1、水生态文明城市建设水平评估 刘俊萍 邹先柏 浙江工业大学建筑工程学院 摘 要： 以浙江省某市为研究对象, 遵循完整性、指导性、动态性、数据可达性等原则, 构建了该市水生态文明城市建设水平评估指标体系;利用模糊聚类循环迭代法科学确定指标权重, 并构建了水生态文明城市建设水平评估模型;对该市水生态文明城市建设试点中期进行评估, 并针对评估中的薄弱环节提出建议, 为后期水生态文明建设工作开展提供借鉴, 为政府部门提供决策参考。关键词： 水生态文明城市建设; 评估指标体系; 模糊聚类循环迭代; 浙江省; 作者简介：刘俊萍 (1969) , 女, 副教授, 博士。收稿日期：2017-07-12基金：浙江
2、省自然科学基金资助项目 (LY14E090007) Received： 2017-07-121 水生态文明的内涵党的十八大高度重视生态文明建设, 提出构建“五位一体”的总布局, 即经济、政治、文化、社会、生态文明。随即水生态文明建设试点工作在全国范围内开展, 水生态文明的内涵也被陆续提出。左其亭1定义为:水生态文明是指以人水和谐理念为基础, 最终实现水资源利用、经济社会发展、生态系统平衡三者的良性循环。唐克旺2提出:水生态文明是指人类在寻求自身发展与维护水生态系统平衡的同时所创造的物质和精神财富的总和。马建华3认为, 水生态文明是指人类在处理与水的关系时应达到的文明程度, 是指人类社会与水和谐
3、共处、良性互动的状态。通过大量的研究成果和文献综述可以发现水生态文明建设未来的发展趋势, 即水生态文明的内涵是:以科学发展观为指导, 以人与水和谐共处为核心, 以节约优先、保护优先和自然恢复为主的方针, 通过对水资源的严格约束、优化配置、节约保护, 加强水生态环境综合治理和制度建设等措施, 构建健康有序的水生态运行机制, 从而达到水生态的全面、协调、可持续发展, 实现经济、社会、生态的良性循环, 以及由此而形成的人与社会的全面健康可持续发展。2 研究区域概况及资料来源2.1 研究对象及区域概况以浙江省某市行政管辖范围为研究对象, 该市辖一市、两区、三县, 全市总面积 8 844.55 km,
4、生产总值 1 146.16 亿元 (2015 年统计数据) , 境内降雨充沛, 多年平均降水量为 160.71 亿 m, 多年平均水资源总量为 101.32 亿 m, 人均水资源占有量 4 150 m。该市自然资源及生态禀赋十分优越, 是国家级生态示范区、国家全域旅游示范区、国家公园试点城市和首个国家休闲区创建试点城市, 也是浙江省唯一拥有国家一级地表水源的城市。2.2 研究区域资料来源本文使用数据来源于该市水利普查成果、水资源公报以及水利发展规划 (20152017) 等资料。3 评估指标体系构建3.1 指标选取原则3.1.1 完整性水生态文明建设涉及到建设区域的多方面因素, 是一个庞大的系
5、统工程。包括水安全、水环境、水生态、水管理等关于水方面的内容也涉及到经济政治发展状况。因此要将各项指标与评价目标有机地结合起来, 形成一个层次分明、内容完整的指标体系, 充分代表和反映该区域的基本现状和主要特色。3.1.2 指导性完整的指标体系对完成该市水生态文明建设水平评估具有不可替代的指导性意义。故指标体系的构建不仅要能够反映出当前水生态文明建设的水平层次, 而且能够为水生态文明建设起到具体的指导作用。3.1.3 动态性水生态文明城市建设发展政策是不断调整、制定和实施的, 每一项具体指标应准确反映评价区域的经济、社会、文化和水资源之间的发展特色, 体现动态与静态的统一, 同时必须充分反映出
6、评价区域的历史、现状以及潜力, 从中揭示一定的发展规律, 具有时间性和空间性4。3.1.4 数据可达性评价指标的选取应通过充分分析现有的规划、方案、竣工资料等相关数据, 确保数据的可达性。有些指标数据获取存在一定难度甚至于根本无法获取或者获取的数据不明确, 这类指标应予以删除, 尽量选择易获取且来源明确可靠的指标数据进行评价。3.2 评估指标选取根据该市水生态文明城市建设治理内容, 遵循上述的指标选取原则, 借鉴国际常用的水生态文明城市建设的评估指标选取方法, 经专家咨询及有关政府部门商议, 最终确定该市水生态文明城市建设水平评估准则层为水安全、水环境、水生态及水管理, 每项准则层下设置若干个
7、一级指标, 并将指标评价结果划分为 4 个等级:优、良、中、差。4 综合评价4.1 基于模糊聚类循环迭代法的指标权重确定指标权重的确定是水生态文明城市建设水平评估的关键环节, 直接影响评估的结果。通过查阅相关文献并咨询专家, 本文可供参考的权重分配方法有变异系数法、客观赋权法、统计平均法、层次分析法、模糊聚类循环迭代法。通过现有几种方法的比较, 模糊聚类循环迭代法能较好地消除一般主、客观赋权法的片面性5-7, 本文推荐采用模糊聚类循环迭代法计算指标权重。4.2 评估样本生成根据水生态文明评价等级标准范围, 为了满足模糊聚类循环迭代法所需要的足够数量的评估样本, 本文根据水生态文明评价等级标准范
8、围, 采用随机技术模拟生成, 并以这些模拟生成的样本与其各项指标所属的评价等级值构成本文的建模样本。第 k 级第 i 个指标生成的第 j 个样本为式中, j 为样本个数 j=1, 2, , nk, nk为属于第 k 个评价等级的样本总数;i为指标个数;k 为等级数;A i为第 k 个评价等级第 i 个评价指标的上限;B i第 k 个评价等级第 i 个评价指标的下限。利用随机技术模拟在每个评价等级区间内随机生成 3 个评价指标值, 结合该市现状值就得到由 13 个样本组成的样本系列。本文以水环境中的 4 项指标为例, 指标权重求解步骤如下:每个样本有 4 个指标特征值, 对样本进行聚类, 构成了
9、指标特征值矩阵式中, x ij为样本 j 中指标 i 的特征值, i=1, 2, 3, 4;j=1, 2, 3, , 13。由于 4 个指标特征值的物理量纲不同, 为客观反映各项指标的现状值与目标值的距离, 通过对各项评价指标数据进行规格化处理, 消除各指标数据之间因量纲差异所带来的不可比性, 计算其实现程度, 即定义现状值与目标值比值的百分数。指标的目标值是结合该市的自然特色及经济社会发展对水利的需求, 参考国内外其他同等发展水平地区合理确定的。正、负向指标特征值规格化数计算公式分别为计算得到指标特征值规格化矩阵式中, r ij为指标特征值规格化;0r ij1;i=1, 2, 3, 4;j=
10、1, 2, 3, , 13。设 13 样本依据 4 个指标特征值按 c 个类别进行聚类, 则 13 样本对各个类别的相对隶属度矩阵为式中, u hj为样本 j 从属于类别 h 的相对隶属度;h=1, 2, , c。满足条件设类别 h 的模糊聚类中心为 h 的 4 个指标特征值规格化数, 则 c 个类别的模糊聚类中心用矩阵表示为式中, s ih为类别 h 对应指标 i 的聚类中心规格化数;h=1, 2, c, i=1, 2, 3, 4。设任一样本的初始权向量 w、初始相对隶属度矩阵 (u hj) 以及初始模糊聚类中心矩阵 (s ih) 任一选定。假定初始权向量取等权重 w= (0.25, 0.2
11、5, 0.25, 0.25) , 初始聚类中心矩阵为初始相对隶属度矩阵为再将上述假定初始值代入公式 (8) 、 (9) 、 (10) 设三个公式迭代精度为 0.000 1。如此循环迭代, 当每轮所有矩阵中元素与上一次获得的相对应的矩阵元素之差小于等于 0.000 1, 停止迭代。最终, 得出的权重值结合该市水利发展现状及特点, 并通过专家咨询得到客观最优权向量w= (0.18, 0.38, 0.34, 0.1) 。按照同样的原理方法, 可以得到该市水生态文明城市建设水平评估指标体系全部指标的权重 (见表 1) 。表 1 建设水平评估指标体系及权重分配 下载原表 4.3 综合评价模型构建本文选取
12、多指标综合评价方法来评价该市水生态文明城市建设水平。通过计算评价对象的各项指标实现程度, 结合由上述方法得来的各项指标权重值, 计算出该市水生态文明城市建设水平综合评价指数, 从而评价该市水生态文明城市建设的进程。该市全国水生态文明城市建设水平评估指数按下面的公式计算将 (11) 式代入 (12) 式得该市水生态文明城市建设水平评估综合指数模型式中, N 为该市水生态文明城市建设水平综合评价指数;N k为第 k 个准则层评价指标数值;n 为准则层指标总数量;a k为第 k 个准则层评价指标权重;b ki为第 k 个准则层评价指标中第 i 个评价指标的权重;m k为第 k 个准则层评价指标中指标
13、的数量。同时, 借鉴相关研究成果, 结合该市水生态文明城市建设发展现状, 将该市水生态文明建设中期评估划分为“优、良、中、差”四个等级, 各等级综合评价值划分具体要求如下:优, 综合评价值 N0.9;良, 综合评价值 0.8N0.9;中, 综合评价值0.65N0.8;差, 综合评价值 N0.65。4.4 结果与分析收集整理 2016 年各项指标数据作为该市水生态文明城市建设中期评估, 根据上述的该市水生态文明城市建设水平评估指数模型得出 2016 年该市水生态文明城市建设发展水平, 结果如表 2 所列。准则层指标中, 水安全与水环境的评价指数分别为 0.946、0.936, 均处于“优”的等级
14、, 水生态与水管理的评价指数分别为 0.885、0.849, 均处于“良”的等级。同时由计算结果可知, 该市水生态文明城市建设水平中期综合评价指数为0.894, 水生态文明城市建设中期处于“良”即将进入“优”的等级状态。评价结果表明, 该市在试点期间对水生态文明的全面开展, 通过围绕“五水共治”“流域河长制”、落实最严格水资源管理制度以及深化体制机制改革等方面的建设, 该市水生态文明城市建设中期成果显著, 即将进入“优”的等级状态, 大部分指标实现程度即将达到目标值。表 2 该市水生态文明城市建设水平评估结果 下载原表 同时也可看出该市水生态文明建设的主要短板在于水生态与水管理两方面, 其中水
15、生态方面主要是水土流失面积占国土面积比例偏低, 水管理方面主要体现在农业灌溉水有效利用系数与创建节水型载体两项指标较低, 后期对群众的节水意识与水生态文明建设的宣传仍须加强。评价结果较为客观、全面地反映了该市水生态文明城市建设中期的现状, 也为后期更好地进行水生态文明城市建设提供了科学的依据。参考文献1左其亭.水生态文明建设几个关键问题探讨J.中国水利, 2013 (4) :1-3. 2唐克旺.水生态文明的内涵及评价体系探讨J.水资源保护, 2013, 29 (4) :1-4. 3马建华.推进水生态文明建设的对策与思考J.中国水利, 2013 (10) :1-4. 4郭潇, 方国华, 章哲恺.
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