基于综合指数法的城市水安全评价

周 双 何怀光 李 娜

(湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007)

20世纪70年代，水安全问题开始受到关注。90年代以来，世界水资源论坛等[1]呼吁关注水资源保护和管理、水与可持续发展，水安全问题逐渐成为研究热点。“水安全”一词来源于可持续发展理论、“社会-经济-自然复合生态系统”理论、资源环境承载力原理、危机管理理论等[2-3]，体现的是人口、经济、自然、社会之间的协调发展关系。城市水安全体现的是城市涉水综合系统的健康或可持续状态。

水安全评价研究是“水安全”问题研究的热点，其中水安全评价指标体系构建最为关键[4-5]。目前，水安全评价指标体系多基于水贫困指数[6](资源、途径、利用、能力、环境)和DPSIR概念模型[7](驱动力、压力、状态、影响、响应)确定。也有部分学者进行了创新，如史正涛等[8]将水安全分为水安全支持子系统、水安全协调子系统、防洪子系统；邵东国等[9]从城市重要性、防洪安全、供水安全、水环境安全等维度建立了水安全评价指标体系；张蕾等[10]从资源、社会、经济、环境4个方面构建了南京市水安全评价指标体系。但随着城市发展变化，这些指标体系研究存在指标体系冗杂、指标不全或代表性不够等问题，影响了评价结果的客观性。基于此，本文将综合考虑水安全概念内涵、当前经济社会现状及发展趋势、民众关注焦点及国内水安全相关规划，从城市涉水综合系统中梳理、筛选出最能表征城市水安全状况的指标，并采用综合指数法开展城市水安全评价，为城市水安全管理提供参考。

1 城市水安全评价方法

基于综合指数法的城市水安全评价基本思路为：首先选取合适的评价指标，建立水安全评价指标体系，同时征求专家意见确定不同层次的指标权重和分级阈值，再利用指数型函数实现指标值的标准化，最后根据水安全指数模型计算地区水安全指数，同时确定水安全指数分级标准，对水安全的评价结果进行直观判断。

1.1 指标体系构建及权重确定

城市水安全指标体系包括目标层、准则层和指标层。目标层即区域城市水安全；结合水安全概念内涵，参考国内水安全相关规划，聚焦水灾害规避、水源供给保障、水资源高效利用、水生态环境保护、水监管服务等影响城市水安全的核心要素，将城市水安全分为防洪安全、饮水安全、用水安全、河湖生态安全、涉水事务监管安全5个准则层，利用频度统计、理论分析、专家咨询等方法，将准则层进一步细化为31项具体指标，其中正向指标25项，反向指标6项；指标层具体包括防洪安全指标5项，饮水安全指标6项，用水安全指标7项，河湖生态安全指标7项，涉水事务监管安全指标6项。

指标权重指单项指标对总目标的贡献程度，是反映各指标在评价体系中地位的重要系数。目前，确定指标权重的常见方法有德尔菲法(专家打分法)、熵值法、因子分析法、层次分析法(AHP)等。由于本研究评价指标数量较多，且指标大多贴近涉水管理实际情况，权重赋值需要在有经验的专家指导下进行，因此本文选取德尔菲法(专家打分法)确定各个指标权重。根据经验并参考国内外相关研究，分析提出对于指标权重的初步意见，并征求相关专家意见最终确定指标权重。城市水安全评价指标体系见表1。

表1 城市水安全评价指标体系

续表

1.2 指标标准化及阈值确定

为消除指标不同量纲对指数计算的影响，须对指标进行归一化处理(即指标标准化)。指标标准化的常用方法为直线型功效系数法，即将指标数值变化和指标评价值的关系作直线关系处理。但实际上指标数值变化对城市水安全影响的规律并非简单的线性关系，而是存在与边际效益递减原理相似的特点。因此，本研究借鉴边际效益递减原理，对两者关系作出更为客观与符合实际的处理，即采用指数型功效函数实现指标的标准化处理，以便更好地反映客观实际，提高评价结果的准确性。

标准化计算公式：

Im=e-f(x)

(1)

对于正向指标：

(2)

对于逆向指标：

(3)

本研究指标阈值分为上限值、下限值和控制值。绝大部分指标设置上限值和下限值，对于正向指标，指标值越大越好，反向指标反之。对于万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、灌溉水有效利用系数指标则只设置相对控制值，其中万元GDP用水量和万元工业增加值用水量测算值低于控制值为优，灌溉水有效利用系数测算值高于控制值为优。参考国际、国家相关标准，结合国家或地区相关规划，并咨询相关专家，确定了评价指标阈值(见表1)。根据指标上限值和下限值，利用式(1)～式(3)，实现指标标准化。

1.3 水安全指数评价标准

水安全综合指数由防洪安全、饮水安全、用水安全、河湖生态安全、涉水事务监管安全5个分指数组成。首先对单项指标权重和无量纲数值进行加权计算得出各分指数，然后将分指数进行加权求和得出水安全综合指数，具体公式为

(4)

(5)

式中：WSI为区域水安全指数；Wi和Wj分别为单个指标权重及WSI分指数Xi的权重；Xi为防洪、饮水、用水、河湖生态、涉水事务监管各项分指数。

参考省内外相关研究成果，提出水安全评价标准，将指标得分按0～1分为5个等级。水安全综合指数和分指数评分值大于0.8的为“安全”；在0.7～0.8(含)之间的为“较安全”；在0.6～0.7(含)之间的为“基本安全”；在0.4～0.6(含)之间的为“较不安全”；小于等于0.4的为“不安全”。城市水安全评价标准见表2。

表2 城市水安全评价标准

2 城市水安全评价实例

2.1 研究区概况

邵阳市位于湘中偏西南、资江上游，属于衡邵干旱走廊湘资分水岭核心地带。总面积20824km2，下辖3个市辖区、6个县、1个自治县，代管2个县级市。全市分属湘江、资水、沅江和柳江流域，其中资水流域面积占全市总面积的70.8%。2019年常住人口730.24万，地区生产总值2152.48亿元。全市多年平均地表水资源量为160.60亿m3，2019年降水量为1566.5mm，重要江河湖泊水功能区水质达标率为94.12%，污水处理率为94.64%。

2.2 实例计算

本研究采用2019年基础数据，数据主要来源《湖南省统计年鉴》《湖南省水利统计年鉴》《湖南省水资源公报》《邵阳市水资源公报》《湖南省水安全战略规划(2020—2035年)》以及水利、生态环境等部门的基础资料。运用所建立的指标体系和水安全指数模型，对2019年邵阳市水安全状况进行评价，利用指标标准化值和式(4)、式(5)进行计算。邵阳市水安全评价结果见表3。

表3 邵阳市水安全评价结果

2.3 结果分析

评价结果显示，2019年邵阳市水安全综合指数为0.6562，处于“基本安全”状态，反映出全市水安全形势不太乐观，特别是用水安全、饮水安全和涉水事务监管安全方面还存在一定的短板。具体分析如下：

a.防洪安全分指数为0.7004，处于“较安全”状态。该指数在各分指数中排名靠前，主要是由于堤防达标率(0.8374)、山洪沟达标治理率(0.7873)指标表现较好，主要短板是水库病险率(0.5232)，原因为全市小型水库数量众多，建设时间较早、技术标准偏低，水库运行存在较大安全隐患，急需加强病险水库综合治理，增强水库抵御各类自然灾害的能力。

b.饮水安全分指数为0.6304，处于“基本安全”状态。其中供水安全系数(0.4220)、城市管网漏损率(0.2942)和规模化工程服务人口比例(0.2886)得分较低，原因是随着城镇化的推进，饮水需求不断增大，而相应的供水工程及配套管网未及时跟进，导致供水能力相对不足，此外，城市管网明显老化、漏损问题突出。建议加快推进规模化供水工程建设，加强供水管网维护，增强城市供水保障能力。

c.用水安全分指数为0.6043，处于“基本安全”状态。其中万元GDP用水量(0.5100)、农田灌溉水有效利用系数(0.4957)、大中型灌区骨干工程完好率(0.4639)、工业用水重复利用率(0.3872)等得分较低，反映出全市农业用水和工业用水效率水平较低，节水意识相对较弱，节水措施不够完善，需加强各行业节水力度，提升全市整体用水效率。

d.河湖生态安全分指数为0.7163，处于“较安全”状态。在各项分指数中表现较优，表明全市较为重视河湖生态保护和治理，且取得了初步成效。各项指标中，河湖水域空间保有率(0.5239)得分较低，下一步需严格落实河湖管控要求，加强水域岸线保护，提升河湖生态安全水平。

e.涉水事务监管安全分指数为0.6019，处于“基本安全”状态。其中水利投资占财政投入比例(0.0976)得分最低，表明当地财政对水利建设重视程度不够；水利人才结构达标率(0.4826)、重要水管理事项有效实施率(0.5107)等指标表现也较差，反映出部分县(区)人员老化现象突出、专业性人才紧缺，监管能力相对薄弱。需进一步加大财政资金投入力度，加强人才引进和培养，提升基层监管能力和水平。

邵阳市地处湖南省西南部，属于衡邵干旱走廊地区，水资源相对紧缺，经济欠发达，水资源监管能力相对薄弱，评价结果“基本安全”状态与实际情况基本相符。

3 结 语

本文基于水安全概念及内涵，聚焦影响城市水安全的核心要素，建立了包括防洪安全、饮水安全、用水安全、河湖生态安全、涉水事务监管安全的城市水安全评价指标体系，并以邵阳市为例进行评价研究。结果表明，邵阳市水安全处于“基本安全”状态，其中饮水安全、用水安全和涉水事务监管安全方面短板突出，需加强病险水库治理、推进规模化供水工程建设、加强各行业节水力度、强化资金和人才保障等；该指标体系能有效反映城市管理现状，且与已有指标体系相比，指标代表性和有效性显著增强，其评价结果与实际情况基本相符。

但该研究也存在一定问题：权重设计采用德尔菲法，存在一定主观性；实证研究缺乏多年数据支撑，结果预警性不足。后续可结合系统动力学仿真模型，利用历史数据开展水安全趋势分析和预判，提高模型应用价值。