基于協(xié)同度的水利工程運(yùn)行效益綜合評(píng)估模型研究

王國(guó)逵

(朝陽市供排水管理處，遼寧 朝陽 122000)

我國(guó)水利水電工程存在各效益間協(xié)調(diào)度低、且具有突出傾向的效益單一化問題[1]。水利建設(shè)在農(nóng)業(yè)和工業(yè)時(shí)代主要服務(wù)于農(nóng)業(yè)和能源供應(yīng)，因此對(duì)于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益、不同效益之間的協(xié)同發(fā)展有所忽視[2]。水利工程在后工業(yè)時(shí)代已逐步向民生水利過渡，水旱災(zāi)害防御與水利工程興利效益有機(jī)結(jié)合，并統(tǒng)籌考慮區(qū)域生態(tài)效益[3]。為此對(duì)于水利工程綜合效益而言，需要對(duì)其不同效益之間的相互影響進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)同[4- 6]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于水利工程績(jī)效大都針對(duì)單一效益進(jìn)行評(píng)估[7- 14]，即評(píng)價(jià)體系中只納入社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，而未能考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)之間的效益協(xié)同，使得在評(píng)估指標(biāo)體系中部分效益權(quán)重設(shè)置過高，而影響其他效益指標(biāo)的權(quán)重。目前對(duì)于水利工程不同效益協(xié)調(diào)研究成果較少，水利工程綜合績(jī)效通過協(xié)調(diào)度評(píng)估方法進(jìn)行提高已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)[15]。為提高水利工程運(yùn)行效益綜合評(píng)估的準(zhǔn)確性，本文建立基于不同效益協(xié)調(diào)度的綜合評(píng)估模型，以遼西地區(qū)白石水庫(kù)為實(shí)例，探討其運(yùn)行效益綜合評(píng)估結(jié)果。研究成果對(duì)于水利工程運(yùn)行效益綜合評(píng)估方法具有參考價(jià)值。

1 評(píng)估模型的建立

1.1 評(píng)估指標(biāo)體系

在參考已有相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等效益層面選取12個(gè)指標(biāo)建立水利工程運(yùn)行績(jī)效綜合評(píng)估指標(biāo)體系，具體指標(biāo)見表1。

表1 水利工程運(yùn)行績(jī)效綜合評(píng)估指標(biāo)

1.2 評(píng)估等級(jí)劃分

參考相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合區(qū)域水利工程運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)其綜合評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)劃分結(jié)果見表2。

表2 水利工程效益綜合評(píng)估等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 評(píng)估指標(biāo)復(fù)合權(quán)重

本文結(jié)合層次分析和熵權(quán)分析方法建立復(fù)合權(quán)重計(jì)算方法，提高權(quán)重的準(zhǔn)確度。其中主觀權(quán)重通過邀請(qǐng)專家進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)打分，此外為考慮指標(biāo)之間的相對(duì)重要性，指標(biāo)判定矩陣Dnm采用1—9間的數(shù)字及其倒數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方程為：

(1)

式中，dij—指標(biāo)i和j的對(duì)比度。相對(duì)權(quán)重向量按照判定矩陣進(jìn)行歸一化計(jì)算后得到，特征向量最大值計(jì)算方程為：

(2)

在特征向量最大值計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)其主觀權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方程為：

(3)

(4)

(5)

式中，CR、CI—一致性比例和一致性指數(shù)；λmax—矩陣特征最大值；n—指標(biāo)個(gè)數(shù)；RI—隨機(jī)指數(shù)，具體值見表3。

表3 隨機(jī)指數(shù)RI

在確定主觀權(quán)重的基礎(chǔ)上，客觀權(quán)重采用熵值方法進(jìn)行計(jì)算，首先對(duì)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使得各指標(biāo)為無量綱值，分別對(duì)正、負(fù)2種指標(biāo)進(jìn)行歸一化計(jì)算，計(jì)算方程為：

(6)

(7)

式中，n—評(píng)估年份總數(shù)。則第j個(gè)指標(biāo)熵值ej計(jì)算方程為：

(8)

則其指標(biāo)j的差分系數(shù)fj計(jì)算方程為：

fj=1-ej

(9)

(10)

式中，m—指標(biāo)總個(gè)數(shù)。在計(jì)算主觀、客觀權(quán)重的基礎(chǔ)上引入非線性和拉格朗日函數(shù)對(duì)其復(fù)合權(quán)重進(jìn)行描述：

(11)

(12)

式中，H—目標(biāo)函數(shù)值；α、β—非線性參數(shù)，α、β≥0，本文取值α、β分別為0.4和0.6；γ—拉格朗日乘數(shù)，本文取值為0.05。則復(fù)核權(quán)重計(jì)算方程為：

(13)

式中，ωj—復(fù)合權(quán)重。

1.4 基于協(xié)同度的評(píng)估模型

基于協(xié)同度的評(píng)估模型綜合考慮了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)3個(gè)子效益之間的關(guān)聯(lián)度，通過計(jì)算不同子效益之間的有序度來對(duì)各子效益間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，有序度計(jì)算方程為：

(14)

(15)

(16)

式中，θ—轉(zhuǎn)換變量，其計(jì)算方程為：

(17)

則各效益之間的協(xié)同度M計(jì)算方程為：

M=LTn(1-Q)

(18)

式中，Q—有序度偏差系數(shù)，其計(jì)算方程為：

(19)

式中，L—Tn時(shí)間內(nèi)的有序度。其協(xié)調(diào)度的評(píng)價(jià)等級(jí)見表4。

表4 不同等級(jí)協(xié)調(diào)度對(duì)應(yīng)值

2 實(shí)例研究

2.1 水利工程概況

本文以遼西白石水庫(kù)為具體研究實(shí)例，白石水庫(kù)位于遼寧省朝陽市，為大凌河干流大型水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容和興利庫(kù)容分別為16.45億m3和8.7億m3，主要興利效益為供水，年供水量均值為4.75億m3。水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)型水庫(kù)，水庫(kù)調(diào)節(jié)水量多年均值為5.28億m3。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

結(jié)合白石水庫(kù)2012—2019年水庫(kù)供水運(yùn)行數(shù)據(jù)，朝陽市社會(huì)統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)及環(huán)保部門提供的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其不同年份各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值的均值見表5。

表5 各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的均值

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

結(jié)合層次分析和熵權(quán)分析方法建立復(fù)合權(quán)重計(jì)算方法，提高權(quán)重的準(zhǔn)確度。按照主觀權(quán)重通過邀請(qǐng)專家進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)打分，此外為考慮指標(biāo)之間的相對(duì)重要性，建立指標(biāo)判定矩陣，按照一致性檢驗(yàn)方法對(duì)判定矩陣最大向量特征值進(jìn)行檢驗(yàn)，再采用熵權(quán)方法在指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理基礎(chǔ)上進(jìn)行客觀權(quán)重的計(jì)算，然后按照方程(13)對(duì)其復(fù)合權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，指標(biāo)權(quán)重結(jié)果見表6。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

在進(jìn)行復(fù)合權(quán)重計(jì)算時(shí)，α、β權(quán)重分別為0.4、0.6，在進(jìn)行主觀和客觀權(quán)重確定后，結(jié)合方程(13)對(duì)其復(fù)合權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，從權(quán)重計(jì)算結(jié)果可看出，在經(jīng)濟(jì)子效益層面，工程運(yùn)行經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率權(quán)重最高，其次為工程運(yùn)行經(jīng)濟(jì)收益產(chǎn)生的GDP值。在社會(huì)子效益層面，人均可支配收入權(quán)重值最高，復(fù)合權(quán)重為0.0744，其次為直接和間接就業(yè)率權(quán)重，復(fù)合權(quán)重為0.0696，在生態(tài)子效益層面，水土流失率權(quán)重最高，復(fù)合權(quán)重為0.1506，其次為水土流失率，復(fù)合權(quán)重為0.0726，對(duì)于遼西地區(qū)而言，由于區(qū)域水土流失較大，因此其在生態(tài)效益層面權(quán)重最大。

2.4 綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

分別計(jì)算不同年份經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)子效益的有序度，結(jié)合綜合效益評(píng)估計(jì)算方程對(duì)不同年份白石水庫(kù)的運(yùn)行綜合效益進(jìn)行定量評(píng)估，并按照表2對(duì)其綜合效益評(píng)估等級(jí)進(jìn)行確定，結(jié)果見表7。

表7 不同年份白石水庫(kù)運(yùn)行綜合效益評(píng)估結(jié)果

從不同年份白石水庫(kù)運(yùn)行綜合效益評(píng)估結(jié)果可看出，由于白石水庫(kù)季節(jié)性供水以及運(yùn)行管理成本的不斷增加，加上區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速變化，使得白石水庫(kù)運(yùn)行社會(huì)效益有序度不斷增加，從生態(tài)效益有序度可看出，從2013年開始其生態(tài)效益有序度明顯增加，從0.365變化到0.723，而從2014年后生態(tài)效益有序度穩(wěn)定在0.72～0.85之間，這主要是因?yàn)榘资畮?kù)從2013年開始加大了對(duì)區(qū)域水土流失、生態(tài)系統(tǒng)治理投入力度，使得其生態(tài)效益有所改善。從經(jīng)濟(jì)子效益可看出，總體呈現(xiàn)遞減變化，這主要因?yàn)榻┠陙?，白石水?kù)供水效益受遼西輸水工程影響，供水效益有所降低，此外管理成本的上升，也使得白石水庫(kù)經(jīng)濟(jì)子效益有序度有所降低。從白石水庫(kù)運(yùn)行綜合評(píng)估等級(jí)可看出，2012—2013年由于社會(huì)和生態(tài)子效益有序度較低，使得其綜合評(píng)估等級(jí)為中，從2014年開始其綜合評(píng)估等級(jí)總體為良，具有較好的工程運(yùn)行綜合效益。

2.5 子效益間綜合協(xié)同度分析

結(jié)合子效益協(xié)同度分析方法，對(duì)各年份不同子效益的綜合協(xié)同度進(jìn)行測(cè)算，具體結(jié)果見表8。

表8 不同年份各子效益間的綜合協(xié)同度分析結(jié)果

從不同年份各子效益間的綜合協(xié)同度分析結(jié)果可看出，各年份間白石水庫(kù)工程運(yùn)行下其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)子效益之間的綜合協(xié)同度總體呈現(xiàn)上升變化，呈現(xiàn)從低度協(xié)同到中度協(xié)同的轉(zhuǎn)變，從2013年白石水庫(kù)加大了對(duì)區(qū)域生態(tài)流量調(diào)控，水土流失治理的力度，使得其生態(tài)效益值從2014年開始有所遞增，此外隨著供水管理成本遞增，其供水經(jīng)濟(jì)收益有所緊縮，一定程度延緩了其各效益間綜合協(xié)同度的遞增幅度。白石水庫(kù)工程運(yùn)行后，經(jīng)濟(jì)-社會(huì)各子效益逐步進(jìn)入改善，但由于前期社會(huì)-生態(tài)效益綜合協(xié)同度還較低，使得其總體綜合協(xié)同度不高。為提高社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)子效益之間的協(xié)同度，需要對(duì)主要影響因子進(jìn)行重點(diǎn)分析，調(diào)整其因子指標(biāo)值，加大水庫(kù)運(yùn)行下社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)之間的綜合協(xié)同度，使得水庫(kù)良性運(yùn)行。

3 結(jié)語

(1)主觀權(quán)重的判定矩陣一致性檢驗(yàn)值CR通過檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)建議可按小于0.2進(jìn)行設(shè)定，可提高主觀權(quán)重設(shè)置的合理性。

(2)白石水庫(kù)工程運(yùn)行下其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)子效益之間的綜合協(xié)同度總體呈現(xiàn)上升變化，呈現(xiàn)從低度協(xié)同到中度協(xié)同的轉(zhuǎn)變，可進(jìn)一步提高水庫(kù)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率，加大對(duì)庫(kù)區(qū)水土流失的治理力度，來總體提高水庫(kù)運(yùn)行下社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)之間的綜合協(xié)同度，充分發(fā)揮水庫(kù)綜合效益。

(3)本文在確定水利工程運(yùn)行綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí)主要參考國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，部分評(píng)價(jià)指標(biāo)還需進(jìn)一步豐富和完善，保證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的與時(shí)俱進(jìn)。