基于序關系分析-模糊物元法的昆山市節水型社會建設綜合評價

王 雪，方國華，李 鑫

(河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098)

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，且具有水資源時空分布不均、水環境逐漸惡化的特征[1]。隨著我國經濟社會的快速發展，水資源供需矛盾日漸突出。為了落實習近平同志關于“節水優先，空間均衡，系統治理，兩手發力”的方針，有效緩解水資源短缺的問題，促進經濟社會的可持續發展，加快節水型社會建設刻不容緩。節水型社會是一種和諧的社會形態，即水資源集約高效利用、經濟持續快速發展、人與自然和諧相處的社會[2]。2001年，水利部決定在甘肅省張掖市開展我國第一個節水型社會建設試點[3]。為了總結建設經驗，全面推進節水型社會建設，需要對節水型社會建設進程和成效進行評價，及時掌握試點建設的進程，找出試點建設工作中的薄弱環節，明確今后工作的重點，促進節水型社會建設工作更加深入地開展，為以后全面推行節水型社會建設提供經驗和參考。

節水型社會建設綜合評價是一個系統的問題，其指標體系的構建、確定指標權重以及不同評價方法的選擇都會對評價結果產生一定的影響。國外關于節水工作的研究和實踐起步較早，已具有較為豐富和成熟的節水經驗[4]，但是對于節水型社會建設評價的研究較少。我國已有不少學者對不同地區的節水型社會建設進行評價[5]，主要集中于評價指標體系和評價模型的研究。2004年，陳瑩等[6]構建了一套包括綜合評價、工業用水評價、農業用水評價等6個方面的節水型社會評價指標體系，并運用層次分析法確定了指標權重，評價了綿陽市節水型社會建設成效。2009年，何俊仕等[7]運用物元分析法評價遼寧省節水型社會建設，發現其結果與其他方法一致，且其評價結果更為精細。2014年，徐健等[8]指出運用序關系分析法確定指標權重簡單實用，與層次分析法相比計算量明顯減小，計算結果符合實際。2016年，劉飛飛等[9]運用混沌遺傳算法和投影尋蹤法建立模型評價昆山市節水型社會建設水平，結果表明該模型具有一定的可操作性和有效性。2017年，張熠等[10]運用序關系分析法評價了我國節水型社會建設水平年的節水水平，結果與我國現階段節水型社會發展水平相符。總的來說，多數學者采用層次分析法和模糊綜合評價法進行節水型社會建設的評價。

目前對于節水型社會建設評價的研究中，對指標權重的確定大多采用層次分析法，雖然取得了較好的評價效果，但是對判斷矩陣中各指標進行兩兩比較相對煩瑣，且存在由于一致性檢驗不通過而需要重復調整一致性矩陣的情況。對于綜合評價方法的選擇，多數學者采用模糊綜合評價法，可以較好地反映節水型社會建設的整體情況，但存在無法識別單指標與各等級隸屬度的問題。本文結合昆山市實際情況構建一套節水型社會建設綜合評價指標體系，運用序關系分析法，簡潔、高效地確定各指標的權重，運用模糊物元法進行綜合評價并有效提取各指標的分異信息。兩種方法結合進行評價，既可以避免一致性檢驗，又能利用模糊物元法有效處理賦權過程中帶有的主觀性，提高評價結果的可靠性，從而得出昆山市2014年和2017年節水型社會建設的綜合評價等級并進行比較，以期合理評價節水型社會建設中各種政策和措施的成效。

1 研究方法

1.1 序關系分析法

序關系分析法(G1法)通過建立指標間的序關系并構造具有一致性的判斷矩陣，解決了層次分析法中判斷矩陣很難達到一致性的問題[11]。G1法過程簡單清晰、操作性強，且無須進行一致性檢驗，具有較好的實用性[12]。

1.1.1確定各級指標間的序關系

首先根據重要性程度對各級指標進行排序。若評價指標bi相對于評價標準的重要性程度不小于bj，記為bi>bj。如果各評價指標對于評價準則具有關系b1>b2>…>bn，則b1、b2、…、bn之間按照“>”確定指標間的序關系。

1.1.2確定重要性標度

重要性標度即為序關系列表中相鄰評價指標bk與bk-1的重要程度之比，記為hk，且有

(1)

式中：ωk為第k個指標的指標權重；m為指標的數量；hk∈[1.0,2.0)，且hk越大，表示指標bk相對于bk-1越重要。

1.1.3計算指標權重

根據各指標間的重要性標度，得出權重的計算公式為

(2)

ωk-1=hkωk

(3)

由此可以得出每一指標的權重ω=(ω1,ω2,…,ωm)。

1.2 模糊物元法

模糊物元法主要通過分析事物特征相應的量值所具有的模糊性和眾多因素之間的不相容性，實現對多因素的評價，適用于定性、定量相結合的多指標評價問題[13]。模糊物元法將模糊數學和物元分析結合起來，通過計算單指標關聯函數得出單指標分異信息，進而得到多指標的綜合水平，提高了等級判定的客觀性和科學性[14-15]。節水型社會建設評價涉及的指標較多，單項指標的評價結果具有不相容性，且屬于定性、定量相結合的問題。將模糊物元理論應用于節水型社會建設綜合評價中，不僅能夠評價節水型社會建設綜合水平，還能得到每個單項指標的發展水平，具有明顯的科學性和合理性。

1.2.1建立物元矩陣

節水型社會建設A及其評價指標C和指標實測值x共同構成節水型社會建設物元矩陣R，為n維模糊物元，可以表示為

(4)

式中：Ci為待評對象A的第i項評價指標(i=1,2,…,n)；xi為A關于評價指標Ci的量值，即節水型社會建設第i項指標的原始數據。

1.2.2確定節水型社會建設經典域和節域

節水型社會建設的經典域物元Rj可表示為

(5)

式中：Aj(j=1,2,…,m)為所劃分的第j個節水型社會建設評價等級；區間Xji=(aji,bji)為Aj關于Ci的取值范圍，即經典域。

節水型社會建設的節域物元Rp可表示為

(6)

式中：Ap為評價等級全體；區間Xpi=(api,bpi)為Ap關于Ci的取值范圍，即節域，且有Xji∈Xpi。

1.2.3確定單指標關聯函數和關聯度

關聯函數表示待評價物元符合某一等級的程度。令有界實區間X0=[a,b]的模為|X0|=|b-a|，則某一點xi到區間X0的距為

(7)

由式(7)得到某點xi到經典域區間Xji的距ρ(xi,Xji)和到節域區間Xpi的距ρ(xi,Xpi)。則節水型社會建設A關于等級j的單指標關聯度Kj(xi)的計算公式為

(8)

其中

|Xji|=|aji-bji|

若Kji=max[Kj(xi)]，則待評對象第i項指標隸屬于評價等級j。

1.2.4計算綜合關聯度并確定評價等級

節水型社會建設Ax隸屬于某一等級j的程度Kj(Ax)稱為綜合關聯度，表示為

(9)

式中ωi為各評價指標的權重。若Kjx=max[Kj(Ax)]，則待評對象Ax屬于評價等級j。當0≤Kj(Ax)<1時，表示Ax符合標準等級要求；當-1≤Kj(Ax)<0時，表示Ax不符合標準等級要求，但具備轉化為標準等級的條件，且數值愈大，愈易轉化；當Kj(Ax)<-1時，表示Ax不符合標準等級要求，且不具備轉化成標準等級的條件。

2 昆山市節水型社會建設綜合評價

2.1 研究區域概況及數據來源

昆山市位于江蘇省東南端太湖下游的長三角核心地帶，東靠上海，西接蘇州，總面積931.51 km2，周邊鄰常熟、太倉和吳江，是江蘇的“東大門”。作為“中國百強縣”之首的昆山市屬于工業化城市，隨著昆山市經濟社會的快速發展和人口的急劇膨脹，生產生活排放的污染物和上游較差的來水水質嚴重危害了水資源質量，水資源短缺問題日益突出，使昆山市成為典型的水質型缺水城市，必須加快節水型社會的建設，有效改善水環境和提高水質量，促進區域經濟社會的可持續發展。2014年，昆山市政府出臺《昆山市實行最嚴格水資源管理制度考核辦法(試行)》，全面推進國家級縣域節水型社會建設。2015年，昆山市成功創建成為江蘇省節水型社會示范區，在經濟社會平穩快速發展的基礎上，節水型社會管理體系日趨完善，水資源利用效率穩步提高。至2017年，昆山市節水型社會建設改革創新成效顯著，在節水建設方面的成就比較突出。結合昆山市節水型社會建設進程，選取昆山市2014年、2017年的節水型社會建設情況進行研究評價，通過對比建設前后各指標變化情況，分析評價昆山市節水型社會建設成效。

本文數據來源為昆山市2014年及2017年《最嚴格水資源管理制度考核資料》等資料。結合昆山市實際制度措施的落實情況，確定昆山市節水型社會建設綜合評價各項指標的原始數據，見表1。

表1 昆山市節水型社會建設綜合評價指標及原始數據

2.2 構建評價指標體系

基于節水型社會建設的內涵和建設目標，在遵循科學性、系統性、層次性等原則的基礎上，參照《節水型社會建設評價指標體系(試行)》和《江蘇省節水型社會示范區標準》，結合昆山市節水型社會建設進程，確定昆山市節水型社會建設綜合評價指標體系。根據不同指標的性質，將目標層設為昆山市節水型社會建設綜合評價，指標分為7大類，共21個指標，其中包括17個定量指標和4個定性指標，且各定性指標均已量化，見表1。指標層中的每一個指標都能從某一方面反映其對節水型社會建設綜合評價的影響，針對昆山市作為水質型缺水城市的特點，選取水功能區水質達標率、城市污水集中處理率等指標來反映生態環境方面的建設成效。

2.3 序關系分析法確定指標權重

在整個節水型社會建設綜合評價指標體系賦權過程中，參考GB/T 28284—2012《節水型社會評價指標體系和評價方法》中對于經濟發達、豐水地區確定的指標權重，結合專家意見和昆山市實際發展情況，先確定一級指標間的序關系，再對每個一級評價指標下的二級評價指標建立序關系，因此共需建立8個評價指標間的序關系。以生活節水層為例，包括3個評價指標，對其按照重要性排序，依次為城鎮供水管網漏損率C16、城鎮居民人均生活用水量C17和節水器具普及率C18，其中C16相對于C17稍微重要，重要性標度設為1.2，C17相對于C18比較重要，重要性標度設為1.4，代入式(2)和式(3)，得出生活節水層的指標權重。同理確定一級指標和其他二級指標的權重，各層指標權重計算結果見表2。

2.4 建立模糊物元模型

2.4.1確定經典域、節域

根據節水型社會建設綜合評價的可拓性，將昆山市節水型社會建設各評價指標發展階段劃分為5個等級，即A1、A2、A3、A4、A5，定性描述為起步、初級、中等、良好、優秀，根據《江蘇省節水型社會示范區標準》的賦分標準，參考相關研究成果[16-19]，考慮昆山市為水質型缺水城市，且在節水型社會建設方面的成就較突出，綜合各方面影響因素，確定各等級每項指標的經典域及節域取值。為了與定量指標相一致，將定性指標量化后按0～10之間分為5個等級，見表3。

表2 序關系分析法確定指標權重計算結果

表3 各指標經典域、節域

2.4.2計算各指標的關聯度

將昆山市2014年、2017年各指標數據分別代入關聯函數公式，得出相應的指標對各等級的關聯度。以2014年C1指標為例，將x1=16.22輸入式(8)，可得該指標對應于各評價等級的關聯度分別為K1(x1)=-0.838，K2(x1)=-0.784，K3(x1)=-0.676，K4(x1)=-0.351，K5(x1)=0.351，可判定該指標屬于優秀水平。同理得出昆山市2017年各指標的節水型社會建設水平，見表4。

表4 昆山市2014年和2017年節水型社會建設指標關聯度

2.4.3綜合關聯度和評價等級

將得到的各項指標對應各等級的關聯度與其對應的權重(表2)輸入式(9)，得出2014年昆山市所有指標的綜合關聯度，分別為K1(A2014)=-0.447、K2(A2014)=-0.412、K3(A2014)=-0.392、K4(A2014)=-0.245、K5(A2014)=-0.165，由于K4(A2014)

2.5 結果分析

根據表5，分析單個指標的分異信息，萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量、城市污水集中處理率、污水處理回用率和節水型器具普及率等指標在2014年和2017年均處于優秀水平，說明昆山市節水型社會建設在這些方面一直做得較好；節水管理機構和制度建設、用水定額達標率、水平衡測試率、節水投入保障、非傳統水源利用率和創新性工作等指標在2014年均處于較低發展水平，到2017年均達到優秀水平，說明以上指標對節水型社會建設水平的提升有重要貢獻。結合昆山市近幾年節水型社會建設主要措施與重點工程，昆山市2015年完成了水務一體化管理改革，之后逐步健全節水管理機構，加強制度建設，積極落實最嚴格水資源管理制度，全面開展用水審計，鼓勵工業節水減排和農業灌溉節水技術的推廣，大力推行清潔生產，加強對企業廢水的處理，并不斷創新節水宣傳活動形式，推動節水器具更新，努力提高公眾節水意識；工業用水重復利用率、計劃用水率、水功能區水質達標率、城鎮供水管網漏損率、城鎮居民人均生活用水量和節水灌溉工程面積率等指標雖然有所進步，但與優秀水平還有一定距離，建議昆山市在以后的工作中應以這幾方面為建設重點。另外，人均綜合用水量、地下水開采控制度和灌溉水利用系數的發展水平卻有下降的趨勢，且人均綜合用水量仍處于初級階段，建議昆山市在之后的發展中應大力加強農業節水、生態環境以及生活節水方面的工作，同時繼續保持并提升綜合節水、工業節水以及節水管理的能力和水平，在總結經驗教訓的基礎上進一步鞏固已取得的成果。

表5 昆山市2014年、2017年節水型社會建設綜合評價等級

分析表4中各年的綜合關聯度可得，2014年昆山市節水型社會建設等級為“向優秀轉化”，2017年等級評定為“優秀”，這與2018年12月昆山市以94分高分通過國家節水型社會達標縣創建驗收是相一致的，說明昆山市2014年之后的節水型社會建設政策和措施起到了積極的作用，通過幾年的努力，在整體上已經進入節水型社會建設優秀階段，也驗證了采用序關系分析-模糊物元法進行節水型社會建設綜合評價的結果是合理的，可以參考運用到其他地區的節水型社會建設評價中。

3 結 語

本文探討了節水型社會的內涵和研究現狀，結合昆山市節水型社會建設進程，構建了一套評價指標體系和評價標準，運用序關系分析法和模糊物元法對昆山市節水型社會建設情況進行了評價分析，得出昆山市節水型社會建設發展階段的評價結果。

a. 總結前人研究成果并結合昆山市節水型社會建設的實際情況，構建了一套由綜合指標、工業節水、節水管理、生態環境、生活節水、農業節水和創新性工作組成的昆山市節水型社會建設綜合評價指標體系，該指標體系共包含21個二級指標。

b. 建立序關系分析-模糊物元評價模型，運用序關系分析法確定各層的指標權重，運用模糊物元法對昆山市2014年、2017年節水型社會建設進行評價。評價結果表明2014年昆山市節水型社會建設水平處于良好向優秀轉化階段，2017年處于優秀階段。最后針對評價結果進行分析，對昆山市提出了以后建設工作中的建議。

c. 通過將序關系分析法和模糊物元法相結合，對昆山市節水型社會建設成效進行了評價，結果顯示評價結果與實際發展情況吻合，且模型能夠顯示每個單項指標的分異信息。因此該組合方法可應用于其他地區節水型社會建設評價，為我國的節水型社會建設評價提供借鑒和參考。