河北省南水北調配套工程現代化動態評價

陳光宇 高天宇

（1.河北省水務中心引黃工程事務中心，河北 石家莊 050011；2.河北供水公司邢臺管理處威縣所，河北 邢臺 054000）

我國是一個水資源嚴重短缺且分布不均的國家，黃淮海地區人均、地均水量很低，水資源供需矛盾十分突出。據統計，我國669 座城市中有400 座供水不足，110 座嚴重缺水（因香港特別行政區、澳門特別行政區、臺灣省資料暫缺，本文未列入），水資源已成為區域經濟社會發展中的稀缺資源和重要制約因素之一。隨著我國城鎮化進程的加快，通過跨地區、跨流域的大型調水工程來優化水資源配置，促進區域協調發展已成為必然趨勢。南水北調工程于1952 年提出，工程規劃的東、中、西線干線總長度達4350km，規劃區涉及人口4.38 億，調水規模448.0 億m3。南水北調中線工程從丹江口水庫調水，輸水干渠總長1277km，地跨河南、河北、北京、天津4 省（直轄市）?？缌饔蛘{水已成為優化水資源配置的重要工程手段[1-2]。

河北省南水北調配套工程是南水北調中線工程的重要組成部分（見圖1），其輸水工程總長2056km，包括石津、廊涿、保滄、邢清4 條大型輸水干渠，其中石津干渠現為明渠輸水，其他均為新建管涵輸水，涉及邯鄲、邢臺、石家莊、保定、廊坊、衡水、滄州7個行政區和雄安新區、定州和辛集兩個直管市共138個供水目標，年供水量30.4 億m3（2019 年）。

圖1 河北省南水北調配套工程示意圖

近年來，通過積極進行水利現代化的探索與實踐，人們對水利工程與生態環境關系的認識更加深刻，逐漸形成了現代水利理論，發生了如下轉變：一是水利工程的優化目標由“技術經濟優先”向社會、經濟和生態效益統籌兼顧轉變；二是水利工程的運行方式由單純輸水向統籌考慮保護生態系統、改善水質及高效利用雨洪資源轉變；三是興建水利工程的主要目的由漕運和農業灌溉向城鎮生活用水、工業用水、維持生態平衡用水轉變。黨的十八大以來，明確提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，加快轉變治水思路和方式，不斷提高國家水安全保障能力，以水資源的可持續利用促進經濟社會可持續發展。從傳統水利向現代水利、可持續發展水利轉變的新治水理念已經形成。。

河北省南水北調配套工程是生態建設和基礎民生工程，對增加河北省水資源補給、促進受水區節水治污、抑制地下水超采、促進水生態環境修復及國民經濟發展等具有重要意義，構建科學合理的現代化綜合評價體系十分必要[3-5]。

1 評價方法

本文構建了河北省南水北調配套工程現代化多指標評價模型，采用蔡文[6]創立的物元分析理論之關聯函數進行評價，并結合改進的層次分析法（AHP）確定指標權重。

1.1 數學模型[6]

1.1.1 物元概念

結合物元三要素，給定事物N，其n個特征C1，C2，…，Cn及相應量值v1，v2，…，vn，可用n維物元R={N，C，v}的有序三元組和分物元Ri（i=1，2，…，n）表示：

1.1.2 經典域

經典域Rj可由下式表示：

式中：Nj為所劃分的j個評價類別；Ci為評價類別Nj對應的評價指標（特征）；Xji=〈aji，bji〉（i=1，2，…，n）為評價指標Ci所對應的量值范圍，即類別Nj關于對應的評價指標Ci所取的數值范圍稱為經典域Rj。

1.1.3 節域

如果N表示評價等級的全體，XN1，XN2，…，XNn分別表示事物N關于指標C1，C2，…，Cn的取值范圍，則節域為

1.1.4 待評物元

對于待評事物，所有監測所得數據或分析結果用物元表示為

式中：P0為待評事物；v1，v2，…，vn分別為待評事物P0對應指標C1，C2，…，Cn的量值，即待評事物相對各指標的具體數據。

1.1.5 待評事物諸指標關于各等級的關聯度

其中

式中：ρ（vi，Xji）、ρ（vi，XNi）分別為點與區間的左右側距。

最終采用改進的層次分析法（AHP）確定出的各個特征指標C1，C2，…，Cn對應的權系數λ1，λ2，…，λn，來計算待評事物屬于評價等級Nj的程度：

1.2 賦權方法

目前確定指標屬性權重的方法大致分三類，即主觀賦權法（如層次分析法AHP、網絡分析法ANP、決策與實驗室方法DEMATEL）、客觀賦權法（如變異系數法COV、復相關系數法MCC、CRITIC 方法、熵權法EWM、反熵權法Anti-EWM、主成分分析法PCA、因子分析權數法FAM）和主客觀賦權法（亦稱組合賦權法）[7]?？陀^賦權法在我國研究較晚，尚不完善，目前多采用改進的AHP 法。

參照表1 確定式（7）中判斷矩陣A的元素aij=ωi/ωj，且滿足一致性條件式（8）及最大特征值（n為判斷矩陣A的階數），判斷矩陣A的特征向量按歸一化處理得到權重向量=「ω1，ω2，…，ωn」T，一致性指標Ci=（λmax-n）/（n-1），結合表2 進行一致性比率C R檢驗， 且滿足CR=Ci/Ri≤0.1。

表1 目標相對重要性判斷的Satty 標度

表2 隨機指標Ri 指標

準則層Bi對于目標層A的權重和指標層Ci相對于準則層Bj的諸要素權重，以及各評價指標權重計算結果及排序見圖2。

圖2 河北省南水北調配套工程評價指標體系

2 配套工程現代化評價

2.1 評價體系

河北省南水北調配套工程現代化評價體系主要包括3 個層次，即由1 個目標（A）、4 個準則水平指數（B1～B4）、14 個指標（C1～C14）組成[3]，見圖2。其中，WBi為第一層次權重；WCi為第二層次權重；λi為各指標的綜合權重。

2.2 評價指標經典域和節域確定

評價指標從低到高分3 個等級（1 級代表初級現代化水平；2 級代表基本現代化水平；3 級代表完全現代化水平），利用物元模型進行評價。以工程體系與需求的協調度C1為例劃分如下：一級協調度為0.60～0.90，代表處于這一指標的最低水平；二級協調度為0.90～0.95，代表處于這一指標的中等水平；三級協調度為0.95～1.00，代表處于這一指標的高級水平。其他各指標等級所代表的含義與此類似。河北省南水北調配套工程現代化評價等級的經典域為R01、R02和R03，節域為R13。C4指標的確定涉及數字水利、信息水利、智慧水利三個階段[8-9]，智慧水利是數字水利和信息水利的更高階段。

2.3 權重計算

針對評價指標體系結構，利用改進的AHP 法[10]對各級評價指標賦權，并采用1～9 的正整數及其倒數

分層次設計指標體系權重咨詢表。

2.3.1 比較矩陣

共咨詢專家25 位，有24 位專家建議P-A、25位專家建議P-B1、24 位專家建議P-B2、23 位專家建議P-B3、25 位專家建議P-B4比較矩陣。

2.3.2 權重

目標層P-A矩陣的特征向量權重WBi、最大特征值λmax及一致性檢驗結果CR分別為= （2.432，0.811，0.486，0.271）T（i=1，2，3，4），WBi={0.608，0.2027，0.1215，0.0678}T，λmax= 4.002 ≥4，CR= 0.00067 ＜0.1，滿足一致性檢驗。

準則層P-Bi（i=1，2，3，4）矩陣各特征向量權重WCj、最大特征值λmax及一致性檢驗結果分別為= {1.286，1.286，0.429}T，WCj= {0.4285，0.4285，0.143}T（j=1～3，j∈N），λmax= 3.0007 ≥3，CR= 0.006 ＜0.1；= {2.386，0.796，0.477，0，341}T，WCj= {0.5965，0.199，0.11925，0.08525}T（j= 4～7，j∈N），λmax= 4.0002 ≥4，CR= 0.00007 ＜0.1= {1.241，1.241，0.415，0.621，1.241，1.241}T，WCj= {0.2068，0.2068，0.0693，0.1035，0.2068，0.2068}T（j= 8～13，j∈N），λmax= 6.0022 ≥6，CR= 0.00035 ＜0.1，= {1.0}；WCj={1.0}T（j= 14）。

2.3.3 評價指標綜合權重

各評價指標綜合權重為

2.4 現代化動態綜合評價

針對上述14 個評價指標Ci（i= 1～14，i∈N），以v1～v4各指標相關監測、統計計算及預期數據作為待評物元，實施動態綜合評價。其中，v1、v2、v3、v4為待評年2000 年、2010 年、2020 年、2030 年。

2.5 待評事物各指標等級關聯度

各待評年度諸指標對應等級的關聯度見表3。

表3 河北省南水北調配套工程現代化評價指標量值

2.6 現代化動態評價結果

河北省南水北調配套工程現代化動態評價結果見表4。

由表4 的動態綜合評價結果可知：

a.2000 年，B1～B4各現代化水平均較低，是由于南水北調配套工程尚未進入建設階段，各評價指標尚未發生效能。

b.2010 年，隨著配套工程建設的開始，在工程設施水平方面，工程體系與自然環境的協調度效應初步發揮，工程質量水平、工程體系與需求的協調度水平逐步顯現；在管理現代化水平方面整體提升較快；由于處于建設期，配水效益水平尚未發揮；始終將國內最先進的工藝技術運用到工程建設中，保證了技術進步率和工程質量的優良率。

c.2020 年，隨著河北省南水北調配套工程的投入運行，以及高起點的運營管理人員的配備、配套工程運行管理制度的制定，工程設施水平達到基本現代化水平，管理水平得以充分發揮，達到完全現代化水平；隨著引黃入冀補淀工程的通水，《河北省地下水超采綜合治理五年實施計劃（2018—2022 年）》的頒布實施，河北省節水行動實施方案、小城鎮污水處理設施建設行動方案、河北省地下水管理條例的修訂等綜合措施的出臺實施，配水效益水平達到基本現代化水平；技術貢獻水平達到評價3 級，即完全現代化水平。但是受水區仍然缺水嚴重，地下水超采仍然存在，工業用水單方產值仍然不高。

d.2030 年，為了全面達到完全現代化水平，在工程設施水平方面，仍需進一步通過“減河”工程措施實現河北省境內所有河、淀、庫蓄、滯的有機融通，提升工程體系與需求的協調度和工程體系與自然環境的協調度；在管理現代化水平方面，需要加強信息智慧化建設，需要進一步提升管理人員綜合素質，優化外調水與當地水的配置協調率；在配水效益水平方面，需要進一步解決受水區缺水問題，提升用水效益和工業用水單方產值，進一步抑制地下水超采，進一步強化污水治理長效機制，規范污染治理，防止各類不達標排污，以滲井、滲坑等行為排污；在技術貢獻水平方面，需要將國內外領先的工藝技術應用到配套工程建設及運營中。

3 結 論

本文構建了基于物元分析法的河北省南水北調配套工程現代化各指標評價模型，并采用改進的層次分析法計算各指標權重值。結果表明，該方法具有評價過程易編程，可實現計算機自動計算、減少人為因素干擾、評價結果直觀的特點；且改進的層次分析法具有專家意見易統一，容易組成比較矩陣和判斷矩陣，權重系數不受人為取位影響，易滿足最大特征根λmax≥n和通過一致性檢驗要求；最終評價結果與實際情況基本相符。

4 建 議

據河北省水資源公報數據，2000—2022 年，河北省年均水資源量156.29 億m3（其中地下水資源量124.56 億m3），而年均用水量193.76 億m3（其中地下水源供水量138.80 億m3），年均用水缺口37.47 億m3（年均超采地下水14.24 億m3）；2022 年末，省轄20 座大型及45 座中型水庫比年初少蓄水4.25 億m3，海委所轄潘家口、大黑汀、岳城3座大型水庫比年初少蓄水6.22 億m3；河北平原仍有5 個淺層地下水漏斗和2 個深層地下水漏斗，全省人均用水量246.0m3，萬元國內生產總值用水量46.6m3，雖然河北省南水北調配套工程已投入運行，但是由于先天自然稟賦特點（自然降雨量少而導致水資源量有限），不能滿足本省生活、工業、生產、環境用水需要，可以說，嚴重缺水仍然是河北省面臨的基礎性問題。結合實際提出如下建議：

a.河北省人均水資源量少，在現有基礎上需加大外調水力度，同時要優化水資源配置，進一步加強節約用水和抑制地下水超采措施，特別是礦山開發強排地下水行為。

b.探索開辟補充水源對策，完善雨污分流，大力實施中水再利用。

c.進一步調整工業結構，淘汰高用水、高耗能、高污染、低附加值產業，進一步提升工業用水單方產值指標和用水效益。

d.科學構建河、庫、淀“蓄、滯、用、防、環”協同水網建設，提升水資源綜合利用效率，進一步提升水與自然環境的協調度。

e.智慧水利應作為河北省南水北調配套工程管理的重點建設內容，達標率早日實現100%。