基于均衡度指標的城鄉一體化供水安全短板要素定量研究

張榮賀

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司，遼寧 遼陽 111000)

近些年來，隨著城鄉一體化的不斷發展，城鄉供水措施已日趨完善[1]。但由于一些城鄉區域供水設施發展不平衡，水質監管能力不強，一些輸水管網升級改造較為遲緩，供水配套措施未能及時跟進，使得一些區域城鄉供水安全產生隱患[2]。為此亟需要對城鄉供水的安全隱患進行評估，并針對其短板要素進行定量識別，從而提高區域城鄉供水的安全級別[3]。當前，對于供水安全的研究成果主要集中在城市[4- 13]，對于城鄉供水安全尤其是對其短板要素甄別的研究還不多見。遼西(朝陽市、阜新市)作為遼寧省的典型缺水區，城鄉供水矛盾十分突出，這些年通過輸水工程的建設，區域城鄉供水矛盾得到逐步緩解[14]。但其城鄉供水安全還存在一些問題，亟待解決和提高[15- 16]。本文結合板要素理論，對遼西(朝陽市、阜新市)城鄉缺水區不同供水安全指標的均衡度進行定量甄別，從而為區域城鄉供水安全級別具有重要的參考價值。

1 研究方法

1.1 城鄉供水安全指標體系

結合城鄉供水的內涵和主要特點，從水廠、供水水源、輸水管網以及供水保障四個方面構建城鄉供水安全指標體系，并根據遼西城鄉供水的發展現狀以及不同供水數據的收集情況，重點考慮指標的系統科學性、代表性、可測定性進行城鄉供水安全的綜合評估。構建的遼西城鄉供水安全指標體系見表1。

表1 城鄉供水安全評估指標體系

1.2 城鄉供水安全指標分析

結合AHP分析方法對構建的城鄉供水安全指標體系各指標權重進行分析，并對各指標權重進行標準化分析，經過標準化得到指標體系的特征向量。對其特征向量進行最大值進行計算，方程為：

(1)

式中，(AWi)—特征向量AW的第i個元素。

在特征向量分析的基礎上，采用隨性檢驗的方法對其進行權重檢驗，檢驗方程為：

CR=C1/R1

(2)

C1=(λmax-n)/(n-1)

(3)

式中，C1—特征向量的隨機檢驗值；R1—特征向量權重隨機平均指標，檢驗數值見表2。

表2 特征向量隨機性指標檢驗值

1.3 評價等級劃分

結合等間分級方法對其進行城鄉供水安全等級的劃分，主要劃分為5個等級，等級劃分結果見表3。

表3 城鄉供水安全等級劃分標準

1.4 供水安全短板要素分析

短板要素理論主要基于“木桶理論”，將整個系統看作是一個木桶，每個木桶的板塊可看作為各指標要素，木桶最短板塊有木桶的蓄水量決定，每個要素的最低值決定整個系統的效率。將遼西地區供水安全的評估指標體系看成為一個木桶，區域供水安全中的供水水源、供水水廠、輸水管網以及供水保障各子系統組成整個木桶的四個板塊。各木桶蓄水量由各子系統的短板要素所影響，因此要加大木桶所能承擔的蓄水量，就要尋找木桶中的最短板，對各短板進行補齊。為對遼西地區供水安全的短板進行甄別，對其供水安全的短板進行補齊，提高供水安全的等級，通過對供水安全的不同指標進行標準化差異分析，從而對其供水安全的演變方向進行判定。采用均衡度D對其各短板要素進行分析，方程為：

(4)

2 結果與分析

2.1 遼西地區城鄉供水現狀

2008年遼寧省政府開始實施遼西北供水工程規劃，隨著遼西城鄉供水工程的逐步規劃實施，遼西地區城鎮供水矛盾得到極大程度的緩解，但由于遼西屬于遼寧省資源型缺水區域，因此城市供水仍然得不到有效滿足，城鄉供水問題依舊是遼西城市發展的主要影響因素，目前遼西兩市(阜新和朝陽)供水水源有20處，其中市政水源年均可供水為5642m3，自備水源年均可供水量為4000m3，綜合漏損率達到15%，按用水類型劃分，城鄉居民生活和工業用水占總用水量的80%以上，總體用水水平程度較低。遼西地區建設有供水水廠5座，供水能力為42萬m3/d，輸水管網已基本覆蓋阜新和朝陽市、縣行政區。

2.2 城鄉供水安全等級評估

2.2.1權重設置

通過朝陽市和阜新市2010—2017年水資源公報數據、供水水廠建設和規劃數據、城鄉供水輸水管網建設和規劃數據以及采取的相應供水保障措施方案，對兩市城鄉一體化供水安全評估各項指標進行標準化設置，見表4—5。

表4 朝陽市城鄉一體化供水安全評估指標權重

城鄉一體化供水安全事關供水水源、供水水廠、輸水管網以及供水保障措施四個子系統，任何一個系統出現隱患產生相應問題，都會對區域城鄉

表5 阜新市城鄉一體化供水安全評估指標權重

一體化供水安全產生影響，因此在對各指標權重進行設定時，對區域水資源、供水規劃數據進行詳細分析。遼西地區，由于資源型缺水，對城鄉供水安全影響權重較大，朝陽地區水資源人均值占據權重值最大，污水處理率的權重值最低，這主要是因為朝陽市污水處理從2013年開始規劃，2020年才逐步對污水進行處理，但是污水處理后很難用于城鄉居民生活用水，大都只能用于工業用水，而城鄉居民生活用水是其供水主要用戶，因此污水處理率權重設置相對較低，在阜新市，其降水量年均值權重較大，是城鄉供水安全最大影響指標，和朝陽市具有相似性，污水處理率的權重值較低，考慮到各項指標權重有動態變化性，在以后的分析中還需要對各項權重進行動態修正。

2.2.2綜合安全評估

在各項指標權重設置的基礎上，不同指標權重與各項指標的標準值進行相乘得到不同指標的賦權，進行各項指標的加權得到各年份遼西地區呈現一體化安全綜合評估指數，見表6。

表6 遼西地區城鄉一體化供水安全綜合評估結果

結合表3城鄉一體化供水安全評價標準可看出，2010年遼西的朝陽和阜新市供水狀態較不安全，但經過近些年加大遼西供水工程的建設，供水體系逐年得到完善，且由于行業監管力度的加大，2015年以后，朝陽市和阜新市的城鄉供水安全綜合評估指數逐年提升，并已逐步達到安全狀態，而2016年供水安全綜合評估指數有所減小，主要是因為城鄉一體化供水安全準則層中的供水水源、以及備用水源地的覆蓋率未能達到最佳值，使得其供水安全綜合評估指數有所減小。

2.3 城鄉一體化供水安全指標均衡度分析

在供水安全綜合評估的基礎上，結合均衡度分析對遼西地區城鄉供水安全各評估指標的均衡度進行定量分析，見表7—8。

表7 朝陽市供水安全均衡度分析結果

表8 阜新市供水安全均衡度分析結果

均衡度是評價城鄉一體化供水安全各項指標均衡發展的重要定量方法，從朝陽市2010—2018年各年份不同指標的均衡度分析結果可看出，朝陽市的年降水量、水資源人均占比、以及飲用水源水質達標率隨機變化較大。供水水源各項年均衡度無明顯規律性變化，供水水廠子系統從均衡度角度看，呈現逐年遞增的變化，供水管網由于這些年朝陽市較大輸水管線的建設力度，因此其各項指標的均衡度也有所增加。從阜新市城鄉一體化供水安全均衡度分析結果可看出，阜新地區供水水源的各項指標的均衡度和朝陽地區相似，這主要是因為這兩個區域均屬于資源型缺水地區，因此其供水水源的各項指標均衡度變化隨機度較大，沒有明顯變化的規律性。從阜新市供水水廠各指標均衡度均呈現明顯增加，這主要是因為從2015年開始阜新地區通過遼西輸水工程建設，使得其供水水廠的出水量得到明顯提升，并增加了供水管網的覆蓋密度，從表中可看出這兩項指標的年遞增變化較為明顯。阜新市備用水源覆蓋率在2015、2016年達到最佳值，2017、2018年由于備用水源工程的改造，使得其覆蓋率的均衡度有所減小。

2.4 城鄉一體化供水安全短板要素甄別結果

在城鄉一體化供水安全各項指標均衡度分析的基礎上，結合短板要素分析理論，對各年份遼西兩市城鄉一體化供水安全的短板要素進行甄別，見表9—10。

表9 朝陽市供水安全短板要素甄別結果

表10 阜新市供水安全短板要素甄別結果

D值在0～1之間，D值越小表示最長桶片和目標桶片之間的差異度越低，均衡度在0～0.3之間表示對應優勢要素，均衡度在0.3～0.6之間表示對應的限值要素；均衡度在0.6～1.0之間表示對應的短板要素。從分析結果可看出，各年份短板要素無明顯變化規律，對于遼西地區城鄉一體化供水安全而言，年降水量是其主要的短板要素，而這一短板要素是人為不能改變的，其次為供水覆蓋度，由于早期遼西地區供水管網建設完善程度不高，使得其成為一個短板要素，這些年通過遼西輸水工程建設的完善，這一短板要素逐步被完善和提高。而由于遼西地區總體GDP發展水平不如發達城市，因此其工業化發展程度總體不高，因此萬元GDP供水量需求較少，成為遼西地區城鄉一體化供水安全的優勢要素。

2.5 遼西城鄉一體化供水安全發展狀態原因剖析

2.5.1供水水源子系統

在供水水源各項指標中由于存在較大的隨機性，因此并未出現由壞轉好的轉變，雖然個別年份供水水源成為優勢要素，但總體依舊為主要的短板要素，因此對于城鄉一體化而言，四個安全系統中有一個系統為優勢要素并不能保障其城鄉供水安全，2015年遼西兩市有3～4個指標為短板要素，但由于其他指標發展均衡度較高，存在明顯優勢，使得其供水安全評估較為安全。

2.5.2供水水廠系統

由于遼西輸水工程從2015年逐步建設，遼西地區5座大型水廠的供水能力逐年提升，從短板的橫向指標分析，從統計的各年份中，僅2016年為優勢要素，供水水廠水質達標率在2013—2016年出現短板要素，從水質分析原始數據看，由于加大了供水水質達標率嚴控管理，從2017年開始遼西供水水廠水質常規檢測的42項指標達標率均在96%，供水水質和水量都呈現較大提升，逐步成為優勢要素。

2.5.3輸水管網子系統

輸水管網覆蓋率指標在遼西地區早期為主要的短板要素，根據區域供水工程規劃數據統計，在2010—2011年其供水管網的覆蓋度低于60%，尤其是在鄉鎮區域覆蓋度總體不高，成為短板要素， 從2012年開始，朝陽和阜新市加大供水管網的改造和建設力度，供水管網的覆蓋度明顯提升，逐步成為限值和優勢要素，隨著供水管網覆蓋度的增加，供水管網密度也在逐年遞增，遼西的朝陽市和阜新市從2012年開始，城鄉供水管網密度年遞增率為10.65km/km2，為其城鄉一體化供水安全提供了重要的保障。

2.5.4保障措施系統

污水處理率以及萬元GDP用水量兩項指標在供水保障系統中發展較為同步，遼西地區由于從2013年開始建設污水處理廠，污水處理率逐年提高，現在朝陽市和阜新市污水處理率已從20%提升到75%，而萬元GDP用水量隨著城鄉一體化發展，也逐年提升，隨著當前水資源監管力度的逐年加強，水資源優化合理配置工作也正在有條不紊的開展中，使得這兩項指標和區域可持續發展的目標契合度提高。備用水源覆蓋率從限值要素逐步轉變為優勢要素，遼西供水安全保障體系得到進一步完善。

3 結論

(1)遼西由于資源型缺水，其供水水源中的年降水量以及人均水資源量依舊是城鄉一體化供水安全的最短板要素，由于這兩個指標隨機性較大，人為影響度較小，此外，污水處理率雖有所提高，但也是遼西供水安全的第三短板要素，其他指標從遼西輸水工程建設后均從短板逐步向優勢要素發展；

(2)遼西兩市從2015年開始城鄉一體化供水安全總體處于較安全狀態，但是隨著城鄉經濟的逐步發展，依舊需要對農業和工業廢水排放進行嚴格把控，加大老舊輸水管網的改造力度，對用水結構進行優化，加大污水處理率，進一步提升城鄉一體化供水安全的等級。

經濟要素指標對區域供水安全也產生影響，在以后的研究中，對于城鄉供水安全還需要重點考慮經濟發展水平對其影響程度。