基于聚类分析和层次分析法的湖南省水生态文明评价指标体系构建

(湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007)

随着世界经济的发展，资源短缺、环境恶化等一系列的生态问题接踵而至。党的十七大报告首次明确提出了建设生态文明的目标，并在党的十八大报告中进一步将其纳入“五位一体”的中国特色社会主义事业总体布局[1]。2013 年1 月，水利部印发了《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》， 指出水生态文明是生态文明的重要组成和基础保障。水生态文明建设是一项复杂的系统工程，具有战略性、长期性和持续性[2]，而对其进行系统地战略规划和顶层设计并构建水生态文明评价指标体系，是开展和推进水生态文明建设的重要任务。

1 湖南省水生态文明现状

当前，由于湖南省的省情及所处的特殊发展阶段，水生态文明建设仍面临资源短缺、环境污染和生态恶化所带来的严峻挑战，并且受自然环境、社会经济发展条件和产业结构等因素影响，水生态问题表现为明显的区域差异性[3]。

鉴于湖南省水生态文明建设现状，开展和推进全省水生态文明建设必须解决的重要问题是经济社会要素和水资源环境要素的空间异质性，即如何考虑各地区依托的区位优势和制约发展的因素，将水生态文明建设的总体目标和主要内容因地制宜地分解到不同地区，并建立适宜不同地区的评价考核指标体系，以确保水生态文明建设取得实效[4]。

2 水生态文明评价指标体系构建方法

为了克服水生态文明建设过程中的困难和问题，须对湖南省水生态文明建设进行分区管理，根据各地区水文水利条件、经济发展、社会状态等因素的相似性和异质性，可采用聚类分析法将水生态文明建设条件和水平相似的区域划归到同一分区。针对不同分区设定不同的水生态文明建设管理目标，采取不同的水生态建设管理政策和措施[5]。

2.1 指标构建原则

近几十年来，国内外学者提出了大量关于指标选取的原则[6]。 V.Anderson[7]指出一个好的可持续发展指标应具备可获得、易理解、可测量、有意义、间隔短、可比较等条件。我国生态学者马艺芳等[8]认为为了全面、客观、科学地评价城市生态发展水平与状况，在研究和构建生态评价体系和选择评价方法时，应遵循科学性、目标性、可操作性、稳定性和动态性相结合、可比性原则。

根据水生态文明建设的基本特点和指标体系构建的目的，湖南省水生态文明评价指标体系库构建过程中遵循以下原则：

a.坚持人水和谐，科学发展。以水定需、量水而行、因水制宜，推动经济社会发展与水资源和水环境承载力相协调。

b.坚持保护为主，防治结合。

c.坚持统筹兼顾，合理安排，实现水资源的优化配置和高效利用。

d.坚持因地制宜，以点带面。根据各地水资源禀赋、水环境条件和经济社会发展状况，形成各具特色的水生态文明建设模式。

2.2 指标构建方法

2.2.1 全省指标体系

随着水生态文明建设实践的深化，关于水生态文明评价指标体系的研究日益增多。山东省已出台了水生态文明建设的地方标准。总体上，水生态文明评价指标体系构建方法还处于探索阶段。

本研究首先根据湖南省水生态文明建设现状和建设目标，构建具有湖南省特色的水生态文明建设八大体系，在八大体系内根据专家咨询和问卷调查法得到各体系内的具体评价指标(共36项指标)，作为湖南省水生态文明评价指标体系库。

2.2.2 全省水生态分区

受自然环境、社会经济发展条件和产业结构等因素影响，生态环境问题表现为明显的区域差异性，呈显著的地带性分布，并在地带内也存在显著的差异。因此，有必要在进行水生态文明评价前对区域进行分区。本文采用聚类分析法并结合专家咨询结果，对全省14个市州进行水生态分区。在各分区内，根据本分区特点，从湖南省指标库中选取与之相匹配的基础指标。同时，各分区根据实际情况，增加特色评价指标。基础指标和特色指标共同构成同一分区内的水生态文明评价指标体系。

2.2.3 指标标准化与权重确定

在水生态文明评价指标体系中，各个指标单位不一致，有的指标和水生态文明建设是正相关(指标值越大，生态文明建设得越好)，有的指标与生态文明建设呈负相关(指标值越小，生态文明建设得越好)，不具有可比性。因此需对各个指标进行标准化[9]，对与生态文明建设呈正相关的指标采用式(1)进行标准化：

(1)

对与生态文明建设呈负相关的指标采用式(2)进行标准化：

(2)

上二式中：Ci为指标层指标统计值或测算值；Si为指标层指标的评价目标值；Qi为第i项指标的标准值。Qi值大，表明该指标相对于目标值处于发展水平的较高阶段；Qi值小，表明该指标相对于目标值处于发展水平的较低阶段。

由于各个指标在评价体系中所占的比重各不相同，因此本文采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)[10]确定各个指标在评价体系中的最终权重。本文层次分析法目标层是指“湖南省水生态文明指标体系权重构建”，准则层为指标体系中的 “八大体系”，指标层即36项具体指标。

根据水生态文明建设各个指标的标准化结果及其权重，采用加权求和法计算获得水生态文明综合评价得分，即水生态文明建设指数，计算公式为

(3)

式中：D为水生态文明建设指数(得分)；Wi为各项指标对应的综合权重，Qi为各项指标的现状标准值。

同时，将分区特色评价指标作为加分项，每项满分为2分，用(Qi/100)×2得到本项实际得分。

研究方法见图1。

图1 技术路线

3 湖南省水生态文明评价指标体系

3.1 全省水生态文明评价指标体系库构建

根据专家咨询，统筹考量，确定湖南省水生态文明评价指标包括八大体系36项指标，具体见表1。

表1 湖南省水生态文明评价指标体系库

续表

3.2 全省水生态分区结果

以湖南省14个市(州)作为案例，采用多年平均降水量、水资源开发利用系数、万元GDP用水量、人均收入、人均用水量、平均海拔、水域面积比例等作为控制变量，采用离差平方和法(Ward’s method)进行聚类分析[11]，输出结果见表2。

表2 聚类分析法样本归属表

根据上述输出结果结合专家咨询法，最终将湖南省14个市(州)分为4个分区，具体如下：

第一分区：长沙、株洲、湘潭。

第二分区：衡阳、邵阳、郴州、永州、娄底。

第三分区：岳阳、常德、益阳。

第四分区：张家界、怀化、湘西。

本文以上述4个水生态分区为基础，在每个分区建立与其相适应的水生态文明评价指标体系。

3.3 分区内评价指标权重分析

本文以第一分区的典型城市长沙市为例进行分析。在湖南省水生态文明评价指标体系库中选取与第一分区相匹配的评价指标。选择后的评价指标采用层次分析法构建层次结构模型，然后构建各层判断矩阵，计算长沙市水生态文明评价指标体系中各指标的权重，结果见表3。根据现状得分和权重综合获得长沙市水生态文明评价指标体系构建计算结果，见表4。

表3 长沙市水生态文明评价指标权重计算结果

表4 长沙市水生态文明评价指标体系构建计算结果

续表

4 小结和展望

4.1 小结

本文以湖南省为研究区，构建了湖南省水生态文明评价指标体系库，采用聚类分析法和专家咨询法将湖南省划分为4个水生态分区；在第一分区选取试点城市长沙市，建立长沙市水生态文明评价指标体系，通过调查各个指标的现状值及目标值，计算各个指标的现状得分；同时，对长沙市水生态文明评价指标采用层次分析法计算各指标权重，由权重及现状得分，综合得到试点城市水生态文明建设现状。

分析典型城市长沙市水生态文明建设现状发现：其经济水平已处于湖南省前列，多项水生态治理与管理工作也在开展中，其中供水保证率、万元工业增加值用水量、工业废水排放达标率、骨干河湖管理达标率等工作完成较好，指标得分较高。长沙市水生态文明评价总得分较高，为93.3分。

但长沙仍存在较多水生态、水环境、水污染问题。评价得分较低项目有生态环境用水率、水土流失治理率、水文化保护工程建设数量以及水利科技项目获奖情况等。因此，对于长沙市其今后重点评价对象应是生态环境、污水排放管理、治污工作进展管理、地下水水质以及水土流失治理工作等，而特色水生态文明评价指标应关注节水工艺的推广、水文化氛围的营造和市民对水生态文明建设的满意度等方面。

4.2 展望

根据本文研究的主要结论，初步展望湖南省水生态文明评价指标体系建设的主要工作内容如下：

a.水生态文明评价应是长期的动态过程，应在各个时间节点计算其水生态文明建设指数，而后进行纵向比较，分析区域水生态文明建设情况随时间的变化及原因。

b.今后评价工作中考虑指标体系的纵向延伸，建立市、县、乡、村级的水生态文明评价指标体系。

c.本次指标体系构建中，指标数量较多，部分指标之间存在一定的相关性，今后的评价工作中，可根据各地实际适当减少指标数量并尽量克服指标之间的相关性，以更加简洁、实用的指标来建立评价指标体系。