黄河兰州段幸福河评价体系的构建及应用

2023-11-17赵永伟王广文杨金娥王玉才

水利规划与设计 2023年11期

赵永伟，赵瑾，王广文，李茂，杨金娥，王玉才

(1.甘肃省水利厅水利技术服务保障中心，甘肃兰州 730000；2.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州 730070)

0 引言

2019年习近平总书记发出“让黄河成为造福人民的幸福河”的伟大号召，作出了加强黄河治理保护、推动黄河流域高质量发展的重大部署[1]。究其原因是近年来黄河流域水资源开发利用率居高不下，致使出现河流断流、河水污染等生态环境问题，城市水资源日益短缺、工业和农业用水逐年增加，这无疑成为经济高质量发展的制约因素[2-4]。

国内众多学者对幸福河的概念和内涵进行了诠释，并结合已有的水资源评价、水生态安全等研究，提出了一系列关于评价体系建设的建议。左其亭[5]等认为幸福河是造福人民的河。李先明[6]认为幸福河必须做到防洪保安全、优质水资源、健康水生态、宜居水环境、先进水文化。王平[7]等认为幸福河不仅要满足人民群众对除水害兴水利的需要，也要满足人民群众对高质量水资源水生态水环境水文化的需要。幸福河课题研究组[8]将幸福河定义为能够维持自身河湖健康，支持流域和区域社会经济高质量发展，体现人水和谐，让居民有安全感、利益感和满意感。在分析解读幸福河内涵的同时，学者们也结合多种理论从多个方面入手开始对幸福河评价体系进行构建。左其亭[9]等从安全运行、持续供给、生态健康、和谐发展方面建立评价体系，引入“幸福河指数”来定量评价河流的状况，同样也对黄河流域进行了实例分析。吉凤鸣[10]结合现有研究，从工程状况、工程管护、公众满意度3个方面探索评价指标，并构建层次分析法与模糊综合评价法相结合的模型，并在长江流域得以应用。唐克旺[11]从心理学的角度出发，对“幸福河”的内涵进行了解读和拓展，并提出了层次化多维度的评价指标体系。韩宇平[12]等人基于马斯洛的心理学需求层次论，构建了以自然属性、社会经济属性、人水和谐属性为指标的评价体系，并对黄河中下游进行了实例分析。刘蒨[13]结合马克思主义幸福观，充实了幸福河的内涵，提出了包含运行安全、持续供水、生态健康、环境良好、和谐发展、文化传承等方面的幸福河评价指标。程常高[14]从经济学的角度出发，应用变权理论和模糊综合评价法，从河流状态、河流压力、经济服务、河流管理4方面20个评价指标入手，建立评价体系，为中国的河湖保护和“幸福河”建设提供理论支撑。牛军[15]结合全面推进河湖长制建设的实践经验，提出强化河湖管理，从安全、美丽、健康以及文化等方面着手，建设幸福河。

国内学者对于幸福河评价体系已建立了基本的理论体系和评价模型，大都是偏向于工程建设方面，以生态环境情况和水利工程状况为主导进行评价，重建设，轻管护。分析前人研究，幸福河评价模型的建立要结合实际情况，综合考虑生态安全、水利设施运行状况、流域发展情况和管护体系建设情况。因此，建立一个科学的幸福河评价体系对建设幸福河和提高社会经济可持续发展具有重要意义。

1 幸福河评价体系建立

1.1 幸福河评价体系总体框架

幸福是一个主观的概念，它会随着时间和空间的变化而变化。幸福河评价体系的建设同样受到河流动态性和区域性的限制。本文的评价体系总体框架包括：①构建评价体系。基于现有研究和幸福河的内涵，确定出主要的影响指标，构建指标体系；②确定评价标准。参考国内现行的各类标准以及相关文献，确定出各指标的评价等级；③确定评价方法。依据构建的指标体系，选取适宜的评价方法；④实例应用。基于上述评价体系和评价方法，对实际河流进行评价，验证体系的合理性和可靠性，并确定出影响河流幸福指数的主要因素，为幸福河建设提供参考。

1.2 幸福河评价指标

1.2.1评价指标体系框架建立

科学合理的评级体系是进行幸福河评价的基本前提。本文选用“目标—准则—指标”3层级关系框架，基于幸福河的概念和内涵，结合河流系统治理、助力流域发展、管护能力建设3个判断准则建立评价总体框架如图1所示。目标层是对研究区域河流生态、经济、社会的一个综合评价。准则层以河流系统治理、助力流域发展、管护能力建设为基本框架，对研究区的生态健康、流域经济以及河流管护进行评价。指标层为具体的量化指标，反映对应指标的具体幸福程度。

图1 幸福河评价体系框架

1.2.2评价指标选取

评价指标的选取决定了评价结果是否科学合理，在选取评价指标时遵循以下原则：

(1)全面性：评价指标要综合考虑经济、环境、社会等。河流的幸福指数评价绝不仅仅是对河流自然属性的评价，应该考虑到其与经济属性、社会属性之间的联系，选择的指标要能全面反映所研究流域的基本情况。

(2)科学性：指标概念明确，遵循经济规律，有其统计与计算的科学依据。

(3)可操作性：评价数据要容易获取。

(4)代表性：能反映河流变化特征。幸福河的评价是受动态性和区域性限制的，流域不同，所构建的评价指标体系就会有所不同，相应的评价标准也会发生改变，在指标的选取中，应当结合时间性、区域性的特征，选取代表性强的指标构建评价指标体系。

(5)定量与定性相统一：选取的指标不仅需要量化分析，还需要进行定性分析，因此评价指标研究过程中需要定量与定性相结合。

根据上述的评价指标选取原则，通过参考2021年出台的《南京市幸福河评价规范(试行)》，参照有关的幸福河评价体系研究成果[10，14，16-18]，选择合适的评价指标，构建出由目标层、准则层、指标层构成的评价体系。目标层为幸福河评价，准则层包括河流系统治理、管护能力建设、助力流域发展3个维度。具体评价指标构成见表1。

表1 幸福河评价指标及标准值

1.3 指标体系评价标准确定

通过专家咨询、查阅文献和已有规范资料[19-20]，确定出各指标的评价等级标准，评价等级分为五级，汇总结果见表1。

2 幸福河评价方法

模糊综合评价法是一种基于模糊数学和最大隶属度原则的评价方法，其优点在于能将定性的评价通过隶属度函数转化为定量评价，可对受多种因素共同制约的事物进行综合分析。基于幸福河评价指标的复杂性和模糊性，以及评价因素多样性，本文采用模糊综合评价法进行幸福河评价。

2.1 构建模糊评价矩阵

(1)确定评价指标体系

设评价指标集为U。选取一级指标n个，为准则层，即U=[u1，u2…un]，再确定m个二级指标为指标层，建立集合un=[un1，un2…unm]。

(2)确定评语集

设评价指标的评价标准集合为V=[v1，v2…vj]，vj—为幸福河评价指标的评价标准。

(3)确定隶属度矩阵

在模糊综合评价方法中，常用的隶属度函数包括“降半阶梯形分布图”隶属度函数、三角隶属度函数、专家打分法等，可根据不同情况选取适合的计算方法。本文采用“降半阶梯形分布图”隶属度函数进行计算。

依据隶属度函数可计算出单个指标的评价集为：ri=[ri1，ri2…rin]；将单个指标评价集合进行汇总，则m个指标组成的评价集所构造的模糊评价矩阵为：

(1)

式中，rmn—第m个评价因子对第n个评价标准的隶属程度。

2.2 计算指标权重

权重代表了各级指标在对应的集合里所占的比重，能反映出集合中所有指标的重要程度，权重是否合理直接影响了评价结果的准确性和合理性。采用最大矩阵元法计算权重，步骤如下：

(1)数据标准化

原始数据往往因为量纲不同而存在较大的差异，需要先进行无量纲化处理，对收集到的数据采用极差标准化法进行处理。

对于越大越安全的正向指标：

(2)

对于越小越安全的负向指标：

(3)

(2)构建模糊矩阵

将标准化处理的数据采用数量积法(下式)进行标定，构建出模糊矩阵。

(4)

式中，xik—第i行样本第k项指标的无量纲参数；xjk—第j行样本第k项指标的无量纲参数；m—样本总数；由此构建出模糊矩阵(γij)m×n。

(3)计算权重

对构建出的模糊矩阵进行分析处理，以最大矩阵元作为置信水平，进而根据下式求出各评价指标的权重：

(5)

式中，Wi—第i个指标对应的权重；λi—指标i对应的置信水平；i=1，2，…，n。

2.3 模糊综合评价

根据评价矩阵R，依据最大隶属度原则，采用相乘相加法，分别与对应的评价指标权重W进行模糊计算，公式如下：

B=W×R=(B1，B2，…Bj)

(6)

(7)

式中，W—河流幸福指数评价指标的权向量；R—隶属度矩阵；B—评价向量；wi—评价指标i的权重；rij—评价指标i的隶属度。

经过查阅文献和参考其他学者的研究结果[21-22]，按照幸福程度将河流划分为五个等级：幸福[90，100)、较幸福[80，90)、提升幸福[60，80)、欠幸福[30，60)和不幸福[0，30)。

2.4 障碍度模型

障碍度函数常用来诊断影响事物发展的障碍因素，引入障碍度模型，进一步诊断影响幸福河建设的主要障碍因子，具体公式如下：

(8)

Ij=1-yj

(9)

式中，Oj—第j个指标的障碍度；Ij—指标的偏离程度。

3 实例应用

3.1 黄河兰州段概况

兰州市面积1.31×104km2，常住人口438×104人，人均GDP 7.37×104元，多年平均降水量40.65×108m3，水资源总量3.67×108m3，人均水资源量840m3，节水灌溉面积270km2。

黄河穿兰州城而过，造就了西北内陆重工业城市和陆路“一带一路”沿线重要节点城市，其蕴含的水资源对区域内经济可持续发展具有重要意义。自1961年至2015年间，黄河河道大面积萎缩，其中诸多沿岸滩地已经成为城市用地。同期，随着兰炼、兰化的工业废水排入黄河，黄河水污染问题日益严峻。经过长时间的水治理及城市的转型发展，黄河兰州段水质得到了改善，提升明显。黄河兰州段的刘家峡、盐锅峡、八盘峡等水电站，自其运用以来，显著影响了黄河兰州段的径流，发挥了巨大的调节作用，对沿河地区的经济发展和社会效益的作用也越来越大[21-28]。

3.2 指标选取及数据来源

基于已建立的幸福河评价体系，分别对黄河兰州段2017—2021年幸福程度进行计算研究，选取指标见表2。各指标原始数据来源于2017—2021年《甘肃省水资源公报》和《甘肃省水利发展年鉴》。此外对于河道“四乱”问题清理整治、河长制组织体系建立运行、“一河一档”编制实施与河流健康评价与公众满意度等指标，采用调查问卷和专家打分的方式获取数据。

表2 黄河兰州段幸福河评价指标体系

3.3 指标权重及分析

依据上文中方法计算权重如图2所示，其中耗水率、人均占有供水能力、单位工业增加值用水量权重占比较大，分别为10.7%、10%、9.3%，累计权重达到了30%，是黄河兰州段幸福河建设的主要影响因子；人口密度、河道“四乱”问题清理整治、公众满意度3项指标的累计权重为25.8%，是黄河兰州段幸福河建设的次要影响因子。

图2 评价指标权重

3.4 综合评价结果及分析

经计算2017—2021年黄河兰州段幸福程度综合得分如图3所示，黄河兰州段幸福程度等分在84—89分之间，处于较幸福等级，总体呈上升的趋势。

图3 2017—2021年综合得分

2017—2019年综合评分逐年上升，其原因可能是近年来兰州市出台的各项治理政策逐渐开始显现效果。例如在改善黄河流域生态环境方面，兰州市积极成立了领导小组，制定了《兰州市2021年黄河流域生态保护和高质量发展工作要点》等文件，全力打好“蓝天、碧水、净土”三大保卫战，持续改善生态环境质量，立志把黄河打造成造福人民的幸福河。2016年末在河流治理管护方面又积极推行河长制政策，在我国江河一面干涸断流、水体黑臭、乱占乱建、生态恶化；一面又管理责任不清晰、保护意识不强、系统治理不够的严峻局面下，河长制的全面推行为幸福河的建设提供了内在动力和制度保障，成为了建设幸福河的有效举措[29]。李智喻[30]等的研究结果也表明河长制的推行，有力提升了黄河流域生态治理水平，取得明显的生态和社会成效。同期在“清四乱”问题中兰州市也按照“政府主导、水务牵头、部门协同、属地负责、依法依规、水岸同治”的工作思路，创新举措、动真碰硬、务求实效，高质量的完成“四乱”问题整治[31]。

2020年河流幸福程度出现小幅下降，可能是受国内疫情大背景的影响，导致居民收入下降、与水利建设相关的资金投入大幅减少、河流的治理力度随之下降、而生活污水排放量却有较大幅度的增加导致的，如图4所示。总体来说，兰州市河流治理效果显著，河流幸福指数整体呈上升趋势发展。

图4 水利建设项目完成投资与污水排放量

3.5 障碍因子分析

为进一步分析制约黄河兰州段幸福和建设的障碍因子，引用障碍度模型计算各指标的影响程度，如图5所示。从图5可知，河岸堤防达标率(C1)、水资源开发利用率(C2)、水文化挖掘及保护程度(C9)及“一河一档”编制实施与河湖健康评价(C12)等因子对黄河兰州段幸福河建设的影响逐年减小，这表明投资16.97亿元，历时5年多的黄河干流兰州段防洪治理工程圆满收官；以市委书记为组长，相关部门为成员，下设水利、生态修复、污染防治、产业发展、文化旅游5个专责组的黄河流域生态保护工作进展顺利。2017年至2021年间随着各项政策的落实，影响幸福河建设的最大障碍因子也随之改变，2017年最大障碍因子为水资源开发利用率(C2)，而2021年最大障碍因子为单位工业增加值用水量(C6)。

图5 2017—2021年黄河兰州段幸福河障碍度

虽然整体上障碍程度逐年减小，但是人均占有供水能力(C3)、单位工业增加值用水量(C6)仍然制约着幸福河建设工作。这表明兰州在今后的发展中需要优化产业结构，推动绿色产业崛起，促进高效用水；以重振“兰州制造”为抓手，加快产业向绿色化、高端化、智能化转型；加快构建“一心两翼多点”城市发展布局和“三区集聚引领、两极崛起带动、多点协同支撑”产业布局，科学确定产业配水。