太行山区农村供水系统风险评价模型的建立

□申佩佩 李志学 郝卓君 李 哲

山区供水系统是精准脱贫任务的主要考核指标，但与不断提升的供水安全要求相比，一些农村人居供水系统经常处于较粗放的管理状态，存在不同程度的安全隐患，基础设施建设困难、水资源缺乏、地势起伏大、水源单一等都是影响山区供水安全的主要方面。为了科学评估项目运行风险、提高安全管理水平，文章以太行山区农村供水系统为研究对象，在调研筛选风险评价方法的基础上，结合太行山区农村生活生产供水系统的组成、功能和特点，建立供水系统风险评估数学模型。

1.太行山供水系统风险类型分析

太行山区农村的供水系统风险主要来自于水质、水量、水压、用水保证率以及运行管理5类指标，这些指标风险有同样或者类似的风险，又有各自特殊的一些风险特点，并不是截然不同的，因此供水系统风险可以根据这5个指标特点进行分类。

水质风险主要包括水源地的水质、水源地周围环境、净水工艺过程、输水过程中的污染、居民生活用水卫生、农村卫生环境等；水量风险主要包括水源地供水、输水、补水方式、用水总量、突发事件、人员管理风险、净水生产能力、气候、当地温度、设备故障等；水压风险主要包括取水、配水设施、水处理工艺、计量与监测、自然环境、地势高差、用水点高度、调度、安全消防、突发事件风险等；用水保证率风险主要包括水源地服务区域面积、突发事件应急能力、输配水方式、设备运行情况等；运行管理风险主要包括人力资源和管理模式，专业管理人员、技术人员缺失、人员岗位职责不明确、人员操作疏忽等。

风险分析内容关系图见图1。

2.风险评价模型评价指标筛选

指标的筛选相对复杂且难度较高，在风险评价模型中对结果的影响较大，一般可分为评价指标初选、评价指标体系优化和评价指标筛选。

初选是将能够反映评价体系的全部指标筛选出来。指标初选的过程：明确评价体系各层评价目标；分析各个目标，明确每个目标的反映指标；对子目标或指标进行检查，以防遗漏；指标体系建立之后，一般需要对其进行优化，以提高其系统性及层次性。指标体系优化一般包括指标体系完备性、结构性及聚合性优化。简单来说，完备性优化是为了防止同层结构之间对相同的内容进行重复评价，结构性优化对评价体系的层数及指标数的合适性进行检查，聚合性优化是剔除体系中不相关的指标。从理论上来说，虽然供水系统的风险评价指标较多，但是其中一些指标并不会对项目产生明显的影响，风险因子的识别是针对那些对工程项目的安全及绩效等能够产生明显影响的关键因素。

3.太行山区风险评价模型的建立

3.1 层次分析模型

3.1.1 递进层次结构模型构造

递进层次结构模型是将所要解决的问题层次化，明确所要解决的问题与各个因素之间的关系。一般的分为总目标层、中间层和方案层，总目标层着眼于解决所要解决的问题的总目标，中间层着眼于解决方案好坏的评价，方案层则是解决问题的具体方案措施。

3.1.2 比较判断矩阵

层次分析法的核心是比较判断矩阵的建立，比较判断矩阵是将矩阵中因素经过两两比较而得出的，即为n个要素可以得到n阶比较判断矩阵，如表1所示。

其中的元素表示在某一准则的基础上，要素对要素的相对重要性的权重。因此，比较判断矩阵A具有如下性质：

判断矩阵中A的元素aij可以通过评价者的知识和经验来进行估计。但是考虑到评价者估计的不一定准确，因此进行决策前，必须进行一致性检验。

在此，采用T.L.Saatty引入1-9个标度的方法。如表2所示。

表2 判断矩阵中各元素确定的标度

从表1中可以看出，在构造判断矩阵时，只需给出n（n-1）/2个判断数值即可。

由于判断的估计性，并不能使比较判断矩阵每个要素满足：

式中：C.I.为一次性指标。

因此，需要对其进行一致性排序检验，一致性比率为：

式中：C.R.为一致性比率；R.I.为随机性指标。

Satty是采用1/9,1/7,...,1...,7,9随机取数的方式对不同n的比较矩阵中的元素进行赋值，并且对不同的n采用了100-500个字样，计算其一致性，再求平均值，作为随机性指标，记为R.I.。具体结果见表3。

表3 随机性指标RI的数值

若C.R.＜0.10，则认为比较判断矩阵中的一致性可以接受，权重向量W可以接受。

3.2 模糊综合评价模型

模糊综合风险评价方法首先要采用一定的方法对所有风险因素进行权重的设置，以区分风险因素的影响程度及重要性，然后通过模型的构建计算将风险可能性程度最高者作为风险水平的最终确定值。

模型的评估步骤如下：

首先，确定评价对象的因素集，因素集U={u1,u2,...,un}，其中u（ii=1,2,...,n）表示影响评价各因素。

其次，建立评价集，评价集V={v1,v2,...,vn}，其中，v（ii=1,2,...,n)表示专家做出的各种可能的评价结果。

然后，建立模糊关系矩阵，模糊关系矩阵就是建立从U到V的模糊关系R。利用模糊统计的方法，由若干专家对各种因素rij进行评价，

之后，确定权重集，权重主要通过人们的主观经验和根据隶属度的方法进行确定。权重集是通过对因素集中的各因素U（ii=，2，...,n），赋予一个相应的权数a（ii=1,2,...,n），权数所组成的集合即为因素权重集A={a1,a2,...,an}。风险综合评价中各个因素权重的确定是十分关键的工作，赋予权重的不同，结果很可能会有较大的差异性。

最后，建立模糊综合评价集B，根据模糊综合评价数学模型进行模糊合成，得出综合评价结果：

若B中各元素的总和不等于1，则需对B进行归一化处理，即将B中的每个元素分别除以各元素的总和，得到归一化的矩阵B，作为综合评价的结果。

4.结语

以太行山区农村供水系统为研究对象，分析了供水系统的风险内容及特征，在进行指标筛选的基础上建立了层次分析模型和模糊综合评价模型，模型将会应用于后期的太行山农村供水系统风险评价，对太行山供水系统进行综合评价，模型的建立能够为相似的山区供水提供参考依据。