河北省南水北调配套工程现代化动态评价

陈光宇 高天宇

（1.河北省水务中心引黄工程事务中心，河北 石家庄 050011；2.河北供水公司邢台管理处威县所，河北 邢台 054000）

我国是一个水资源严重短缺且分布不均的国家，黄淮海地区人均、地均水量很低，水资源供需矛盾十分突出。据统计，我国669 座城市中有400 座供水不足，110 座严重缺水（因香港特别行政区、澳门特别行政区、台湾省资料暂缺，本文未列入），水资源已成为区域经济社会发展中的稀缺资源和重要制约因素之一。随着我国城镇化进程的加快，通过跨地区、跨流域的大型调水工程来优化水资源配置，促进区域协调发展已成为必然趋势。南水北调工程于1952 年提出，工程规划的东、中、西线干线总长度达4350km，规划区涉及人口4.38 亿，调水规模448.0 亿m3。南水北调中线工程从丹江口水库调水，输水干渠总长1277km，地跨河南、河北、北京、天津4 省（直辖市）。跨流域调水已成为优化水资源配置的重要工程手段[1-2]。

河北省南水北调配套工程是南水北调中线工程的重要组成部分（见图1），其输水工程总长2056km，包括石津、廊涿、保沧、邢清4 条大型输水干渠，其中石津干渠现为明渠输水，其他均为新建管涵输水，涉及邯郸、邢台、石家庄、保定、廊坊、衡水、沧州7个行政区和雄安新区、定州和辛集两个直管市共138个供水目标，年供水量30.4 亿m3（2019 年）。

图1 河北省南水北调配套工程示意图

近年来，通过积极进行水利现代化的探索与实践，人们对水利工程与生态环境关系的认识更加深刻，逐渐形成了现代水利理论，发生了如下转变：一是水利工程的优化目标由“技术经济优先”向社会、经济和生态效益统筹兼顾转变；二是水利工程的运行方式由单纯输水向统筹考虑保护生态系统、改善水质及高效利用雨洪资源转变；三是兴建水利工程的主要目的由漕运和农业灌溉向城镇生活用水、工业用水、维持生态平衡用水转变。党的十八大以来，明确提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，加快转变治水思路和方式，不断提高国家水安全保障能力，以水资源的可持续利用促进经济社会可持续发展。从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的新治水理念已经形成。。

河北省南水北调配套工程是生态建设和基础民生工程，对增加河北省水资源补给、促进受水区节水治污、抑制地下水超采、促进水生态环境修复及国民经济发展等具有重要意义，构建科学合理的现代化综合评价体系十分必要[3-5]。

1 评价方法

本文构建了河北省南水北调配套工程现代化多指标评价模型，采用蔡文[6]创立的物元分析理论之关联函数进行评价，并结合改进的层次分析法（AHP）确定指标权重。

1.1 数学模型[6]

1.1.1 物元概念

结合物元三要素，给定事物N，其n个特征C1，C2，…，Cn及相应量值v1，v2，…，vn，可用n维物元R={N，C，v}的有序三元组和分物元Ri（i=1，2，…，n）表示：

1.1.2 经典域

经典域Rj可由下式表示：

式中：Nj为所划分的j个评价类别；Ci为评价类别Nj对应的评价指标（特征）；Xji=〈aji，bji〉（i=1，2，…，n）为评价指标Ci所对应的量值范围，即类别Nj关于对应的评价指标Ci所取的数值范围称为经典域Rj。

1.1.3 节域

如果N表示评价等级的全体，XN1，XN2，…，XNn分别表示事物N关于指标C1，C2，…，Cn的取值范围，则节域为

1.1.4 待评物元

对于待评事物，所有监测所得数据或分析结果用物元表示为

式中：P0为待评事物；v1，v2，…，vn分别为待评事物P0对应指标C1，C2，…，Cn的量值，即待评事物相对各指标的具体数据。

1.1.5 待评事物诸指标关于各等级的关联度

其中

式中：ρ（vi，Xji）、ρ（vi，XNi）分别为点与区间的左右侧距。

最终采用改进的层次分析法（AHP）确定出的各个特征指标C1，C2，…，Cn对应的权系数λ1，λ2，…，λn，来计算待评事物属于评价等级Nj的程度：

1.2 赋权方法

目前确定指标属性权重的方法大致分三类，即主观赋权法（如层次分析法AHP、网络分析法ANP、决策与实验室方法DEMATEL）、客观赋权法（如变异系数法COV、复相关系数法MCC、CRITIC 方法、熵权法EWM、反熵权法Anti-EWM、主成分分析法PCA、因子分析权数法FAM）和主客观赋权法（亦称组合赋权法）[7]。客观赋权法在我国研究较晚，尚不完善，目前多采用改进的AHP 法。

参照表1 确定式（7）中判断矩阵A的元素aij=ωi/ωj，且满足一致性条件式（8）及最大特征值（n为判断矩阵A的阶数），判断矩阵A的特征向量按归一化处理得到权重向量=「ω1，ω2，…，ωn」T，一致性指标Ci=（λmax-n）/（n-1），结合表2 进行一致性比率C R检验， 且满足CR=Ci/Ri≤0.1。

表1 目标相对重要性判断的Satty 标度

表2 随机指标Ri 指标

准则层Bi对于目标层A的权重和指标层Ci相对于准则层Bj的诸要素权重，以及各评价指标权重计算结果及排序见图2。

图2 河北省南水北调配套工程评价指标体系

2 配套工程现代化评价

2.1 评价体系

河北省南水北调配套工程现代化评价体系主要包括3 个层次，即由1 个目标（A）、4 个准则水平指数（B1～B4）、14 个指标（C1～C14）组成[3]，见图2。其中，WBi为第一层次权重；WCi为第二层次权重；λi为各指标的综合权重。

2.2 评价指标经典域和节域确定

评价指标从低到高分3 个等级（1 级代表初级现代化水平；2 级代表基本现代化水平；3 级代表完全现代化水平），利用物元模型进行评价。以工程体系与需求的协调度C1为例划分如下：一级协调度为0.60～0.90，代表处于这一指标的最低水平；二级协调度为0.90～0.95，代表处于这一指标的中等水平；三级协调度为0.95～1.00，代表处于这一指标的高级水平。其他各指标等级所代表的含义与此类似。河北省南水北调配套工程现代化评价等级的经典域为R01、R02和R03，节域为R13。C4指标的确定涉及数字水利、信息水利、智慧水利三个阶段[8-9]，智慧水利是数字水利和信息水利的更高阶段。

2.3 权重计算

针对评价指标体系结构，利用改进的AHP 法[10]对各级评价指标赋权，并采用1～9 的正整数及其倒数

分层次设计指标体系权重咨询表。

2.3.1 比较矩阵

共咨询专家25 位，有24 位专家建议P-A、25位专家建议P-B1、24 位专家建议P-B2、23 位专家建议P-B3、25 位专家建议P-B4比较矩阵。

2.3.2 权重

目标层P-A矩阵的特征向量权重WBi、最大特征值λmax及一致性检验结果CR分别为= （2.432，0.811，0.486，0.271）T（i=1，2，3，4），WBi={0.608，0.2027，0.1215，0.0678}T，λmax= 4.002 ≥4，CR= 0.00067 ＜0.1，满足一致性检验。

准则层P-Bi（i=1，2，3，4）矩阵各特征向量权重WCj、最大特征值λmax及一致性检验结果分别为= {1.286，1.286，0.429}T，WCj= {0.4285，0.4285，0.143}T（j=1～3，j∈N），λmax= 3.0007 ≥3，CR= 0.006 ＜0.1；= {2.386，0.796，0.477，0，341}T，WCj= {0.5965，0.199，0.11925，0.08525}T（j= 4～7，j∈N），λmax= 4.0002 ≥4，CR= 0.00007 ＜0.1= {1.241，1.241，0.415，0.621，1.241，1.241}T，WCj= {0.2068，0.2068，0.0693，0.1035，0.2068，0.2068}T（j= 8～13，j∈N），λmax= 6.0022 ≥6，CR= 0.00035 ＜0.1，= {1.0}；WCj={1.0}T（j= 14）。

2.3.3 评价指标综合权重

各评价指标综合权重为

2.4 现代化动态综合评价

针对上述14 个评价指标Ci（i= 1～14，i∈N），以v1～v4各指标相关监测、统计计算及预期数据作为待评物元，实施动态综合评价。其中，v1、v2、v3、v4为待评年2000 年、2010 年、2020 年、2030 年。

2.5 待评事物各指标等级关联度

各待评年度诸指标对应等级的关联度见表3。

表3 河北省南水北调配套工程现代化评价指标量值

2.6 现代化动态评价结果

河北省南水北调配套工程现代化动态评价结果见表4。

由表4 的动态综合评价结果可知：

a.2000 年，B1～B4各现代化水平均较低，是由于南水北调配套工程尚未进入建设阶段，各评价指标尚未发生效能。

b.2010 年，随着配套工程建设的开始，在工程设施水平方面，工程体系与自然环境的协调度效应初步发挥，工程质量水平、工程体系与需求的协调度水平逐步显现；在管理现代化水平方面整体提升较快；由于处于建设期，配水效益水平尚未发挥；始终将国内最先进的工艺技术运用到工程建设中，保证了技术进步率和工程质量的优良率。

c.2020 年，随着河北省南水北调配套工程的投入运行，以及高起点的运营管理人员的配备、配套工程运行管理制度的制定，工程设施水平达到基本现代化水平，管理水平得以充分发挥，达到完全现代化水平；随着引黄入冀补淀工程的通水，《河北省地下水超采综合治理五年实施计划（2018—2022 年）》的颁布实施，河北省节水行动实施方案、小城镇污水处理设施建设行动方案、河北省地下水管理条例的修订等综合措施的出台实施，配水效益水平达到基本现代化水平；技术贡献水平达到评价3 级，即完全现代化水平。但是受水区仍然缺水严重，地下水超采仍然存在，工业用水单方产值仍然不高。

d.2030 年，为了全面达到完全现代化水平，在工程设施水平方面，仍需进一步通过“减河”工程措施实现河北省境内所有河、淀、库蓄、滞的有机融通，提升工程体系与需求的协调度和工程体系与自然环境的协调度；在管理现代化水平方面，需要加强信息智慧化建设，需要进一步提升管理人员综合素质，优化外调水与当地水的配置协调率；在配水效益水平方面，需要进一步解决受水区缺水问题，提升用水效益和工业用水单方产值，进一步抑制地下水超采，进一步强化污水治理长效机制，规范污染治理，防止各类不达标排污，以渗井、渗坑等行为排污；在技术贡献水平方面，需要将国内外领先的工艺技术应用到配套工程建设及运营中。

3 结 论

本文构建了基于物元分析法的河北省南水北调配套工程现代化各指标评价模型，并采用改进的层次分析法计算各指标权重值。结果表明，该方法具有评价过程易编程，可实现计算机自动计算、减少人为因素干扰、评价结果直观的特点；且改进的层次分析法具有专家意见易统一，容易组成比较矩阵和判断矩阵，权重系数不受人为取位影响，易满足最大特征根λmax≥n和通过一致性检验要求；最终评价结果与实际情况基本相符。

4 建 议

据河北省水资源公报数据，2000—2022 年，河北省年均水资源量156.29 亿m3（其中地下水资源量124.56 亿m3），而年均用水量193.76 亿m3（其中地下水源供水量138.80 亿m3），年均用水缺口37.47 亿m3（年均超采地下水14.24 亿m3）；2022 年末，省辖20 座大型及45 座中型水库比年初少蓄水4.25 亿m3，海委所辖潘家口、大黑汀、岳城3座大型水库比年初少蓄水6.22 亿m3；河北平原仍有5 个浅层地下水漏斗和2 个深层地下水漏斗，全省人均用水量246.0m3，万元国内生产总值用水量46.6m3，虽然河北省南水北调配套工程已投入运行，但是由于先天自然禀赋特点（自然降雨量少而导致水资源量有限），不能满足本省生活、工业、生产、环境用水需要，可以说，严重缺水仍然是河北省面临的基础性问题。结合实际提出如下建议：

a.河北省人均水资源量少，在现有基础上需加大外调水力度，同时要优化水资源配置，进一步加强节约用水和抑制地下水超采措施，特别是矿山开发强排地下水行为。

b.探索开辟补充水源对策，完善雨污分流，大力实施中水再利用。

c.进一步调整工业结构，淘汰高用水、高耗能、高污染、低附加值产业，进一步提升工业用水单方产值指标和用水效益。

d.科学构建河、库、淀“蓄、滞、用、防、环”协同水网建设，提升水资源综合利用效率，进一步提升水与自然环境的协调度。

e.智慧水利应作为河北省南水北调配套工程管理的重点建设内容，达标率早日实现100%。