.進行單因素評價，建立模糊關系矩陣R：

(7)

d.確定評價因素權向量F=(f1,f2,…,f12)，本次研究采用層次分析法確定權向量。

e.模糊合成估計結果分析。F中不同行反映了被評價事物從不同的單因素來看對各等級模糊子集的隸屬程度。用模糊權向量F將不同的行進行綜合，就可得到該被評事物從總體上來看對各等級模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評價結果向量。模糊綜合評判的基本模型為B=F·R。

1.3 評判結果分析及處理

模糊綜合評判計算結果以模糊向量形式體現，采用最大隸屬度原則處理得到用水總量合理性的評判結果。所謂最大隸屬度，即計算出的B=F·R中3個元素，即B=(b1,b2,b3)，按照評語等級論域V=(非常合理，基本合理，不合理)進行分析，最大的元素對應的評語等級即為用水總量數據合理性的評判結果。若用水總量數據合理性評判指標為“非常合理”或“基本合理”，則可采納并用于考核；若用水總量數據合理性評判指標為“不合理”，則需要該地區進一步復核用水總量數據并重新上報，直到評判結果合理為止。

2 實例應用

以江西省萍鄉市2017年用水總量上報值為例，對上述構建的用水總量合理性分析模型進行驗證。

2.1 區域概況

萍鄉市地處江西省西部湘贛邊界，是典型的工業城市，水資源短缺情況比較嚴重[10]。據2013—2017年《萍鄉市國民經濟和社會發展統計公報》《萍鄉市統計年鑒》和《江西省水資源公報》統計，萍鄉市主要用水情況見表5，其中2015—2016年的數據用于評價分析，2017年數據用于模型評價結果的驗證。

表5 萍鄉市主要用水情況統計

2.2 計算分析

根據表5中的用水指標，利用定額分析法、對比分析法、趨勢分析法等方法進行分析，得出各項指標分析結果，建立模糊關系矩陣R，各級指標權重見表6。

計算模糊綜合評價結果向量B=F·R,其中A為用水量評價的權向量。

表6 萍鄉市用水量合理性模糊評價指標權重

按照最大隸屬度原則綜合判斷得出，萍鄉市2017年用水總量上報值非常合理，通過與2017年《萍鄉市水資源公報》相關數據對比分析，確定用水總量合理性分析模型計算得出的結果可信可用。

2.3 評價結果處理

萍鄉市上報用水總量數據評價結果為非常合理，但評價結果中不合理的元素為0.23，占比較高，說明萍鄉市上報的單項用水量中存在不合理因素，主要體現在3個方面：農業灌溉用水單位用水指標不合理；林牧漁用水量與降水量等相關指標關系不合理；城鎮居民生活用水量變化趨勢不合理。因此需萍鄉市進一步復核并補充說明具體原因，若經過復核需要修正某單項用水量數據，則需要重新對該單項用水量進行合理性分析評價。鑒于萍鄉市上報用水總量數據質量評價結果為非常合理，不合理之處僅為部分單項用水量評價指標，因此在萍鄉市補充說明具體原因的同時，可進一步將萍鄉市上報用水總量與該市用水總量控制指標目標值進行對比，分析是否符合要求：2017年萍鄉市用水總量控制指標為8.82億m3，用水總量上報值為7.61億m3，在控制指標要求范圍內，符合用水總量控制紅線管理要求。

3 結 語

本文構建的年度用水總量考核評價模型，既包含了對單位用水指標的定量分析，又包含了與其他指標相關性和年際變化趨勢合理性等定性分析。同時，通過對單項用水量合理性分析，可以明晰問題出處；具有采用指標數據易獲取、各項指標分析易操作、基層用水總量統計人員易上手、分析結果易理解等優點，可廣泛應用于水資源考核時，基層對用水總量上報數據的校核、省市級水資源考核人員對用水總量數據的考核評價等方面，對提升用水總量上報的質量和考核結果的公平合理性具有一定的實用價值。

為使用水總量考核結果更加準確合理，各級水行政主管部門仍需加強對各行業用水戶的用水監管，完善用水計量設施、健全用水統計臺賬，從源頭上提高用水數據的質量，為進一步落實最嚴格水資源管理和國家節水行動方案奠定基礎。