基于均衡度指标的城乡一体化供水安全短板要素定量研究

张荣贺

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司，辽宁 辽阳 111000)

近些年来，随着城乡一体化的不断发展，城乡供水措施已日趋完善[1]。但由于一些城乡区域供水设施发展不平衡，水质监管能力不强，一些输水管网升级改造较为迟缓，供水配套措施未能及时跟进，使得一些区域城乡供水安全产生隐患[2]。为此亟需要对城乡供水的安全隐患进行评估，并针对其短板要素进行定量识别，从而提高区域城乡供水的安全级别[3]。当前，对于供水安全的研究成果主要集中在城市[4- 13]，对于城乡供水安全尤其是对其短板要素甄别的研究还不多见。辽西(朝阳市、阜新市)作为辽宁省的典型缺水区，城乡供水矛盾十分突出，这些年通过输水工程的建设，区域城乡供水矛盾得到逐步缓解[14]。但其城乡供水安全还存在一些问题，亟待解决和提高[15- 16]。本文结合板要素理论，对辽西(朝阳市、阜新市)城乡缺水区不同供水安全指标的均衡度进行定量甄别，从而为区域城乡供水安全级别具有重要的参考价值。

1 研究方法

1.1 城乡供水安全指标体系

结合城乡供水的内涵和主要特点，从水厂、供水水源、输水管网以及供水保障四个方面构建城乡供水安全指标体系，并根据辽西城乡供水的发展现状以及不同供水数据的收集情况，重点考虑指标的系统科学性、代表性、可测定性进行城乡供水安全的综合评估。构建的辽西城乡供水安全指标体系见表1。

表1 城乡供水安全评估指标体系

1.2 城乡供水安全指标分析

结合AHP分析方法对构建的城乡供水安全指标体系各指标权重进行分析，并对各指标权重进行标准化分析，经过标准化得到指标体系的特征向量。对其特征向量进行最大值进行计算，方程为：

(1)

式中，(AWi)—特征向量AW的第i个元素。

在特征向量分析的基础上，采用随性检验的方法对其进行权重检验，检验方程为：

CR=C1/R1

(2)

C1=(λmax-n)/(n-1)

(3)

式中，C1—特征向量的随机检验值；R1—特征向量权重随机平均指标，检验数值见表2。

表2 特征向量随机性指标检验值

1.3 评价等级划分

结合等间分级方法对其进行城乡供水安全等级的划分，主要划分为5个等级，等级划分结果见表3。

表3 城乡供水安全等级划分标准

1.4 供水安全短板要素分析

短板要素理论主要基于“木桶理论”，将整个系统看作是一个木桶，每个木桶的板块可看作为各指标要素，木桶最短板块有木桶的蓄水量决定，每个要素的最低值决定整个系统的效率。将辽西地区供水安全的评估指标体系看成为一个木桶，区域供水安全中的供水水源、供水水厂、输水管网以及供水保障各子系统组成整个木桶的四个板块。各木桶蓄水量由各子系统的短板要素所影响，因此要加大木桶所能承担的蓄水量，就要寻找木桶中的最短板，对各短板进行补齐。为对辽西地区供水安全的短板进行甄别，对其供水安全的短板进行补齐，提高供水安全的等级，通过对供水安全的不同指标进行标准化差异分析，从而对其供水安全的演变方向进行判定。采用均衡度D对其各短板要素进行分析，方程为：

(4)

2 结果与分析

2.1 辽西地区城乡供水现状

2008年辽宁省政府开始实施辽西北供水工程规划，随着辽西城乡供水工程的逐步规划实施，辽西地区城镇供水矛盾得到极大程度的缓解，但由于辽西属于辽宁省资源型缺水区域，因此城市供水仍然得不到有效满足，城乡供水问题依旧是辽西城市发展的主要影响因素，目前辽西两市(阜新和朝阳)供水水源有20处，其中市政水源年均可供水为5642m3，自备水源年均可供水量为4000m3，综合漏损率达到15%，按用水类型划分，城乡居民生活和工业用水占总用水量的80%以上，总体用水水平程度较低。辽西地区建设有供水水厂5座，供水能力为42万m3/d，输水管网已基本覆盖阜新和朝阳市、县行政区。

2.2 城乡供水安全等级评估

2.2.1权重设置

通过朝阳市和阜新市2010—2017年水资源公报数据、供水水厂建设和规划数据、城乡供水输水管网建设和规划数据以及采取的相应供水保障措施方案，对两市城乡一体化供水安全评估各项指标进行标准化设置，见表4—5。

表4 朝阳市城乡一体化供水安全评估指标权重

城乡一体化供水安全事关供水水源、供水水厂、输水管网以及供水保障措施四个子系统，任何一个系统出现隐患产生相应问题，都会对区域城乡

表5 阜新市城乡一体化供水安全评估指标权重

一体化供水安全产生影响，因此在对各指标权重进行设定时，对区域水资源、供水规划数据进行详细分析。辽西地区，由于资源型缺水，对城乡供水安全影响权重较大，朝阳地区水资源人均值占据权重值最大，污水处理率的权重值最低，这主要是因为朝阳市污水处理从2013年开始规划，2020年才逐步对污水进行处理，但是污水处理后很难用于城乡居民生活用水，大都只能用于工业用水，而城乡居民生活用水是其供水主要用户，因此污水处理率权重设置相对较低，在阜新市，其降水量年均值权重较大，是城乡供水安全最大影响指标，和朝阳市具有相似性，污水处理率的权重值较低，考虑到各项指标权重有动态变化性，在以后的分析中还需要对各项权重进行动态修正。

2.2.2综合安全评估

在各项指标权重设置的基础上，不同指标权重与各项指标的标准值进行相乘得到不同指标的赋权，进行各项指标的加权得到各年份辽西地区呈现一体化安全综合评估指数，见表6。

表6 辽西地区城乡一体化供水安全综合评估结果

结合表3城乡一体化供水安全评价标准可看出，2010年辽西的朝阳和阜新市供水状态较不安全，但经过近些年加大辽西供水工程的建设，供水体系逐年得到完善，且由于行业监管力度的加大，2015年以后，朝阳市和阜新市的城乡供水安全综合评估指数逐年提升，并已逐步达到安全状态，而2016年供水安全综合评估指数有所减小，主要是因为城乡一体化供水安全准则层中的供水水源、以及备用水源地的覆盖率未能达到最佳值，使得其供水安全综合评估指数有所减小。

2.3 城乡一体化供水安全指标均衡度分析

在供水安全综合评估的基础上，结合均衡度分析对辽西地区城乡供水安全各评估指标的均衡度进行定量分析，见表7—8。

表7 朝阳市供水安全均衡度分析结果

表8 阜新市供水安全均衡度分析结果

均衡度是评价城乡一体化供水安全各项指标均衡发展的重要定量方法，从朝阳市2010—2018年各年份不同指标的均衡度分析结果可看出，朝阳市的年降水量、水资源人均占比、以及饮用水源水质达标率随机变化较大。供水水源各项年均衡度无明显规律性变化，供水水厂子系统从均衡度角度看，呈现逐年递增的变化，供水管网由于这些年朝阳市较大输水管线的建设力度，因此其各项指标的均衡度也有所增加。从阜新市城乡一体化供水安全均衡度分析结果可看出，阜新地区供水水源的各项指标的均衡度和朝阳地区相似，这主要是因为这两个区域均属于资源型缺水地区，因此其供水水源的各项指标均衡度变化随机度较大，没有明显变化的规律性。从阜新市供水水厂各指标均衡度均呈现明显增加，这主要是因为从2015年开始阜新地区通过辽西输水工程建设，使得其供水水厂的出水量得到明显提升，并增加了供水管网的覆盖密度，从表中可看出这两项指标的年递增变化较为明显。阜新市备用水源覆盖率在2015、2016年达到最佳值，2017、2018年由于备用水源工程的改造，使得其覆盖率的均衡度有所减小。

2.4 城乡一体化供水安全短板要素甄别结果

在城乡一体化供水安全各项指标均衡度分析的基础上，结合短板要素分析理论，对各年份辽西两市城乡一体化供水安全的短板要素进行甄别，见表9—10。

表9 朝阳市供水安全短板要素甄别结果

表10 阜新市供水安全短板要素甄别结果

D值在0～1之间，D值越小表示最长桶片和目标桶片之间的差异度越低，均衡度在0～0.3之间表示对应优势要素，均衡度在0.3～0.6之间表示对应的限值要素；均衡度在0.6～1.0之间表示对应的短板要素。从分析结果可看出，各年份短板要素无明显变化规律，对于辽西地区城乡一体化供水安全而言，年降水量是其主要的短板要素，而这一短板要素是人为不能改变的，其次为供水覆盖度，由于早期辽西地区供水管网建设完善程度不高，使得其成为一个短板要素，这些年通过辽西输水工程建设的完善，这一短板要素逐步被完善和提高。而由于辽西地区总体GDP发展水平不如发达城市，因此其工业化发展程度总体不高，因此万元GDP供水量需求较少，成为辽西地区城乡一体化供水安全的优势要素。

2.5 辽西城乡一体化供水安全发展状态原因剖析

2.5.1供水水源子系统

在供水水源各项指标中由于存在较大的随机性，因此并未出现由坏转好的转变，虽然个别年份供水水源成为优势要素，但总体依旧为主要的短板要素，因此对于城乡一体化而言，四个安全系统中有一个系统为优势要素并不能保障其城乡供水安全，2015年辽西两市有3～4个指标为短板要素，但由于其他指标发展均衡度较高，存在明显优势，使得其供水安全评估较为安全。

2.5.2供水水厂系统

由于辽西输水工程从2015年逐步建设，辽西地区5座大型水厂的供水能力逐年提升，从短板的横向指标分析，从统计的各年份中，仅2016年为优势要素，供水水厂水质达标率在2013—2016年出现短板要素，从水质分析原始数据看，由于加大了供水水质达标率严控管理，从2017年开始辽西供水水厂水质常规检测的42项指标达标率均在96%，供水水质和水量都呈现较大提升，逐步成为优势要素。

2.5.3输水管网子系统

输水管网覆盖率指标在辽西地区早期为主要的短板要素，根据区域供水工程规划数据统计，在2010—2011年其供水管网的覆盖度低于60%，尤其是在乡镇区域覆盖度总体不高，成为短板要素， 从2012年开始，朝阳和阜新市加大供水管网的改造和建设力度，供水管网的覆盖度明显提升，逐步成为限值和优势要素，随着供水管网覆盖度的增加，供水管网密度也在逐年递增，辽西的朝阳市和阜新市从2012年开始，城乡供水管网密度年递增率为10.65km/km2，为其城乡一体化供水安全提供了重要的保障。

2.5.4保障措施系统

污水处理率以及万元GDP用水量两项指标在供水保障系统中发展较为同步，辽西地区由于从2013年开始建设污水处理厂，污水处理率逐年提高，现在朝阳市和阜新市污水处理率已从20%提升到75%，而万元GDP用水量随着城乡一体化发展，也逐年提升，随着当前水资源监管力度的逐年加强，水资源优化合理配置工作也正在有条不紊的开展中，使得这两项指标和区域可持续发展的目标契合度提高。备用水源覆盖率从限值要素逐步转变为优势要素，辽西供水安全保障体系得到进一步完善。

3 结论

(1)辽西由于资源型缺水，其供水水源中的年降水量以及人均水资源量依旧是城乡一体化供水安全的最短板要素，由于这两个指标随机性较大，人为影响度较小，此外，污水处理率虽有所提高，但也是辽西供水安全的第三短板要素，其他指标从辽西输水工程建设后均从短板逐步向优势要素发展；

(2)辽西两市从2015年开始城乡一体化供水安全总体处于较安全状态，但是随着城乡经济的逐步发展，依旧需要对农业和工业废水排放进行严格把控，加大老旧输水管网的改造力度，对用水结构进行优化，加大污水处理率，进一步提升城乡一体化供水安全的等级。

经济要素指标对区域供水安全也产生影响，在以后的研究中，对于城乡供水安全还需要重点考虑经济发展水平对其影响程度。