多尺度高效用水評價

趙鳴雁

摘要： 城市水資源供需矛盾日益加劇，水資源的瓶頸對我國的城市發(fā)展的制約作用日漸明顯。我國的城市節(jié)水管理，應(yīng)盡可能不斷提高水的利用效率。針對干旱的海河流域城市，運(yùn)用TOPSIS法，從城市、用水戶和用水器具的尺度進(jìn)行了多尺度水資源高效利用評價體系研究。

Abstract： The contradiction between supply and demand of urban water resources is increasing day by day， and the bottleneck of water resources restricts the urban development of China. China's urban water-saving management should be as much as possible to improve water use efficiency. Based on the TOPSIS method， a multi-scale evaluation system for efficient utilization of water resources in the Haihe River Basin was established from city， water users and water appliances.

關(guān)鍵詞： 多尺度；高效用水；TOPSIS法

Key words： multi-scale；high efficiency water use；TOPSIS method

中圖分類號：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0036-03

0 引言

一般而言，水文尺度包括空間尺度和時間尺度。以尺度的大小通常分為微觀尺度、中觀尺度和宏觀尺度三類。不同的水文過程發(fā)生在不同的尺度上，并且每一尺度上的（主導(dǎo)）優(yōu)勢過程不同，隨著尺度變化。在水文尺度轉(zhuǎn)換問題中一個十分關(guān)鍵且尚未解決的難題是如何把不同的時空尺度聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀的水文過程在尺度上的銜接與綜合。在尺度轉(zhuǎn)換存在的問題是不同尺度建立的基本理論和確定的重要參數(shù)不能互相移植的主要原因。

很多學(xué)者對多尺度評價的問題進(jìn)行了研究[1-2]。白衛(wèi)國等[3]應(yīng)用層次分析法，建立草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的評價模型和評價指標(biāo)體系，并首次對評價指標(biāo)體系在中國西部-區(qū)域-地區(qū)三種尺度上進(jìn)行尺度擴(kuò)展作了探索。

學(xué)者對水資源的評價進(jìn)行了相關(guān)研究[4-13]。劉毅等[14]基于可持續(xù)發(fā)展理念，分析了水資源可持續(xù)利用的特征，構(gòu)建了評價水資源可持續(xù)利用的評價指標(biāo)體系，從水資源現(xiàn)狀、水資源利用效率、水資源可持續(xù)利用壓力和水資源可持續(xù)利用能力四個方面對水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行了綜合評價。城市節(jié)水的最佳發(fā)展方向是可持續(xù)發(fā)展，正確評價城市現(xiàn)階段的節(jié)水水平對制定今后切實(shí)可行的節(jié)水目標(biāo)、計劃、政策以及水資源的開發(fā)、利用、管理的決策有重要作用。

目前，對水資源效率的評價是從單方面進(jìn)行的，缺乏對水系統(tǒng)多方面的綜合分析和評價，建立的評價指標(biāo)體系缺乏多尺度擴(kuò)展，用水效率的多尺度評價尚不多見。本研究從器具、用水戶、城市等多種尺度建立模型，對城市水資源利用效率加以評價。在識別出在器具、用水戶、城市等不同尺度下影響水資源效率的主要因子，建立安全高效用水基礎(chǔ)理論體系的基礎(chǔ)上，從器具、用水戶、城市多種尺度，采用系統(tǒng)評價方法建立城市水資源利用效率評價模型。

1 城市高效用水評價指標(biāo)的構(gòu)建原則

城市高效用水的主要環(huán)節(jié)為：自然水體、輸入管道、供水廠、配水管網(wǎng)、用戶、排放。城市節(jié)水的重點(diǎn)環(huán)節(jié)為供水廠用水、配水網(wǎng)漏失、各類用戶的用水。城市的用水效率評價，需要綜合考慮城市的用水情況。

城市節(jié)水水平評價應(yīng)堅持可持續(xù)發(fā)展原則，城市高效用水評價指標(biāo)體系的構(gòu)建遵循以下原則：①力求全面。所選指標(biāo)盡量涵蓋城市用水的各個環(huán)節(jié)；②體現(xiàn)層次。所選指標(biāo)既能反映總體情況，又能反映各分類、各單項(xiàng)情況；③相對獨(dú)立。所選每個指標(biāo)均反映一個側(cè)面情況，指標(biāo)之間盡量不重復(fù)交叉； ④定性與定量相結(jié)合。所選指標(biāo)即有定性描述的，又有可量化的；⑤綜合性與單項(xiàng)性相結(jié)合：所選指標(biāo)既有反映綜合情況的，又有反映單項(xiàng)情況的；⑥可比性。一個城市的用水效率水平，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源條件以及各個行業(yè)現(xiàn)狀技術(shù)工藝的限制，用水效率水平各不相同。

2 評價方法-理想點(diǎn)（TOPSIS）方法

TOPSIS首先是由Hwang and Yoon[15]提出的用于解決多準(zhǔn)則決策問題的方法。TOPSIS法的基本原理是借助于多準(zhǔn)則決策問題的“理想解”和“負(fù)理想解”來排序，以確定各方案的優(yōu)劣?！袄硐虢狻笔侵敢辉O(shè)想的最優(yōu)解（理想方案），其各項(xiàng)指標(biāo)值均達(dá)到各方案中的最優(yōu)值；“負(fù)理想解”則相反。將各處理（方案）的實(shí)際解（多項(xiàng)指標(biāo)）與理想解及負(fù)理想解作比較，若某一方案的解最靠近理想解，同時又遠(yuǎn)離負(fù)理想解，則該解即為方案中的最優(yōu)解，對應(yīng)的處理即為最優(yōu)方案。

對于本文的高效用水評價來說，方案就是各城市（用水戶或器具）用水情況，多準(zhǔn)則特性指各評價指標(biāo)對應(yīng)的指標(biāo)值用xij表示，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n，則可得到有限方案的多目標(biāo)評價矩陣 X=（xij）m×n，可用TOPSIS進(jìn)行求解。

3 多尺度高效用水評價

不同尺度上，水資源有效利用的代表的含義不同。不同尺度評價時，所選擇的指標(biāo)也應(yīng)有差異，針對不同的對象選取不同的評價指標(biāo)。在考慮指標(biāo)體系時，主要考慮指標(biāo)之間的非相關(guān)性和代表性。三個尺度的指標(biāo)體系在框架上具有相似性和關(guān)聯(lián)性，但在具體指標(biāo)選取上存在一定的差異。城市水資源利用效率是一個多層次、多目標(biāo)的系統(tǒng)，從不同的尺度得出的結(jié)論不盡一致；在同一尺度下，各項(xiàng)指標(biāo)的分析結(jié)果也難以完全統(tǒng)一。通過單一尺度或指標(biāo)并不能有效地反映城市水資源利用效率的高低。因此考慮從城市、居民用水戶和用水器具多種尺度建立評價模型，對城市水資源利用效率加以評價。

城市高效用水的評價（見表1），指標(biāo)的選擇既要反應(yīng)整個城市的節(jié)約用水水平，又要體現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活不同方面的用水狀況。

反應(yīng)整個城市用水效率的綜合指標(biāo)，主要包括人均水資源量，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，城市人均綜合用水量，再生水利用率，城市污水處理率，自來水漏失率。

反應(yīng)城市工業(yè)用水的指標(biāo)，主要有萬元GDP耗水量和工業(yè)用水重復(fù)利用率。萬元GDP耗水量，是一項(xiàng)綜合經(jīng)濟(jì)效果的水量指標(biāo)，反應(yīng)了工業(yè)用水的宏觀水平。工業(yè)用水重復(fù)利用率能夠反應(yīng)工業(yè)用水的重復(fù)利用程度，是評價城市工業(yè)用水的重要指標(biāo)。

生活用水方面，節(jié)水器具的普及率。

城市居民用水戶高效用水評價指標(biāo)體系（見表2），包括飲用水拖地和掃衛(wèi)生（含餐具洗刷），洗浴，洗衣服，沖廁。

用水器具高效用水評價指標(biāo)體系（見表3），包括用水量（每日），價格，用戶的接受程度。

針對這些指標(biāo)的特征值，計算城市的高效用水評價，則存在越大越優(yōu)和越小越優(yōu)兩種情況，采用相對模糊數(shù)學(xué)進(jìn)行計算。選用8個因子作為評價指標(biāo)。

對目標(biāo)進(jìn)行規(guī)格化處理，對效益性和成本性目標(biāo)分別計算如下：

4 結(jié)語

通過對生活用水器具馬桶的改變，使用更節(jié)水型的馬桶，從器具、用水戶和城市的不同尺度對用水效率進(jìn)行評價。分析以下情境下的用水效率及其尺度轉(zhuǎn)換，將6L型馬桶更換為3/6L型。根據(jù)對人的用水行為的調(diào)研，人均日用大小便次數(shù)，進(jìn)行測算。每個人的器具日用水量由42L 減少至24L，用水效率提高。相應(yīng)的用水器具改變后，相對用水戶尺度而言，其指標(biāo)值個人每日沖廁的平均水量減少，其相應(yīng)的用水效率提高。相對城市尺度而言，其指標(biāo)值居民節(jié)水器具普及率和每日人均用水量相應(yīng)改變，普及率越大越優(yōu)，而每日人均用水量越小越優(yōu)，因此馬桶更換為更節(jié)水型馬桶后，城市的用水效率相應(yīng)提高。

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