給水系統彈性多維度評價體系研究

盧 冰 鋒

(大同煤礦集團供水分公司，山西 大同 037003)

0 引言

我國幅員遼闊，某些區域易受氣候有關的自然災害影響，給水系統經常遭到損壞導致受災區域缺乏給水服務，無法確保人民的健康和福祉。因此，在建設給水系統時，需要考慮系統的防災恢復能力，即給水系統彈性。彈性定義為“系統持久性及其吸收變化和干擾并根據需要調整內部動態的能力的度量”[1]。給水系統是由自然、物理、組織和社會網絡組成的復雜社會生態技術系統，因此需要從多維度對給水系統彈性進行評價，彈性評估有助于開發適當的解決方案，這些解決方案可用于減少系統的災難風險，為提高系統彈性提供建議。

1 總體構架

目前，彈性評估方法主要有兩種，即定性評估和定量評估，定量方法不夠靈活且耗時，適合于狹窄的網絡和系統評估，考慮到以人為本的管理方法，定性工具可提供更合適的評估，因此，本文采用定性評估的方法對給水系統彈性進行評估，提出給水系統彈性多維度評價體系，該體系主要分為兩部分：1)概念框架；2)評價方法。

評價體系建立的總體框架如圖1所示。

2 概念框架構建

多數框架都以相似的方式概念化彈性，即放在減少系統漏洞和增強彈性的相似屬性上。框架建立主要有兩類方法：自下而上和自上而下的方法。后者通過對相關文獻進行廣泛回顧來確定能夠指導彈性評估過程的通用原則。因此本文研究采用自上而下的方法開發框架，通過文獻綜述識別評價指標，邀請專家參與完善指標，確定的概念框架包括四部分：分析系統、確定維度、確定原則及確定指標。

2.1 分析給水系統

給水系統是自然、科技、社會和經濟四要素的組合，包括給水設施和水源，主要功能是給水服務，我國各給水系統為達到可接受的服務標準主要取決于給水設施的性能、運營單位的組織能力、環境福祉和稅收收入這四個方面。本文研究中，給水系統彈性是指在發生自然災害情況時，系統能夠繼續向消費者提供符合可接受標準的給水服務或在發生重大破壞時進行恢復和適應活動的能力。

2.2 確定維度

對給水系統彈性進行任何仔細評估時都需要將三個領域視為關鍵方面：生態，技術和社會。給水系統可能會受到國家和個人層面上經濟因素的影響，并使用五個維度，即技術、組織、環境、經濟和社會來衡量系統對自然災害的適應力。這五個維度足夠充分和全面，因此，本文用其衡量給水系統抵御自然災害的彈性。

2.3 確定原則

原則是可使系統具有彈性的特定機制和行為。這些原則適用于全面的彈性測量過程，并提供有關組織如何提高系統彈性的見解。

提出了魯棒性，冗余性和靈活性原則，以評估給水技術層面的彈性。確定組織維度的三個關鍵原則：應變、領導力和文化、網絡與關系。經濟維度原則為動態經濟。將環境容量、環境資源敏感性、自然資產(環境和資源)確定為衡量環境維度彈性的原則。此外，社會維度原則包括社會結構、團結和備災。

2.4 確定指標

通過文獻查閱，從不同維度、原則出發，初步提取了52個指標進行評估及測試，再由多名水務專家進行評估，專家從相關性、可用性、可負擔性、可靠性、簡單性和透明性這六個屬性對指標進行評級，當至少有75%的專家認為指標在六個屬性中為“同意”或“強烈同意”時，將該指標選入。最終確定的指標如表1所示。

表1 給水系統彈性總體指標

3 彈性評價方法

基于前文描述的概念框架，使用各種措施進行給水系統彈性的詳細評價，評價將會產生1～5的評分，其中：1代表彈性極低，給水系統需要大量改進；2代表彈性低，性能差需要改進；3代表中等彈性，低于理想性能，應優先進行具體改進；4代表高彈性，系統具有可接受的性能；5代表非常高的彈性，滿足所有要求。

3.1 度量標準

每項指標度量都包含5個代表績效等級的標準，度量標準按照各指標對應情況來確定，對應分數從1～5，以技術維度中靈活性原則的關鍵設備可用性指標為例，度量標準如表2所示。

表2 關鍵設備可用性度量標準

3.2 權重分配

指標權重分配基于專家共識進行分配，方法的簡化方程為：

(1)

式中：Xi——指標i達成共識的專家人數,%；

n——相應原則中指標的數量。

原則權重分配基于專家共識及經驗進行分配，方法的簡化方程為：

(2)

式中：Xi——i原則的重要性比率；

(Yi)j——原則j的等級次數；

N——原則的數量。

給不同維度分配不同的權重，可能會導致高權重維度中不重要的指標比低權重維度中的重要指標更加重要，因此維度權重分配采用等效分配，即分配的權重都相同。

3.3 匯總變量

通過匯總指標水平、原則水平及維度水平這三個級別的加權屬性得出給水系統的總體彈性水平，具體各個級別的彈性評分和總體彈性匯總，如式(3)～式(6)所示。

(3)

式中：R1i——指標彈性；

w1i——指標i的權重；

Sci——指標單個得分；

n——措施的數量。

(4)

式中：R2i——原則彈性；

R1i——指標彈性。

(5)

式中：R3i——維度彈性；

w2i——原則i的權重。

(6)

式中：RO——給水系統總體彈性；

R3i——維度i的彈性；

n——維度個數。

4 結語

給水系統非常復雜，要評價其彈性，需要從多維度考慮，文中方法由概念框架和彈性評價方法組成，它依賴于操作員和管理者，靈活、計算要求少且易于實現，因此，可有效評估全國范圍內多個城市給水系統的彈性。給水系統總體彈性指出系統在不同方面進行的特定需求，這些需求將有助于管理機構確定增強給水系統總體彈性的恰當措施。