基于物元可拓模型的县域水安全评价实例分析

徐 伟，马兆龙，山成菊

(1.水利部河湖保护中心，北京 100038;2.浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018)

根据世界卫生组织和联合国儿童基金会2015年报告，世界仍有近7亿人的饮用水尚未达到安全标准，24亿人的生活卫生条件没有得到改善，而他们绝大部分居住在中低收入国家的乡村地区[1]。这些地区的特征与我国县域的概念基本相吻合。县域是我国基本的行政单元和具有地域特色功能完备的经济单元，是我国实现现代化尤其是水利现代化的基本载体[2-3]。县域在加速扩张城镇化、建设新农村的同时，又受资源、技术、财力、管理水平的限制，也面临着很多水安全挑战。水资源短缺、水灾害频发、水污染严重、干旱年份或突发水污染事件下供水保障应急能力不足等新老问题相互交织，已经严重威胁到县域的供水安全、粮食安全、生态安全以及县域居民的生命财产安全，制约着县域经济社会的可持续发展。目前，对水安全系统的研究主要集中在国家(地区)水安全[4]、流域水安全[5]和城市水安全[6]的评价，对县域水安全方面的研究涉及相对较少。由于水安全程度具有不确定性和模糊性，实际的水安全各表征指标值不一定都在同一安全等级的阈值范围内，就会产生如何对其进行水安全归类的不相容问题，而物元可拓模型[7-8]能够很好地解决这种不相容问题。以江苏省发达县域江阴市和欠发达县域泗洪县为例，在对县域水安全内涵充分理解的基础上，运用物元可拓模型，探求不同发展水平县域的水安全评价，可为进一步提升县域的水安全保障能力、推进县域绿色水利高质量发展提供技术支撑。

1 县域水安全内涵

县域经济社会具有发展速度快、提升潜力大的特点，但发展程度与其所占有资源、环境、基础设施承载力并不相称，当前还面临着严峻的水安全问题，且这些问题具有成因复杂、风险扩大、数据资料匮乏等特点[9-10]。因此，亟需构建科学合理的县域水安全评价模型，为县域经济社会发展创造稳定条件。近几年，随着县域水灾害、水环境、水生态等问题的日益突出，国家、省、市相继对县域水利发展提出了新的要求，如节水型社会建设(2002年)、生态清洁型小流域综合治理(2010年)、最严格水资源管理制度(2011年)、县域水利现代化规划(2011年)、水美乡村建设(2014年)、河湖长制(2016年)等。因此，县域水安全在传统水安全的基础上又具有如下特点：

1) 从县域水安全的自然属性出发，由于近年来气候变化的加剧和包括土地利用方式、土地覆盖方式、地下水超采、排污、采矿等在内的人类活动的影响，县域水系产汇流规律发生变化，导致县域的干旱洪涝特征发生改变，局部地区极端干旱洪涝灾害发生的频率增加，并且由过去的季节性向全年性、多年性发展。同时，县域原有的天然水体受到破坏，部分河湖生境出现萎缩与消亡，河湖连通性下降，加剧了水安全的紧张程度。

2) 从县域水安全的社会服务属性出发，由于过去粗犷的水资源开发利用与管理方式，包括县域水利设施投入偏低、县域水利工程管理队伍专业素质不硬、县域水利管理科学技术水平的相对落后以及管理制度的缺乏、不健全等，使部分县域存在水利工程毁损、设施老化严重、小水大灾问题日益突出的现象，甚至居民的日常生活供水不能得到完全保证，突发事件下县域的供水保障应急能力也急需提高。在新发展阶段，必须将县域水安全与县域水资源、水环境、水生态、水工程、水文化等融为一体，分析综合视角下县域水安全的内涵。

3) 从县域水安全的人文属性出发，不同县域在社会发展水平上差异显著，县域尤其是欠发达的县域作为以乡村为主体的行政单元，其居民的受教育水平、消费水平总体较发达县域偏低，居民的卫生意识、用水习惯等有待提高和改善，要确保县域居民不因发生与水安全有关的问题而使其现有的生活质量下降，提高居民对水安全的幸福指数[9]。

综上所述，县域水安全是指县域水资源的自然禀赋、社会服务功能以及县域居民的受教育程度、用水习惯等能够保障并维持县域的可持续发展，县域居民对水安全的幸福指数较高。

2 研究区域概况

江阴市(县级市)位于太湖平原北端，属北亚热带季风气候区，年平均降水量1 040.4 mm。2018年，江阴市地区生产总值3 806.2亿元，人均GDP达23万元，在全国县域经济基本竞争力评价中多年保持第一，属于经济发达县域。近年来，江阴市在水资源方面存在以下特点：1) 实行严格的水资源管理制度，把水资源管理作为水生态文明建设的核心，建立健全社会用水监控管理和监督考核制度，节水型社会建设取得了明显效果。2018年，江阴市万元工业增加值用水量10.2 m3，用水效率在国内处于较高水平。2) 2018年江阴市地表水水质总体为轻度污染，其中劣Ⅴ类水质断面6个，占17.1%，主要污染指标为氨氮、总磷，“水质型”缺水已经成为制约经济社会可持续发展的瓶颈。3) 江阴县域内部分农村老旧管网常年失修，无法保障饮水质量，跑冒滴漏严重，部分乡镇漏损超过20%，在技术设施节水方面有很大空间。

泗洪县位于淮河中游北岸，洪泽湖西岸，属中纬度暖温带气候区、南北气候过渡带。泗洪县年平均降水量为893.9 mm。2018年，泗洪县地区生产总值为478.95亿元，人均GDP达5.33万元，县域社会经济总体水平位于江苏省下游梯队，属于欠发达县域。目前，泗洪县主要存在以下水安全问题：1) 县域水利工程调蓄能力不足，水资源得不到充分利用。泗洪县多年平均地表水资源量为4.202亿 m3，多年平均过境入洪泽湖径流总量为323.11亿 m3。由于缺少必要的或高质量的拦蓄工程，泗洪县内现有各蓄水工程总库容和总兴利库容分别仅为4.86×107m3和2.52×107m3，无法对当地的地表水资源进行有效调蓄，大量的地表水资源无法得到利用[11]。2) 丰富的过境水资源量给县域经济社会发展带来潜在的不安全因素和不确定因素。泗洪县境内河流多为跨省、市县河道，常因上游污水排放而污染严重，持续时间长且不易控制。在突发流域性水污染事故,特殊和连续干旱等极端情况同时发生时，县域外来水的水质和水量得不到有效保障。

3 基于物元可拓模型的县域水安全评价

3.1 县域水安全评价指标体系

从县域水安全的内涵可以看出，影响县域水安全的因素很多。考虑江阴市和泗洪县同属滨湖河网地区的特点以及县域社会经济发展的需要，同时借鉴其他水安全评价中如水贫困指数体系，建立江苏省典型县域水安全评价体系(表1)，主要考虑了4个方面：1) 县域水安全体系由3个准则层构成，即自然属性、社会属性和人文属性。2) 县域水安全的自然属性主要包括县域的水资源与水生态环境方面的指标。一方面，应考虑县域地表水资源可利用量、地下水保护情况、饮用水水源地水质达标率；另一方面，还应基于水美乡村、生态清洁型小流域等要求，考虑县域水功能区水质达标率、水土流失治理率、河岸带植被覆盖度、县域水面率等。3) 县域水安全的社会属性指标主要考虑县域社会节水与水利管理等方面的指标，既考虑县域内生活、工业、农业等各部门的节水水平，又考虑到县域内水利投入、水利工程尤其是防洪、供水等基础设施工程、水利管理能力方面的社会服务属性指标。4) 县域水安全的人文属性主要包括县域内的人均GDP、家庭消费水平、居民受教育程度等指标。权重既是决策者的主观评价，又是水安全指标物理属性的客观反映，采用专家打分法对各水安全表征指标赋权。专家打分法的步骤如下：1) 在专家数据库中选择6个专家，要求专家对研究区的水安全状况非常熟悉；2) 每个专家根据各指标的相对重要程度进行赋权，要求各准则层的权重和为1，同一准则层下的各指标的权重和为1；3) 计算6个专家给出的各准则层以及各指标的平均权重，即表1中的各准则层以及各指标的最终权重。

表1 江苏省典型县域水安全评价指标体系

3.2 县域水安全评价标准

江苏省典型县域水安全评价标准主要参考了江苏省发达县域水利综合规划2030年规划值、县域水利现代化标准值以及水生态文明城市标准等(表2)。

表2 江苏省典型县域水安全评价标准与指标值

3.3 县域水安全综合安全度

在得到各指标的安全关联系数后(表2)，乘以各指标权重并求和，即可得自然属性、社会属性、人文属性的安全度。各准则层的安全度再乘以各自的权重并求和，即可得县域水安全综合安全度。

同理，将表1中的各指标各等级的阈值代入该评价模型，即可得到县域各水安全状态对应的综合安全度的范围。结果如下：评价结果为不安全、基本安全、安全和很安全等级的综合安全度阈值范围分别为0,(0,0.530),[0.530,1),1。

4 结果与分析

利用县域水安全评价模型对2018年江阴市和泗洪县水安全状态进行评价，获得江阴市与泗洪县2018年的综合安全度，分别为0.774和0.506，分别属于[0.530,1)和(0,0.530)，因此，江阴市与泗洪县水安全状态评价结果分别为安全状态和基本安全状态。

江阴市与泗洪县相比，水安全的综合安全度较高,主要原因在于:1) 江阴市在人文属性准则层得分较高，四项指标均达到Ⅳ级(很安全)；2) 江阴市在节水水平方面也较泗洪县得分较多，尤其表现在中水回用水平、节水灌溉面积比例、灌溉水利用系数、单位地区生产总值用水量、万元工业增加值用水量等相关指标上。

江阴市水安全状态评价结果为相对安全状态，但从具体指标来看水功能区水质达标率较低，为0.82，属于Ⅰ级(不安全)的范围中。可见，江阴市的不安全因素主要集中在水环境方面，江阴市在未来应着重根据县域的实际情况进一步加快县域水生态环境修复、河湖治理与水系连通等水生态示范工作。

泗洪县水安全状态评价结果为基本安全状态。影响水安全的主要指标为水功能区水质达标率、中水回用水平、农村卫生厕所普及率、单位地区生产总值用水量、万元工业增加值用水量、水利科技应用能力和信息技术应用水平等，均属于Ⅰ级(不安全)范围。可见，导致泗洪县水安全存在不安全因素的主要原因是社会经济发展相对落后与水资源用水效率低。泗洪县未来应以节水优先为前提，统筹安排县域社会经济发展等各项工作，以提升县域水安全保障水平。

综上所述，基于物元可拓模型的县域水安全评价结果基本反映了不同县域的共性问题，能解决不在同一等级范围内的水安全状况如何归类的矛盾问题。

5 结 论

从水安全的自然属性、社会属性和人文属性的角度综合分析了县域水安全的内涵，基于该内涵构建了江苏省典型县域水安全评价体系和基于物元分析的水安全评价模型，并将其应用于江苏省发达县域江阴市和欠发达县域泗洪县的水安全评价中。评价结果显示：江阴市和泗洪县2018年水安全状况分别为安全状态和基本安全状态，水功能区水质达标率低和社会用水效率低分别是影响两个县域水安全的主要因素，与实际相符。江阴市未来应注重县域的水环境治理工作，而泗洪县未来应以节水优先为前提，统筹安排县域的社会经济发展工作，以提升县域水安全保障水平。本研究成果可为提升县域水安全保障能力提供依据，也可为推进县域绿色水利高质量发展提供技术支撑。