基于层次分析的襄阳市水安全评价研究

祝云龙

（湖北文理学院 管理学院，湖北 襄阳 441053）



基于层次分析的襄阳市水安全评价研究

祝云龙

（湖北文理学院 管理学院，湖北 襄阳 441053）

摘要：通过分析襄阳市水安全现状及其影响因素，从社会、经济和生态环境三个方面构建了襄阳市水安全评价指标体系；结合国内外专家学者对城市水安全的界定标准、范围及襄阳城市历年发展数据，采用层次分析法确定了襄阳市的水安全评价指标权重，对襄阳市2009—2014年的水安全状况进行了评价. 结果表明：襄阳市水安全处于临界状态中，水安全综合评价指数在0.28～0.63之间，变化幅度范围较大；降水量、污水排放量、工农业用水量等评价指标对襄阳市水安全影响较大. 最后提出了襄阳市水安全原则性建议.

关键词：城市水安全；层次分析法；水安全评价；襄阳市

水资源是保障社会经济可持续发展的重要自然资源之一，当水量水质及其时空分布与人类基本需求间超过相应阈值时就产生了水安全问题. 它涉及资源、环境、生态、社会、政治、经济等多方面因素，关系到粮食安全、社会稳定和经济发展，以及生态环境健康与社会安全等重要问题，因此有必要对水安全问题进行深入持续的研究.

水安全问题研究始于20世纪70年代，90%的自然灾害与水资源有关，水安全问题已成为制约社会经济发展、生态环境建设以及区域和平与发展的主要因素［1］. 对于水安全评价，其方法主要有：1）层次分析法（AHP）［2］. 解决复杂系统中多层次、多目标水资源可持续利用的系统评价方法之一. 2）模糊综合评价法［3］. 将模糊优选与模糊关系结合起来，形成模糊优选决策模型，对多个单目标模糊关系进行合成，从而将多目标系统转变为一个综合单目标系统进行优选决策. 3）模糊物元模型法［4］. 主要从水安全概念的模糊性和评价结果的不相容性角度进行水安全评价研究. 4）投影寻踪法［5］. 投影寻踪是处理高维数据，尤其是处理非正态数据的一类新兴统计方法. 除此外，常用的还有主成分分析法、灰色关联分析评价法、相似差值评价模型、BP人工神经网络模型评价法等［6］.

对于水安全评价指标，国外运用较多的是可持续发展指标体系，如瑞典水文学家Malin Falkenmark［7］提出的“水紧缺指标”评价法，主要关注水资源数量方面的特性，对于水质、水环境以及由此产生的社会、经济、生态等安全问题没有给予充分关注；英国生态与水文研究中心提出了水贫困指数评价法（由资源、途径、利用、能力和环境5个分指数组成）［8］，该评价指标体系需要大量的数据收集和处理工作，并需要征询专家意见，难以普及运用；联合国环境规划署和经合组织从人类与环境系统的相互作用与影响出发，对水环境指标进行分类研究，强调环境、社会经济和资源都应具有压力、状态和响应3个方面的表征指标来反映它们之间的相互关联，进而提出了用“压力-状态-响应”评价模型（PSR）来度量水资源安全程度［9］，并构建了水安全评价指标体系.

国内学者也对水安全综合评价指标的构建进行了探讨，如钱正英、张光斗［10］对我国的主要水安全问题进行了系统、综合的专题研究，并出版了专著. 贾绍凤等［11］提出了水资源压力指数和水资源安全指数，并构建了水资源安全评价指标体系. 夏军等［12］从水资源承载力的角度对水资源安全进行度量，构建了水资源承载力平衡指数来分析流域水资源安全程度. 曾畅云等［13］从水环境安全角度，运用“压力-状态-响应”概念模型从社会经济、生态环境、水环境等3个方面建立了水环境安全评价指标体系. 张巧显等［14］从生命安全、经济安全、粮食安全、生态安全、环境安全、社会安全等6个方面选取14个指标研究了中国水安全问题. 韩宇平等［15］从水供需矛盾、生态环境、粮食安全、饮用水安全、控制灾害、水价值和水资源管理的角度构建了水安全评价指标体系，并且引用多层次多目标决策方法和模糊优选理论模型，评价了西北干旱地区水资源合理配置研究报告中提出的关于宁夏地区水资源配置方案.

综上所述，城市水安全与社会经济发展的关系主要体现在社会经济发展对水资源的利用和优化配置、处理及其影响等方面. 近年来，襄阳市经济社会高速发展，产业转型发展与水资源高效利用及其影响等方面存在着诸多问题；加上南水北调中线工程于2014年12月正式开始调水，调水量为95亿m3/年（初期），汉江襄阳段水位下降0.5～1.3m左右，汉江水下泄减少21%～36%［16］，汉江襄阳段水环境容量降低4万t/a［17］；同时襄阳市工农业用水和生活用水量的增加，襄阳市水安全在经济发展中将具有极其重要的地位和作用. 因此，襄阳市水安全评价综合研究具有极其重要的现实意义.

1　水安全评价指标体系

1.1研究区概况

襄阳市位于湖北省西北部，汉江中游，北接南襄盆地，东眺随州，西邻十堰，南毗荆门，处于我国地势第二阶梯向第三阶梯的过渡地带，全市地跨东经112°00′—112°14′，北纬31°54′—32°10′，属于北亚热带季风气候，年降水量800～1000mm，年均温15～16℃ .

襄阳市作为湖北省省域副中心城市之一，总面积1.97万km2，全市常住人口560.0万人，全市居民人均可支配收入为18 554元，城镇居民人均可支配收入24 113元（数据来源：2014年襄阳市国民经济和社会发展统计公报）. 襄阳市是湖北省农业大市和汉江经济产业带重要组成部分（湖北省汽车工业走廊），在推动汉江流域的整体协调发展中有着十分重要的地位.

汉江是长江最大的支流，是襄阳市赖以生存的母亲河. 汉江在襄阳市境内全长195km，流域面积16 893km2，是襄阳市（主城区）的唯一水源地，也是唯一的纳污水体. 南水北调中线工程实施调水以后，汉江襄阳段上游来水减少，流速减慢，河道湖泊化（汉江中游梯级水电枢纽建设）. 因此，水体自净能力降低，水体富营养化趋势加剧，襄阳市水安全形势日益严峻.

1.2构建评价指标体系

本文依据城市水安全概念，结合襄阳市实际情况以及有关文献梳理结果，将襄阳市水安全评价体系分为三层：目标层、准则层、指标层，从社会发展安全，经济发展安全，生态环境发展安全三个方面选用18个指标，如图1所示.

图1 水安全评价指标体系

1.3确定评价指标权重

层次分析法（AHP）是指标权重确定的有效方法，它根据关联要素之间的隶属关系，建立层次清晰的指标体系结构，利用数学方法和专家意见确定水安全综合评价指标权重，进行层次单排序和层次总排序，并满足判断矩阵的随机一致性比例（CR）均小于0.1. 笔者基于襄阳市水资源（2009—2014年）原始数据的整理，得到水安全评价指标权重并构建判断矩阵为：

用Yaahp软件计算各判断矩阵的最大特征根λmax及其相应的特征向量，将特征向量标准化后记为Wi. 矩阵A：λmax=3.0092，W1=（0.5396，0.2970，0.1634）；矩阵B1：λmax=4.2160，W2=（0.1189，0.0738，0.2991，0.5082）；矩阵B2：λmax=8.8726，W3=（0.2809，0.0478，0.037，0.0195，0.01286，0.01755，0.0875，0.2232）；矩阵B3：λmax=6.4731，W4=（0.0639，0.0357，0.4077，0.2617，0.0878，0.1431）. 矩阵A、B1、B2、B3的CR值分别为：0.0088、0.0809、0.0884、0.0751均小于0.1. 因此，具有满意的一致性，层次总排序结果也具有满意的一致性，各指标权重具体情况如表1所示.

表1　襄阳市水安全评价指标权重及各年数据

2　襄阳市水安全评价

2.1指标数据的标准化处理

表1为2009—2014年襄阳市水安全评价指标值并将其数据标准化. 在评价指标体系中各评价指标特征值对于评价目标来说，数值越大评价结果越优，称为正向指标；数值越小评价结果越优，称为逆向指标. 对襄阳市水安全作时间序列上的研究，指标标准化处理公式如下.

1）对于正向指标：

2）对于逆向指标：

Xi为第i个指标的实际值，xmax、xmin为该项指标所设定的最大值、最小值.

2.2确定综合评价指数

根据文献［16，19］中水安全评价等级及分级标准，笔者将上述指标体系划分为5个级别：非常安全，水资源和环境与社会、经济健康发展的满意程度很高；安全，水资源和环境与社会、经济健康发展的满意程度较高；基本安全，水资源和环境与社会、经济健康发展的满意程度一般；不安全，水资源与环境阻碍了社会、经济的健康发展；极不安全，水资源与环境已经严重阻碍社会、经济的健康发展. 如表2所示. 人均GDP、水源地水质达标率、污水达标率、万元GDP用水量分别采用文献［17，18，19］的最高等级和最低等级作为最大值和最小值，其他数据的最小值、最大值均采用襄阳市历年数据选取. 经计算可得襄阳市2009—2014年水安全综合评价值，如表3所示.

通过表3可以看出，近几年襄阳市水安全综合评价值是从基本安全到不安全再回到安全，说明襄阳市水安全形势存在着较大的变数，水资源开发利用状况尚不具备较强的风险抵抗能力，降水量、污水排放量、工农业用水量的变化是影响着襄阳市水安全形势的重要指标. 襄阳市2012年水安全综合评价值最低为0.28，为不安全级别，原因是2012年襄阳市年降水量为727mm，是近6年降水量最少的年份，再加上2011年、2012年襄阳人均GDP增长率分别为38.6%、16.77%，是近几年经济增长速度最高的年份，同时2012年襄阳市污水排放量也是近6年最高，而污水处理率偏低，导致2012年襄阳市水安全综合评价指数最低，说明襄阳市在废污水处理率、万元GDP用水量、水源地水质达标率方面还有极大的改善空间. 随着人口数量的持续增加，GDP持续增长，城市规模的持续膨胀，襄阳市政府于2012年适时提出了建设“绿色襄阳、产业襄阳、都市襄阳、文化襄阳”的发展目标，改变社会经济发展模式，走生态文明发展（污水处理率提高、森林覆盖率提高、万元GDP用水量和入河排污量的减少）道路，因此，2012年以来工业废水排放量、万元GDP用水量、入河排污量、水质达标率、废水处理率等指标显著改善，襄阳市水安全形势回归到基本安全和安全级别，表明随着人们环保意识的增强、废污水治理力度的加大、废污水处理率的提高，使得襄阳市在2013、2014年水安全形势得以好转. 因此，总体来看，近几年襄阳市水安全呈现出状态不稳定，压力加大、水资源管理力度逐渐加强的特征.

表2　襄阳市水安全评价等级划分

3　结语

基于社会、经济和生态环境三个方面，利用AHP评价模型构建了襄阳市水安全评价指标体系，对相关评价指标进行标准化处理后，得到了襄阳市2009—2014年间的水安全综合评价指数处在0.28～0.63之间. 其变化范围较大，说明襄阳市水安全对外界自然风险及环境变化的抵御能力较弱. 进一步分析襄阳市水安全综合评价指数变化范围较大的原因，找出了影响襄阳市水安全的主要因素：社会发展安全方面影响较大的指标是人均用水量和人均GDP；经济发展安全方面影响较大指标是水资源总量、万元工业增加值用水量和水库蓄水总量；生态环境安全方面影响较大指标是污水处理率和废物排放量. 同时，通过计算评价指标权重，为确定社会经济发展与生态环境之间的协调关系提供技术支持和理论指导.

总之，南水北调中线工程的实施，使汉江襄阳段下泄来水量减少，而汉江中游梯级工程的开发又使汉江襄阳段水体流速减慢，水体自净能力降低，再加上襄阳市社会经济高速发展需要充盈的水资源. 因此，襄阳市的社会经济发展和生态环境的改善势必调整产业结构，进行产业转型升级，大力支持环境友好型工业、生态旅游业、绿色农业等绿色产业；提高市民的节水意识，建立节水型城市，完善健全水资源管理法规；加大科技投入，提高水资源的利用率和废污水综合处理率、达标率，协调生产、生活用水与生态用水之间的关系，实现水资源的合理开发与持续利用；提升流域水环境调查、监测与分析能力，构建基础数据信息服务平台，为调水后襄阳市水安全环境的变化、后续生态环境治理、保护提供科学支撑和服务；继续推进建设应急水源地，如湖北省政府提出的鄂北地区水资源配置工程、“引丹入樊”战略水源规划；充分协调好水源监测、供水管网排查、排水防洪设施的管理与应用、废水处理等各个环节的相互衔接，增强城市水安全管理保障，完善城市水安全预警机制，从而提升襄阳市应对突发水环境事件的处置能力和水资源管理能力.

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(责任编辑：陈 丹)

Water Security Evaluation in Xiangyang Based on AHP

ZHU Yunlong
（School of Management， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang 441053， China）

Abstract:Through analyzing the present situation and the influencing factors of water security in Xiangyang， water security evaluation index system in Xiangyang was constructed from aspects of the society， the economy and the ecological environment. According to domestic and foreign experts and scholars on the definition of urban water security standards， scope and historic data of a city's development， the weight of water security evaluation index system was determined with AHP. Water security status from 2009 to 2014 in Xiangyang was evaluated. The results showed that the water security status of Xiangyang was between safe and unsafe， and the comprehensive evaluation index of water security is between 0.28-0.63， and the ranges of variation of water security were large from 2009 to 2014. Precipitation， sewage discharge， industrial and agricultural water consumption and other indicators deeply influenced the water security situation in Xiangyang. Finally， measures and suggestions were put forward to solve the problems of water security in Xiangyang.

Key words:Urban water security； AHP； Water security evaluation； Xiangyang

中图分类号：X24

文献标志码：A

文章编号：2095-4476（2016）05-0059-05

收稿日期：2016-02-22；

修订日期：2016-04-30

基金项目：湖北省教育厅科研项目（Q20122501）

作者简介：祝云龙（1978— ）， 男， 河南太康人， 湖北文理学院管理学院副教授， 博士， 主要研究方向∶ 资源环境与可持续发展.