基于AHM-CRITIC賦權的城市綜合節水水平評價研究

張曉斌 傅渝亮 汪順生 趙青青

摘要： 針對采用傳統單一賦權方法進行節水評價存在的缺陷，將AHM主觀權重和CRITIC客觀權重相耦合，并構建了基于水資源緊缺程度、城市節水效率、城市節水管理程度和城市環境保護程度的城市節水綜合評價指標體系;在此基礎上，建立了基于AHM-CRITIC賦權法的城市綜合節水水平評判模型。以鄭州市為例，評判了鄭州市2010～2015年以及近-中-遠期（2020，2022年和2035年）的城市綜合節水水平。結果表明：① 在2010～2015年期間，鄭州市城市節水情況相對較好，為中等水平，主要是管網漏損率較高、城市供水有效利用率較低限制了綜合節水水平的提高;然而隨著科技水平的提升和有關政策的落實，可顯著提高節水效率、節水管理以及水環境保護程度。② 預測2020，2022年和2035年的綜合節水水平標準可達到良好階段。研究成果可為建立城市節水管控一體化長效機制、評判及預測城市綜合節水水平提供理論基礎和決策依據。

關 鍵 詞： 城市節水; 綜合評判; 控制水平; AHM-CRITIC賦權法; 用水控制目標; 鄭州市

中圖法分類號： ?N945.16

文獻標志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.017

0 引 言

城市作為社會可持續發展的一個基本結構，其經濟和社會的長足發展、生態環境的平衡及其保護，在很大程度上取決于水資源、給水排水（含污水處理-水污染控）和能源等設施的發展水平[1]。隨著現代化城市的發展，經濟社會的持續增長和人口數量的不斷增加，居民生活用水量逐年上漲，使中國缺水地區的范圍日益擴大，城市可利用水資源越來越匱乏[2]。20世紀90年代初期，中國城市節水工作即引起政府廣泛關注，節水工作得到突破，成績斐然，城市水資源不充足的現象得到很大的緩解，但從整體來看，供水缺口還在持續擴大，形勢并未得到好轉，處于嚴峻的位置[3]。同時，水體污染依然持續，造成水資源短缺愈發的緊張[4-5]。

為落實習近平生態文明思想，緩解城市水資源的供需矛盾，深入貫徹“節水優先”方針，推動形成城市綠色發展方式和生活方式，國家出臺了一系列節水政策舉措，從國家對城市用水總量和用水效率管控等基本要求出發，把城市節約用水作為水資源開發利用的前提，提高城市用水效率，促進水資源節約、保護和利用，改善城市水環境，實現城市水資源可持續利用和經濟社會可持續發展的目標。特別是在明確城市節水評價的內容、技術方法與有關標準，增強節水評價工作的科學性與可操作性等方面作出了相關規定，其中，GB/T28284-2012《節水型社會評價指標體系和評價方法》規定評價指標體系可分為綜合性指標、農業用水指標、工業用水指標、生活用水指標等七大類內容，共26個評價指標[6]，為完善城市節水評價制度建設、建設節水型城市有著十分深遠的戰略意義。

國內的研究熱點集中在節水型城市的評價及與之相匹配的指標體系建立及評價方法等方面。劉家宏[7]等認為，城市合理控制用水是開展城市節水的關鍵指標，從氣候、經濟發展情況等角度出發，構建出相應的數學模型，以此對城市生活用水展開研究。譚海鷗[8]等認為，需要從多個角度出發，其中包括管理措施節水率、規劃用水經濟技術水平、節水量等建立城市節水現狀評價綜合指標體系;桑廣新[9]以此為基礎，融入了層次分析的方法（Analytic Hierarchy Process，AHP），賦予各項指標相應的數值，對城市節水現狀評價提供有益借鑒。

在賦權方法選擇方面的研究，目前主要是主觀賦值方法，不僅對評價者具備的專業素養提出了更高要求，而且在計算運用方面工作量也較大;另一方面，由于指標之間客觀存在變異情況，評價時容易忽略指標變異大小及其沖突性對權重確定的影響。因此，本文以鄭州市為例，結合AHM法和CRITIC法加權賦值，構建基于AHM-CRITIC賦權的節水評價模型，并以2010～2015年為基準年，對鄭州市節水水平進行評判;同時，對鄭州市近-中-遠期（2020，2022年和2035年）的城市綜合節水水平進行預測，使得加權值的確定更為科學有效。

1 研究方法

1.1 AHM-CRITIC權重賦值

1.1.1 AHM賦權

AHM （Attribute Hierarchical Model），屬性層次模型，是以層次分析法（AHP）為基礎而提出的，通過各項指標的一一對比，進而確定出所有指標的排序[10]。AHM的賦權步驟一般求解過程如下。

（1） 權重分析。本次研究當中，以薩蒂（Saaty）9級標度法為主，通過專家評分的方法得到n階AHP判別矩陣 K =（kij）n×n，其中kij表示衡量要素i與要素j之間的重要性。

（2） 屬性判別矩陣構造。

在AHM中，相對屬性lij構成n階屬性判別矩陣 L =（lij）n×n，且相對屬性lij與標度kij之間具有式（1）的轉換關系：

lij=?? βm βm+1 ??kij=m i≠j? 1 βm+1? kij= 1 k? i≠j 0.5 ???kij=1 i≠j 0 kij=1 i=j??? （1）

式中：β為屬性測度轉換參數，通常取β=1或β=2;k為大于2的正整數;m為大于等于2的正整數[11]。

（3） 指標相對屬性權重計算。

根據AHM計算步驟，通過式（2）計算各指標的相對屬性權重WAHM。

WAHM= 2 n（n-1） ??n j=1 lij （2）

式中：i=1，2，…，n，n為指標的數量; ?n i=1 WAHM=1。

1.1.2 CRITIC權重賦值

CRITIC權重賦值法（Criteria Importance Through Inter-criteria Correlation），相對于其他方法，該方法較為客觀，考慮了指標變異大小和互相之間的沖突性對權重的影響[12]。通過相關性的方式，反映出各要素間存在的沖突性，其結果更加真實、客觀。其一般流程如下：

（1） 計算標準差σj。

（2） 構建相關關系數矩陣 r ij。 r ij表示在2個指標體系內（Xi、Xj）所具備的的相關常數。

（3） 求各指標的權重值WCRI：

WCRI= Cj ??n i Cj Cj=σj ?n j=1 （1-rij）?? ?（3）

1.1.3 加權權重的確定

確定主觀權重WAHM和客觀權重WCRI后，采用乘數合成歸一法能夠有效反映出各項指標的相對權重關系及其在整體中的權重占比[13]，故采用該方法求得綜合權重。

WAHM-CRI= WAHMWCRI ??n j=1 WAHMWCRI? （4）

1.2 確定隸屬度函數

為了更直觀地分析出城市節水情況，通過隸屬函數將所有指標量化，對模糊概念予以相應推導[14]。具體隸屬度方程如式（5）和式（6）所示。

F+（x）=? 0 xb?? （5）

F-（x）=? 1 xb? ??（6）

式中：F+（x）為正指標公式;F-（x）為逆指標公式。

1.3 ?基于AHM-CRITIC賦權的城市節水水平模型綜合評價

1.3.1 節水水平的計算

對城市節水水平的計算采用以下公式：

L= ?n 1 WAHM-CRIFi （7）

式中：n代表評價體系指標總數，i代表每一個指標;L反映城市節水水平評價值，L越大說明節水水平越高，反之，說明節水水平較低。

1.3.2 節水水平評價標準

根據城市發展的特點，將城市的節水現狀依次分為“優、良、中、合格、差”5個等級，依次對應的評價標準數值為0.9～1.0，0.7～0.9，0.5～0.7，0.3～0.5，0～0.3，具體如表1所列。

2 案例應用

2.1 研究區域概況

鄭州市是河南省會城市，市轄6個市轄區、5個縣級市、1個縣，是一個典型的資源型缺水城市，屬北溫帶大陸性季風氣候，境內大大小小的河流總計124條，分屬于黃河和淮河兩大水系[15]。

2013年，鄭州市常駐人口共計919.1萬人，GDP為6 201.90億元，年均經濟增長12.1%，全市水資源總量6.973 7億m3，各種供水工程供水總量15.990 8億m3，水資源缺水率達到了56.39%。在污水方面，排放量較高，總量達到了6.534 5億m3，且處理效果較差，處理率僅為15.37%;在蓄水量方面，呈現出下降的趨勢，由2012年的7 558萬m3降低至2013年的5 490萬m3。不論是在淺層地段，還是在中深層地段，均存在較為明顯的地下水降落漏斗，且每年在不斷擴大。從總體上看，鄭州市的水資源呈緊缺態勢。

2.2 評價指標構建

根據可操作性、代表化和易量化等方面考量，同時參考國家GB/T28284-2012《節水型社會評價指標體系和評價方法》評價標準，確定指標體系，但該標準的適用對象為全國范圍內開展節水型社會建設的城市，存在指標過多、評價工作量大且難以契合當地實際的情況，不能較好地反映當地節水工作所取得的成果和存在的問題。因此需要從現有評價指標體系中遴選出符合研究鄭州市節水特點的指標。

由于鄭州市屬緊缺型水資源態勢，并且城市節水效率普遍偏低，城市污水排放量大，管理水平落后，為此，總體上客觀評價鄭州的節水水平，需要綜合考慮水資源緊缺程度、城市節水效率、城市節水管理程度和城市環境保護程度等。具體評價指標體系如表2所列。

2.3 指標權重的確定及分析

賦權方法分別采用AHM、CRITIC、AHM-CRITIC三種方法確定權重，并根據式（1）～（4）進行計算，計算結果如表3所列。其指標權重值對比結果如圖1所示。

由圖1可以看出：相對其他準則層而言，衡量水資源緊缺程度、城市節水效率以及水環境保護程度的評價指標權重值較大。其中，以CRITIC法中的污徑比權重值最大，并且達到0.62，該方法計算結果偏大，主要是考慮了2010～2015年污徑比年際相對值計算得到標準差值較大，指標值變異強度較高造成的，并認為污徑比所蘊含的信息量越大，而AHM法中的萬元工業產值新增水量權重為最高，其權重值為0.23，可為判定節水城市產業工業耗水水平是否過大，水資源是否相對匱乏，選擇了AHM-CRITIC法，且同時考慮了污徑比和萬元工業產值新增水量的權重，能夠賦予其更多優勢，并規定更多缺陷，從而獲取更加準確的結果。

2.4 評價指標隸屬度確定

指標隸屬度是表征評價指標隸屬于城市節水水平的程度，處于0～1范圍內，本次基于AHM-CRITIC模型對模糊控制中模糊量的精確化的方法采用常見的獲取方法[16]，各指標的隸屬度分級標準如表4所列。

通過查詢2010～2015年水資源公報以及鄭州市統計年鑒等相關資料，最終確定了隸屬度值，如表5所列。

3 結果分析

3.1 現狀水平年評價結果分析

3.1.1 綜合節水水平變化規律

在確定各項指標的權重及隸屬度后，采用公式（7）計算鄭州市2010～2015年城市綜合節水水平變化情況，結果如圖2所示。

從評價結果可以看出：節水水平總體趨勢逐年增加，在2012年以前，鄭州市城市節水水平屬于中等偏下階段，2012年以后處于中等偏上階段，因此，整體上呈現出逐漸上升狀態，發展不斷向好。2013年，其節水水平已達到峰值（0.605），但在隨后的2 a中其水平略有下滑，然而城市綜合節水平始終保持在中等偏上（2013～2015年）。

3.1.2 節水控制水平分析

為了推進鄭州市全市節水型社會建設工程項目建設，從鄭州市2012年和2013年政府工作報告可以看出：2012年，通過劉灣水廠開工建設等改造工程的開展，預計2014年完工后，城市的污水處理率可提高40%，城市污水處理能力的提高得到進一步落實;同時，啟動了一批典型企業和高校節水綜合技術改造工程等節水型社會建設示范工程建設，比如鄭州宇通客車興建了生產區污水處理再回用工程、改造噴淋車間循環用水工程、噴涂車間工藝水循環利用工程等。2014年預計工業用水重復利用率已達到91.0%，萬元產值取水量可降低為1.70 m3;解放軍信息工程學院投入專項資金改造鍋爐蒸汽冷凝水系統，用作供暖系統補水，每年可節約用水近6 000 t。并且在此基礎上興建了雨水利用工程雨水窖3個，年節約用水2萬t，有利于進一步規范水資源開發、利用、節約和保護活動[17]。2013年，完成了城市污水處理廠等一系列提標改造任務，并投入運行，運行工作有序推進。生態水系工程的建設，城市污水處理控制水平有效提高，因此2013年的城市綜合節水水平在5 a內成效最為明顯，符合預期控制。

考核年為2014年和2015年時，其城市節水水平相較2013年均有所降低，主要是因為人均供水量和城市供水有效利用率2個指標實際有所下降，根據2014年和2015年《中國水資源公報》全國人均供水用水情況統計，人均供水量低于全國水平，鄭州省僅為434 m3/人（2014年）和432 m3/人（2015年）（全國2014年446.8 m3/人，全國2014年445 m3/人）;另一方面，根據相關政策要求，2014年和2015年城市供水有效利用率目標值為85%，實際利用率遠低于目標值，均未達標;另外，由于鄭州城市化建設步伐逐漸加快，會產生大量污水，且這些污水沒有進行處理，直接向外排出，雖然當地政府加以重視，加大了污水處理池的修建，但依然無法滿足污水處理的要求，對外界環境造成較大破壞，水資源配置不合理。

綜上所述，2014～2015年相對2013年的城市節水水平雖有所下降，但總體仍在控制范圍內，因此，指標控制應用效果總體較好，個別指標有待改進。

3.2 目標水平年評價結果分析

為貫徹黨的十九大精神，全面推動社會節水，形成節水式生產方式，保障國家水安全，促進高質量發展，以《國家節水行動方案》（簡稱為行動方案）（2019年）為主要目標，以2015年為參考年，特別是在城市節水水平方面，分別制定了近、中、遠期3個階段的城市節水目標。

（1） 近期目標為：截至2020年，萬元國內生產總值用水量（萬元國內生產總值用水量=用水總量/GDP總量=人均供水量/人均GDP）和萬元工業增值用水量控制2指標較2015年分別降低23%和20%，全國范圍內公共供水管網漏損率控制達到10%以內。

（2） 中期目標為：截至2022年，萬元工業增值用水量、萬元國內生產總值用水量較2015年分別減少28%和30%，全國總用水控制力度在6 700億m3以內。

（3） 遠期目標為：截至2035年，全國用水總量趨勢控制范圍達到7 000億m3以內。

根據水資源公報、行動方案等相關文件資料，對鄭州市2020，2022年和2035年實際資料中各評價指標值進行調整修訂，則修訂后的各指標的隸屬度如表6所列。

由表6可以看出：評價指標、水資源占有量、人均GDP、人均供水量、需水模數、污徑比、萬元工業產值新水量、綜合生活用水量、節水灌溉率、城市供水有效利用率隸屬度均有所提升，對近、中、遠期鄭州市城市節水水平L值進行計算，具體如表7所列。

由表7可以看出：鄭州市近、中、遠期的城市節水水平L值均達到了0.6以上，當考核年為2035年時，其L值接近0.8，當萬元生產總值用水量控制在大于1 800 m3/萬元、萬元工業增加值用水量控制在小于50 m3/萬元時，其公共供水管網漏損率控制在10%～20%以內，鄭州市2020年才能滿足國家節水行動方案的目標要求。根據《鄭州市水資源公報》（2010年～2015年）和《中國水資源公報》（2010年～2015年）中生活用水量隨年份變化基本呈線性趨勢，用水總量和生活綜合用水量相關性極高，并經線性擬合，結合行動方案中全國用水總量目標，最終計算出在2022年和2035年鄭州市綜合生活用水量應分別控制在245 L/（人·d）和342.5 L/（人·d）才能達到用水總量目標任務。

4 結論與討論

4.1 結 論

根據鄭州市的多年水資源狀況和供用水等資料，在對不同年限的水資源量、用水人口、用水組成、用水量、工業用水狀況、公共事業用水狀況、生活用水狀況和節水狀況分析研究的基礎上，采用基于AHM-CRITIC賦權法的模糊綜合評價方法評判了2010～2015年的綜合節水水平，從結果來看，鄭州市城市綜合節水水平處于中等階段，能達到初步控制目標，主要原因是水資源極為短缺，同時城市管網漏損較嚴重;但隨著鄭州市城市節水效率、城市節水管理程度和環境保護程度的提高[18]，綜合節水水平逐年提高，用水控制目標能有效實現，呈良性發展的趨勢。

根據中國水資源公報、鄭州市水資源公報以及2019年《國家節水行動方案》等相關材料，通過控制相關指標，確定了鄭州市近期（2020年）、中期（2022年）、遠期（2035年）城市化節水水平控制指標隸屬度。在其他指標未發生變化的條件下，近期（2020年）節水控制水平可從萬元生產總值用水量、萬元工業增加值用水量、以及公共供水管網漏損率3個指標進行控制，具體控制值分別為萬元生產總值用水量應大于1 800 m3/萬元以上、萬元工業增加值用水量應控制在小于50 m3/萬元時，其公共供水管網漏損率應控制在10%-20%以內，節水水平才能有效提高，并可滿足2020年和2022年近、中期國家節水行動方案的目標控制要求，而2022年和2035年在其他指標值未發生變化的條件下，鄭州市生活綜合用水量應分別控制在245 L/（人·d）和342.5L/（人·d）才能達到中、遠期用水總量控制目標。

4.2 討 論

在分析2010～2015年鄭州市城市節水效率、城市節水管理程度和環境保護程度3個方面節水水平指標評價研究基礎上，以2013年與其他年份進行了對比，結果發現：污徑比、萬元工業產值新水量、人均供水量、城市供水有效利用率、城市污水處理率、城市污水處理回用率6個指標建設水平的降低易影響鄭州市整體城市綜合節水水平降低的發生，應采取相關措施加強對涉及相關指標的行業部門“監管”及治理力度，由黨政主要負責人牽頭主導，科研單位高校單位專家參與訪問與調研等多種研究形式，進行實地走訪，收集城市節水“短板”問題根源，提出針對性治理和節水改革方案，完善城市節水基礎建設，大力倡導城市節約用水科學技術研究，推廣先進技術，提高城市節約用水科學技術水平;并盡早建立“管辦分離、市場運作”為核心的城市節水管控一體化的長效機制。

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（編輯：趙秋云）

引用本文：

張曉斌，傅渝亮，汪順生，等.

基于AHM-CRITIC賦權的城市綜合節水水平評價研究

[J].人民長江，2021，52（8）：113-119.

Evaluation on urban comprehensive water saving level based on AHM-CRITIC weighting method

ZHANG Xiaobin1，FU Yuliang2，WANG Shunsheng2，ZHAO Qingqing1

（ 1.Yuncheng University，Yuncheng 044000，China; 2.School of Water Conservancy，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450046，China ）

Abstract：

Aiming at the shortcomings of the traditional single weighting method in the study of water saving evaluation methods，we combined the AHM subjective weight and the CRITIC objective weight to construct the AHM-CRITIC couplig weighting method.Based on the degree of water resources shortage，urban water-saving efficiency，the degree of urban water-saving management and urban water environmental protection，we constructed the comprehensive evaluation index system of urban water-saving，and established the evaluation model of urban comprehensive water-saving level based on AHM-CRITIC weighting method.Taking Zhengzhou City as an example，we evaluated the comprehensive water saving level from 2010 to 2015 and near-medium-long-term （in 2020，2022 and 2035）.The results showed that during the period from 2010 to 2015，the urban water saving situation in Zhengzhou City was relatively good，which was at a medium level，however the high leakage rate of pipe network and the low effective utilization rate of urban water supply limited the improvement of comprehensive water saving level.With the improvement of science and technology and the implementation of relevant policies，water-saving efficiency，water-saving management and environmental protection could be significantly improved.It is predicted that the comprehensive water saving standards will reach a good stage in 2020，2022 and 2035.The results can provide a theoretical basis and decision-making basis for establishing an integrated long-term mechanism of urban water-saving management and control，and evaluating and predicting the urban comprehensive water-saving level.

Key words：

urban water saving;comprehensive evaluation;control level;AHM-CRITCI weighting method;water control objectives;Zhengzhou City