（水文学及水资源专业论文）城市供水安全评价体系研究——以佛山市为例.pdf

摘要 论文题目：城市供水安全评价体系研究 以佛山市为例 专业名称：水文学及水资源 硕士研究生：张晓磊 指导教师：江涛副教授 摘要 随着人口的增加、社会经济及城市化的快速发展，城市面临越来越严重的供 水安全问题，主要表现为：供水量不足、水源污染日趋严重、供水管网问题、水 质标准偏低以及建设资金短缺等。近几年来，一些城市先后发生重大供水危机和 事故，引起国内外专家学者对城市供水安全的关注。佛山市当地水资源量比较缺 乏，人均水资源量也比较贫乏，部分地区供水能力不足，遇到稍大旱情，易出现 局部地区缺水，影响居民的正常生活和社会经济的发展，因此对佛山市城市供水 安全进行研究具有重要意义。 本文分析了城市供水安全研究的兴起和演进，对城市供水安全的概念与内 涵、评价体系与评价方法进行总结和剖析，结合国内外水安全、饮水安全和供水 安全的相关研究成果，根据指标体系建立的原则和指导思想，建立城市供水安全 评价体系。以佛山市为例，评价城市供水安全，同时对保障对策方案进行优选， 并针对优选结果提出保障城市供水安全的具体措施。主要研究成果如下： ( 1 ) 建立了城市供水安全的评价体系。本文借鉴水安全、饮水安全和供水 安全的相关研究成果，根据指标体系的指导思想、设计原则和城市供水安全的内 涵，构建城市供水安全的综合评价指标体系，该体系包括区域水资源条件、水源 地安全、管网安全、用水效率和管理安全五个准则层，共2 1 个具体指标。结合 已有研究成果和社会经济发展的实际情况，确定了城市供水安全的分级标准，把 城市供水安全分为非常安全、安全、不安全、极不安全五个级别。 ( 2 ) 建立了城市供水安全的模糊综合评价模型，采用层次分析法确定各指 标的权重，对佛山市的城市供水安全进行综合评价。评价结果表明：佛山市2 0 0 7 年城市供水安全隶属于非常安全的程度最大，为o 5 4 0 l ，因此佛山市的城市供水 摘要 安全处于“非常安全 状态。 ( 3 ) 提出佛山市城市供水安全的保障对策方案，并构建城市供水安全的多 层次多目标模糊优选模型，对方案进行模糊优选，结果表明加强节水是提高佛山 市城市供水安全水平的最有效措施。最后根据评价和优选结果提出相应的供水安 全保障对策措施。 关键词：城市供水安全评价体系；层次分析法；模糊综合评价；保障对策方案优 选 a b s t r a ( j r t i t l e ：r e s e a r c ho nt h ee v a l u a t i o ns y s t e ma n d a p p l i c a t i o no fu r b a w a t e rs u p p l ys e c u r i 毋 _ ，i h k ef o s h a na sa ne x a m p l e m a j o r ：h y d r o l o g y 柚dw a t e rr c s 伽 n 锄e ： z h a n gx i a o l e i s u l ，e r v i s o r ：j i a n gt h 0a s l c i a t ep r o f e s r a bs t r a c t w i 吐lm ep o p u l a t i o n g r o w l ， s o c i a l e c o r l o m yd e v e l o p m e n t 缸l dm er a p i d d e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o i l c i t i 嚣a r ef a c i r 培i n c r e 懿i n 西yw a t e rs u p p l ys e c u r i t ) r p r o b l e m s ，m a i l l l y 勰f o l l o w s ：t 1 1 es c 删t ) ro f w a t e rq 眦1 t i 劬m ed e t e r i o r a t i o no fw a t e r q u a l i t y ，吐l e1 e a l 【a g eo fw a t e rs u p p l yn e t v v o f i 【s ，l el o ww a t 盯q u a l 埘s t a n d a r d s ，t l l e s h o r t a g eo fc o i l s 衄l c t i o nf i l i l d s 觚ds oo n t h es e r i o u s _ b 锄w a t e rs u p p l yp r o b l 锄s c a t c h l ea 仕训o no fe x p e r t sa th o m ea i l da b r o 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l l o w s ： ( 1 ) i n d i c a t o rs y s t e i i lo fu 小a i lw a t e rs u p p l ys e c u r i 锣i se s t a b l i s h e d b 弱e do nm e c o r r e l a t i v er e s e a r c ho fw a t e rs e 吼l r i t y “n l 【i n gw a t e rs e c u r i 够锄dw a t e rs u p p l y s e c u f i 饥廿l eg u i d i n gi d e 0 1 0 9 y 趾di n s t a l l m e n t 埘n c i p l e so fi n d i c a t o rs y s t e ma i l dt h e c o n c e p to fu r b 趾w a t e r 鲫p p l ys e c u r i 呗m ei n d i c a t o rs y s t e mo fu r b a nw a t e rs u p p l y s e c u r i t ) ，i s 锱t a b l i s h e d i ti i l c l u d 懿m ec o n d i t i o no fr e 酉o n a lw a t c rr e s o u r c e s ，w 栅 s o u r c ea r e as c c 耐坝n e 铆o r ks e c 证饥a l l o c a t i o ne 历c i e n c y ，m 觚a g 锄e n t c 嘶t y5 c r i 矧o nl a y e r s 锄d18 j a b l el a y e r s 耽es t 挑o fu r b 觚w a t e rs e c u r i t yi sd i v i d e d i i l t 06 v e 窖，a d e s c o r d i n gt 0c u l l r e n tr 懿e a r c l la c l l i e v e i l l e n t 砒l dm es t a t u so f s o c i o e c 0 n o m i cd e v e l o p m e n t t h ef i v eg ，a d e sa r ev i e 巧s e c u d 劬s e c u n 嗷b a s i c s e c u r i 劬i 1 1 s e c i l r i 劬v e 拶i n s e c 嘶够 i i i a b s t r a c t ( 2 ) t h e 矗您z yc o n l p r e h e i l s i v ee v a l u a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e d ，t 1 1 ea | l a l 妒c 1 1 i e r a r c h yp r o c e s si su s e dt od e t e n l l i n et 1 1 ew e i 曲to fi n d e x e s ，m es t a t eo fu r b a nw a t e r 跚p p l ys e 砚l r i t yi se v a l u a t e da n dt h er e 刚l ts h o w s l a t ：m es t a t co ff o s h 肌u r b a i lw a t e r s u p p l ys e c u r i t yi sv e r ys e c u r i 够 ( 3 ) t h ew a t e rs u p p l ys e 吼l r i 哆c o u n t e m e a s u l ep r o j e c t sa r ep r o p o s e d ，a n d l e m u l t i l e v e l 锄dm u l t i - o b j e c t i v e 如z 巧o p t i n l i z a t i o nm o d e la r ee s t a b l i s h e dt 0c h o o s em e b e s tc o u r l t e r m e a s u r e ，t h er e 跚l ts h o w st h a t ：w a t e r - s a 访n gi st h eb e s tc o u n t e n l l e a s u r et 0 i m p r o v em es t a t e o fu 1 b 锄w a t e r s u p p l ys e c m i t y i nf o s h a n t h ep a r t i c u l a r c o u n t e n n e a s u r e sa r ep r o p o s e db 嬲e do nb o mc o m p r e h e n s i v cc v a l u a t i o na n dt l l e o p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ： u r b 姐w a t e rs u p p l y s e c u r i t y e v a l u a t i o n s y s t e m ；a h p ；f u z z ) r c o m p i e h e l l s i v ee v a l u a t i o nm o d e l ；o p t i i i l i z a t i o no fs e c 嘶t yp r o j e c t s i v 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：驾钦吼磊 日期：o 伊7 年多月? 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论一 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：私j 纯磊导师签名：f 以吻 日期：2 叩年易月罗日日期：渺7 1 年6 月弓日 第一章引言 第一章引言 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究的背景 目前，全世界城市化水平以每年1 以上的速度递增，且发展中国家逐渐成 为增长重点。预计到2 0 2 5 年，将有三分之二的世界人口生活在不同规模的城市 中【l 】，因此，城市供水安全问题日益受到各方面的重视。2 0 0 0 年8 月，在瑞典斯 德哥尔摩召开的第十次世界水论坛以“2 1 世纪水安全 为主题【2 1 ，表明了世界范 围内对水安全的关注。 当前世界水资源面临空前危机。2 0 世纪内地球人口增加了2 倍，人类用水 增加了5 倍，对人类和环境产生了巨大影响。全世界有1 3 亿人口得不到安全的 饮用水，每年超过5 0 0 万人死于不洁水导致的疾病【3 1 。而我国是世界上最贫水的 1 3 个国家之一【4 】，并且由于降水的时空分布不均，全国许多地区水资源匮乏。在 我国6 6 8 个建制市中，缺水城市达4 0 0 多个，其中严重缺水的城市有1 3 0 多个【5 】。 目前我国城市供水主要存在供水量不足、水源污染日趋严重、供水管网问题、水 质标准偏低以及建设资金短缺等问题【6 1 。由国务院发布的国务院关于落实科学 发展观加强环境保护的决定指出要切实解决七大突出环境问题，其中饮水安全 排在第一位。 随着社会经济的快速发展，我国城市化快速增长的势头在今后相当长一段时 期内仍将持续【7 1 ，在我国许多地区，水资源条件已成为城市发展规模和功能布局 的决定性因素【钔。同时，高密度的人类活动使得城市供水安全面临的不确定因素 增多，供水安全突发事件频发，例如2 0 0 5 年1 1 月1 3 日松花江重大水环境污染 事件、2 0 0 5 年1 2 月1 5 日广东北江镉污染事件以及2 0 0 6 年2 月1 9 日牡丹江市 水源污染事件【9 1 ，这些重大供水危机和事故造成城市大面积停水，致使整个城市 陷入了前所未有的水危机和水恐慌当中，引起国内外专家学者的关注。 目前佛山市当地水资源量比较缺乏，对过境水依赖程度较高，且水资源时空 分布不均，缺乏骨干自来水工程，供水能力不足，遇到稍大旱情，易出现局部地 第一章引言 区缺水。随着佛山市社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各方面的 需水量将会不断增加，供水安全的形势将更加严峻，如不采取相应的措施将会阻 碍城市的发展，甚至影响社会的稳定。 1 1 2 研究的意义 城市是一个区域内的政治、经济、物流、文化和信息中心，在社会经济生产、 生活中发挥着重要的作用【5 】。水是生命之源，是社会经济可持续发展的重要基础， 对于城市也是非常重要的。城市供水系统是非常重要的基础设施，满足城市社会 经济发展对水资源的需求并保证作为城市供水设施重要组成部分的水源地、输水 管线、制水厂、泵站，配水管网及二次供水等设施的安全、正常、有效运行，直 接关系到人民生活和工业生产活动，甚至关系到国家的形象问题。 目前，对城市供水安全评价体系的研究尚处于起步阶段，定性的概念、内涵 及对策探讨较多，定量的研究与分析较少。探讨城市供水安全综合评价的基本理 论，构建城市供水安全综合评价的指标体系，选用适宜的综合评价方法对城市水 安全进行综合评价，对于保障城市供水安全，促进城市水资源的可持续开发与利 用，推动社会经济的可持续发展具有重要的理论意义与实践价值。 1 2 城市供水安全研究概述 1 2 1 城市供水安全的相关研究 城市供水安全研究属于水安全研究的一个具体方面。水资源安全通常指水资 源( 量与质) 供需矛盾产生的对社会经济发展、人类生存环境的危害问题。供水 安全是考虑水资源安全所产生的供需矛盾的具体表现【1 0 1 。 水安全研究始于2 0 世纪7 0 年代，随着人类对水危机的认识不断加深，水安 全研究引起了国内外专家学者、各国政府和国际组织的广泛关注【1 1 1 。近3 0 年来， 众多国际组织和科研机构加强了对水安全问题产生机理的研究，如f 对e n d ( f l o wr e 百m 嚣台o me x p e r i m e n t a la n dn e 哪o r kd a t e ) 行动计划【1 2 】。第一个行动 计划由英国的水文研究学会( i n s t i t u t eo f h y d r o l o g ) ， u k 】) 倡导，并为1 9 8 5 1 9 8 8 年的国际水文计划方案( u n e s c oi n t 锄撕o n a lh y d r 0 1 0 酉c a lp r o 铲a m m e - ) 作了部分工作。研究内容较系统地体现了洪涝灾害、干旱缺水等水安全问题产生 第一章引言 的内在机理。t o s l l i h a m k q j i r i 在日本水文学与水资源研究进展【1 3 】中用混合优 化法与模糊评价和遗传算法优化相结合的“健全的河流流域 ，将生态环境纳入 水安全的研究范畴。成立于1 9 8 8 年的水文水资源学会( j s h w r ) 【1 4 】的研究说明 水安全是涉及众多学科领域的复杂系统，是多因素的综合。2 0 0 0 年3 月，联合 国的“世界水发展报告( m r ) 中的核心计划主题【1 5 】将水置于生物圈和水文 循环中研究，将生态问题纳入水研究范畴，扩展了水安全研究的视野。1 9 9 9 年 开始实施的美国全球变化科学计划( u s g c r p ) 中的全球水循环计划( g w c p ) 指出了人对水安全问题产生的影响及其人与水安全的相互关系1 6 1 7 1 。全球水系 统计划( g w s p ) 综合研究了水安全要素的变化与发展趋势，特别是水与社会、 经济、生态之间关系变化所带来的对水安全的影响以及人类活动对水安全的影 响，为分析水安全系统结构及其功能奠定了基础【嵋】。 1 2 2 城市供水安全的内涵 传统的安全问题指的是国家间的军事安全，但随着时代的进步，生态环境破 坏的日益严重，自然资源的减少和社会经济的不断发展，安全问题也就扩展到了 各个方面。从1 9 8 6 年切尔诺贝利核电站核泄漏事故后，“生态安全一词被引入 我们的生活，随后经济压力、资源短缺、人口增长和环境退化等也都提出了安全 的概念【1 0 1 。从可持续发展的角度来看，联合国环境与发展委员会在我们的共同 未来报告中强调安全问题也是环境可持续性的一个重要组成部分。 1 9 9 8 年洪阳在中国2 1 世纪的水安全问题一文中提出，由于人类活动的 影响，改变了水文循环平衡，降低了水质，从而引发水安全问题，认为水安全是 由于人类活动的不当影响造成的，着力点在水质和水量上【1 9 】。进入2 1 世纪后， 关于水安全的研究上了一个台阶，真正开始把水安全作为一个整体来认识。2 0 0 0 年3 月通过的“2 1 世纪水安全海牙部长级宣言指出【2 】：“水资源安全即以可以 承受的价格提供安全的供水，这里所说的水安全就可以狭义的定义为供水安全， 它的实质就是水资源供给能否满足合理的水资源需求；“世界水展望( 2 0 0 0 年) 在为了全球水安全：行动框架中提水安全的定义是以满足人类生存的需要作 为水安全的主要内容，这已经是供水安全的范畴了。从2 0 0 1 年3 月安南在世界 水日的献词【2 0 】“水安全一人类的基本需要和权利 到波恩国际淡水会议( 2 0 0 1 ) 提 出水安全要和可持续发展结合起来【2 l 】；2 0 0 2 年宋国涛【2 2 】等在中国国际环境问 第一章引言 题报告中提出水安全是指一国实际占有的水资源，能够保障该国经济当前的需 要和可持续发展的需要：2 0 0 4 年阮本清等首都圈水资源安全保障体系建设 中提出【2 3 1 ，水安全是一种社会状态，要与社会、经济、生态结合起来考虑，把水 安全作为可持续发展的重要内涵。 供水安全是考虑水资源安全所产生的供需矛盾的具体表现，故供水安全是水 安全的一方面。随着水安全及城市供水安全研究的增多，城市供水安全的概念也 逐渐完善。张俊艳等【2 4 】认为：供水安全是指供水系统能够满足社会经济发展对水 资源的需求，并保证作为供水设施重要组成部分的水源地、输水管线、制水厂、 配水管网及二次供水等设施的安全、正常、有效运行；施春红掣2 5 】提出城市供水 在满足用水户对水量和水质要求的基础上还要满足对供水水压的要求；万众华【2 6 】 提出供水安全包含自然属性和社会属性两方面的含义，提出供水系统遭受突发事 故的威胁时，应具有良好的预防、保护、应急和恢复功能；谭萍等【2 7 】在考虑供水 水质、水量、应急措施等影响供水安全因素的基础上，提出供水安全还应考虑水 质监测手段和系统的快捷性和先进性。 本文认为城市供水安全不但要求有优质充足的供水水源，健全可靠的净水处 理设施，安全稳定的供水管网，而且还要求有可靠、先进、快捷的水质监测技术 手段和系统、灵活、快速的事故应急处理机制，这些共同构成了城市供水安全保 障的内涵。城市供水安全体系即由供水水源改善、水厂净水工艺改进、输配水管 网完善、水环境保护等共同构成的对供水水量和水质的安全控制与保证口丌。 1 2 3 城市供水安全的评价体系 目前，对供水安全的研究多集中于概念与内涵的讨论，也有一些学者开始尝 试供水安全问题的定量度量。联合国有关组织对世界水资源状况进行评价时，主 要采用以下几种指标【2 8 】： ( 1 ) 瑞典水文学家m a l i nf a l l 嗽珊诎提出的“水紧缺指标 【2 9 1 ，该指标主 要用人均可更新水资源量( m 3 年) 来表示区域水资源的余缺程度。当人均可更 新水资源量高于3 0 0 0m 3 年时为丰水；2 0 0 0 3 0 0 0m 3 年为轻度缺水；l o o o 2 0 0 0 1 7 0 0m 3 年为中度缺水；5 0 0 1 0 0 0i n 3 年为重度缺水；低于5 0 0m 3 年为极 度缺水。该指标简明易用，只要是进行过水资源评价和有人口统计资料的地区， 都可以获得人均水资源量数据，且按用水主体人口来平均水资源符合公平合理的 第一章引言 原则。但应用这- 指标时应当注意一些限制条件，否则容易产生歧异【3 们。 ( 2 ) 以水资源开发利用程度作为用水紧张的指标。水资源开发利用程度定 义为年取用的淡水资源量占可获得的( 可更新) 淡水资源总量的百分率。指标的 阈值或标准是根据经验确定：当水资源开发利用程度小于1 0 时为低水资源压 力；当水资源开发利用程度大于1 0 、小于2 0 时为中低水资源压力；当水资 源开发利用程度大于2 0 、小于4 0 时为中高水资源压力；当水资源开发利用 程度大于4 0 时为高水资源压力。水资源开发利用程度作为衡量水资源稀缺程度 的指标，比人均水资源量指标优越的地方是隐含考虑了生态用水，认为人类对水 资源开发利用程度越高，水系统及相关自然生态受到的压力就越大。 ( 3 ) 英国生态与水文中心( c e n t e rf o re c 0 l o 蹦a n dh y d r o l o e h ) 提出 一种新的水管理评价技术一水贫困指数( w 乱e r p o v e r t yi n d c x 叫开i ) 。该指数 为水行业的发展提供一个标准化的评价框架，可以弄清怎样进行水的管理才能满 足需要【3 。该指数适用于不同的尺度，而且对于一个地区或国家，构成指数的每 个指标的数据均较易获取。、p i ( r e s o u r c e _ r ) 、( a c c e s 旷_ a ) 、利用( u s e u ) 、能 力( c a p a d t y _ c ) 和环境( e n 们r o n m 即卜e ) 5 个分指数组成，w p i 及5 个分指数的取 值范围为0 1 0 0 ，指数取值越大表示状况越好【3 l 】。 上述水安全评价指标简单易行，但过于粗略，特别是前两个指标只关注水资 源数量方面的特性，而对于水质、水环境以及由此产生的社会、经济、生态等安 全问题没有给予充分的关注。 国内学者也对水安全综合评价指标的构建进行了初步探讨，如贾绍凤等【3 0 】 在分析水资源安全的含义和水资源压力指数的基础上建立了水资源安全评价指 标体系；韩宇平等【3 2 1 提出了一个由7 个二级指标、1 7 个三级指标、1 0 6 个四级指标 构成的水安全综合评价指标体系，较全面地涵盖了区域水安全的内涵。但该指标 体系过于庞大，指标之间的独立性较难保证；王顺久等f 3 3 】从水安全内涵分析出发， 建立了包括水供需矛盾、生态环境、粮食安全、饮用水安全、控制灾害、赋予水 价值和水资源管理等内容的水安全评价指标体系；王远坤等【3 4 】构建了由单一目标 层、5 个准则层和1 9 个具体指标组成的水安全评价体系，并制定了各指标的评价 分级标准；史正涛等【8 慵城市水安全这一复杂巨系统分为支持子系统、协调子系 统、发展子系统，通过构建7 个状态层和1 6 个具体指标，建立了城市水安全评价 指标体系。施春红等【l l 】从城市供水的生产、输送、使用、效率和节约几个方面对 第一章引言 影响城市供水安全的因素进行分析和指标选择，建立了城市供水安全综合评价指 标体系。 属于供水安全研究的一个具体方面的城市供水安全的评价指标体系的研究 尚处于初始阶段，目前还没有较为公认的城市供水安全综合评价指标体系，在深 入探讨城市供水安全的概念与内涵的基础上，构建城市供水安全综合评价指标体 系及确定分级标准是城市供水安全评价体系研究中基础性的研究工作。 1 2 4 城市供水安全的评价方法 目前，供水安全和水安全评价都是在指标体系及其评价标准的基础上利用数 学方法对其进行量化分级，来确定供水安全或水安全的级别。由于城市供水安全 系统的复杂性、各指标的不确定性和模糊性，一般采用综合评价法，特别是模糊 综合评价法。另外还有投影寻踪方法、系统动力学方法、集对分析法、p s r 模型 ( p r e s s l h c s t a t e r e s p o n s em o d e l ) 等。 ( 1 ) 模糊综合评价法 模糊综合评价法就是应用模糊数学知识对受多种因素制约的事物和现象做 出整体评价的方法。其实质就是对主观产生的“离散 过程进行综合处理，首先 将评价对象的各项参数指标建立待评因素集，然后建立评价集和评价矩阵，对各 待评因素赋予不同的权重，进行综合评价。包括灰色聚类法、灰色关联法、模糊 综合评判法。此法难点之一是如何合理的确定评价指标的权重。目前国内外学者 提出了多种多指标权重确定方法，归纳起来大致有两类：一类是主观赋权法，如 德尔菲( d e l p l l i ) 法、层次分析法等；另一类是客观赋权法，如多元统计法里的 主成分分析法、因子分析法、多维标度法、熵值法等。 目前该评价方法在水安全评价中使用较为广泛：韩宇平等【3 5 】将多层次多目标 模糊优选模型应用于水安全评价，对部分地区的水安全状况进行横向对比：金菊 良掣3 6 】提出了用加速遗传算法检验和修正判断矩阵的一致性和计算判断矩阵各 要素的权重的模糊综合评价模型( a h p f c e ) ；文俊等【3 7 1 用基于加速遗传算法的 模糊层次分析法确定这些权重，根据最小相对信息熵原理把主观权重和客观权重 综合为组合权重，根据饮水安全管理的全面、协调要求建立了基于乘法合成法的 组合权重模型( c w m r e ) ：文俊等用基于遗传算法的模糊层次分析法计算， 根据最小相对信息熵原理把属性权重和等级权重综合为组合权重，建立了相对熵 第一章引言 变权重模型( d 、e r e c w ) ；陈鸿起等【3 9 】提出了基于欧氏贴近度的水安全综合 评价模型，该模型采用反映评价指标特征值之间的差异性作为评价指标的权重， 减少了权重确定的主观性：黄乾等m 】提出了基于熵权的水安全模糊物元模型，该 模型能计算各评价样本与评价标准之间的远近程度关系，可以同时评价多个样 本，评价结果客观合理，具有较好的实用性；王远坤等【蚓用层次分析法确定各指 标的权重，用模糊数学模型进行水安全综合评价，结果与实际相符，说明该方法 在区域水安全评价中具有一定的可行性。 ( 2 ) 投影寻踪方法 该方法是根据样本资料自身的特性进行聚类和评价，无需预先给定评价因素 的权重，避免了模糊综合评价等方法专家赋权的人为干扰；同时具有直观和可操 作性强的优点，为涉及多个因素的供水安全评价提供了一条新途径。投影寻踪方 法虽然在一定程度上能解决多指标样本分类等非线性问题，但由于采用的样本过 少，所建立的数学模型不够准确，容易产生模型误差；并且对于多元数据，这种 复杂的拓扑结构一般也很难找到最优的投影方向。 王顺久等【3 3 】建立了水安全综合评价的投影寻踪模型，将多因素评价问题成功 的转化为单因素评价问题，实现水安全的综合评价，为水安全综合评价提供了一 条新途径。 ( 3 ) 系统动力学方法 系统动力学方法是美国麻省理工学院j w f o n e s t e r 教授于2 0 世纪6 0 年代初 创立的，是系统、分析、综合与推理集成的方法。它被应用于全球性的人口、粮 食、资本、不可再生资源和环境污染五大未来问题的研究，并且得出了增长的极 限结论。加拿大学者s i i i l o n o v i c 【4 1 4 2 j 运用系统动力学的方法建立了全球水模型。 全球水模型的结构包括人口、农业( 粮食生产、土壤肥力、土地开发与流失) 、 不可再生资源、经济( 工业产值、服务产值与劳动就业) ，持久性污染、水量与 水质7 个部分。基于此模型，s i l i l o n o v i c 等对世界水资源情势进行了宏观评价，并 于2 0 0 3 年进行了延伸性研究，将全球水模型转换为区域水模型加拿大区域水 模型，考虑水对人类活动环境变化、生态整体性以及社会经济因素之间不同的具 体反馈信息，研究提出水资源可持续开发利用的初步构想。 高彦春等【4 3 】以汉中盆地为例，基于对区域水资源的系统分析，建立了系统动 力学的模型，通过拟定不同的开发方案，利用多目标优化模型对各种开发方案进 第一章引言 行优选；张巧显等【删运用系统分析的理论与方法，建立了基于系统动力学的我国 水安全动态模型，通过对常规发展、技术革新、体制改革以水资源可持续利用等 四种情景进行模拟，分析了我国保证水安全的措施。陈绍金【3 】用系统动力学法进 行水安全预警研究，为水安全系统研究提供了一种支撑。 系统动力学的研究方法强调结构的描述，能够处理具有非线性和时变现象的 系统问题，并能够对其进行长期、动态、战略性的定量仿真分析与研究，并且分 析速度快、模型构造简单。但系统动力学作为一种系统模拟方法，在系统建模和 边界条件的设定等方面，具有较强的主观性，往往会随研究人员的不同而有所不 同【2 8 】。 ( 4 ) 集对分析法 2 0 世纪8 0 年代末，赵克勤提出了一种新的不确定性理论集对理论( s e t p a i r a n a l y s i s ，s p a ) ，其核心思想是将被研究客观事物的确定性与不确定性视作 一个确定不确定系统，认为确定性与不确定性在其中互相转化、影响和制约，并 用联系度u 来统一描述各种不确定性，从而把对不确定性的辩证认识转换成具体 的数学工具。该方法避免了权重的计算问题，并且充分利用研究问题中所包含的 信息，将对研究问题的辩证认识与系统性定量描述有机结合起来，便于进一步分 析h 5 1 。卢敏等h 习用集对分析进行水安全评价，评价结果表明该分析方法简单实 用，可用于区域水安全的分析评价。 ( 5 ) p s r 模型( p r e s s u r e s t a t e - r e s p o i l s em o d e l ) p s r 结构模型是评估资源利用和持续发展的模式之一。其中压力指标用以表 征造成发展不可持续的人类活动和消费模式或经济系统，状态指标用以表征可持 续发展过程中的系统状态，反应指标用以表征人类为促进可持续发展进程所采取 的对策。建立一套完整的p s r 模型是一个复杂的工程，原因之一在于可选取的指 标众多，指标之间既存在关联和重叠，也有不小的差异，具有一定的独立性，指 标的单位也有诸多差异，不便统一。张戈丽等【蛔将改进的p s r 模型应用到区域水 安全评价中，取得了较好效果。 以上方法在实际的应用中，有时只用一种方法，有时会几种方法联合使用。 例如金菊良等【4 刀建立了流域水安全评价指标体系和评价标准，用基于加速遗传算 法的模糊层次分析法筛选指标、确定各指标和子系统的权重，用集对分析方法建 立了基于联系数的流域水安全评价模型( c n 枷) ； 第一章引言 此外，还有一些关于城市供水安全问题及对策方面的研究：秦秋莉等【6 】、施 春红等【2 5 1 、卢兆曾等【4 扪、姜立晖等【4 明指出我国城市供水安全中存在的问题，并 提出了相应的对策措施：万众华【2 6 】、邵益生等例提出加强水质监测的一系列措 施，来保障城市供水安全；王郑等【5 1 】分析了目前国内城市供水安全应急保障体系 中存在的问题，通过研究国内外供水应急保障体系的发展现状，对适应我国现阶 段国情的城市供水安全应急保障体系进行了探讨；汤卫文【5 2 】从水源现状评价、保 障水源安全、保证水质等方面分析水源规划的编制，并简要提出管网规划的几点 原则；潘桂芬等【5 3 1 评价和分析城市饮用水水源地的安全状况和存在的不安全问 题、成因及分布，提出城市饮用水水源地安全状况评价成果，为水源地的保护和 治理措施提供依据。 以上关于城市供水方面的研究成果为进一步深入研究提供了基础，今后要在 进行城市供水安全定性研究的同时，加强对城市供水安全的量化研究，研究评价 指标体系及其指标权重的确定方法、制定城市供水安全状态的统一量化级别，使 得各个城市的供水安全在统一的基础上进行评价。 1 3 本文的研究内容和方法 1 3 1 本文的研究内容 本文对城市供水安全的概念与内涵进行总结和剖析，结合国内外水安全、饮 水安全和供水安全的相关研究成果，建立城市供水安全评价体系，以佛山市为例， 评价城市供水安全，同时对城市供水安全的保障对策提出相关建议。 ( 1 ) 研究城市供水安全的基本理论。对城市供水安全相关研究进行概述， 分析城市供水安全概念的兴起和演进，对城市供水安全的概念和内涵以及评价指 标体系和评价方法进行总结整理。 ( 2 ) 建立城市供水安全的评价指标体系。本文借鉴水安全、饮水安全和供 水安全的相关研究成果，根据指标体系的指导思想、设计原则和城市供水安全的 内涵，构建城市供水安全的综合评价指标体系。 ( 3 ) 选取较为科学的评价方法进行供水安全评价。给出相应的评价结果， 确定所处的安全状态。 ( 4 ) 提出加强城市供水安全的对策措施。在城市供水安全综合评价的基础 第一章引言 上，分析评价结果，并结合佛山市供水现状中存在的问题，提出相应的供水安全 保障对策。并构建多层次多目标模糊优选模型，对保障对策方案进行优选。 1 3 2 本文的研究方法 本文采用层次分析法确定各个指标的权重，在指标选取和赋权计算构造判断 矩阵时采用专家咨询法。由于城市供水安全系统的复杂性和不确定性，本文选取 多级模糊综合评价法对子系统和整个系统的安全性进行评价。最后通过多层次多 目标模糊优选模型来进行对策方案的优选。本文的结构、内容与技术路线见图 1 - l 。 第一章引言 图1 1 本文的结构、内容与技术路线 第二章城市供水安全评价指标体系与标准的建立和评价方法 第二章城市供水安全评价体系的建立和评价方法 2 1 评价指标体系的指导思想与设计原则 2 1 1 指导思想 城市是人类活动最频繁和复杂的特殊区域，城市供水安全是一个涉及自然系 统和社会经济系统各个方面的复杂巨系统，也是一个随自然历史和社会历史发展 而发展的动态过程【8 1 。因此，城市供水安全评价指标体系的总体思路是从城市水 资源特征出发，从水源地、供水管网、配置和管理等方面来考虑供水安全。借鉴 国内外相关成果，建立能全面反映城市供水安全且具有实际操作意义的指标体 系，为城市供水安全研究打下基础，以科学地指导城市供水安全规划与管理【8 】。 城市供水安全评价指标体系研究的核心是对城市供水安全的影响因素进行筛选、 分类，以便客观地描述同类因子内部或非同类因子之间的耦合关系【8 】。根据城市 供水安全的内涵和系统特征，评价指标应反映城市供水工程与社会、生产、生活 之间的相互关系与协调状况，从众多的影响因子中筛选出具有一定综合性和代表 性的指标，按其特征进行层次组合，构建较为客观科学、操作性较强的城市水安 全评价指标体系。 2 1 2 设计原则 a “锄ea ( 1 9 9 3 ) 指出指标相应的英文是i i l d i c a t o r ，意指：指出、意味、表 明、确定、估计等。指标是标准的某一方面的度量( 测量) ，可以测量或描述的 定量或定性变化，并可定期地观测变化的趋势( 蒋有绪，1 9 9 7 ) 。任何指标都是 从数量方面说明一定社会总体现象的某种属性和特征，它的“语言 是数字【5 4 1 。 由于城市供水安全系统的复杂性，对其进行评价时单靠一个或几个指标往往难以 科学测度其系统安全方面存在的问题，因此需要建立综合评价指标体系。参考国 内外学者就指标问题提出的原则【3 一3 4 1 ，评价指标体系需要遵循以下几个原则： ( 1 ) 全面性与代表性原则 指标体系应符合城市供水安全的目标，要具有足够的涵盖面，具有代表性和 第二章城市供水安全评价指标体系与标准的建立和评价方法 尽可能大的集成度，而且指标往往是经过加工处理后的，通常以人均、百分比、 效益等表示，使其反映的问题更深刻、更具有实际意义。 ( 2 ) 定性与定量相结合原则 指标体系应尽量选择可量化指标，对于难以直接量化的重要指标，可在充分 理解其对城市供水安全的意义与相关成果借鉴的基础上，结合社会调查结果，加 以量化。所用数据要可靠、灵敏度强，所选指标测定方法要标准，统计方法要规 范。 ( 3 ) 动态性与静态性相结合原则 城市供水安全系统是一个动态的系统。城市供水安全不只局限于过去、现状， 也要着眼于未来，关注系统在未来时间和空间上的发展潜力和趋势。即指标体系 既要反映系统的发展现状，又要反映系统的发展过程与趋势。 ( 4 ) 可比性原则 指标体系应符合空间上和时间上的可比性，尽可能采用标准的名称、概念、 计算方法，尽可能采用各地域和各时间段共有的、可比性较强的指标，同时还应 明确各指标的涵义、分析口径和范围，确保可比性。另外，所分析得到的指标应 清晰易懂，能被专业人士和相关政府官员所理解和接受。 ( 5 ) 层次性原则 由于评判对象是一个复杂的巨系统，可以把它分解为若干子系统进行进一步 分析与分解。城市水安全指标体系通常由多个层次构成，层次越高，指标越综合； 层次越低，指标越具体。 ( 6 ) 科学性与可操作性原则 指标体系既要按照科学理论，特别是城市供水安全的理论、概念、内涵、机 理来进行设计，也要充分考虑资料数据的来源及获取的现实可能性，尽量选取数 据可得、成本低、概念明确、计算方法简单的指标。 帐埝蜷靼$皋斜懈*毯悟髯 _ z 匝 瘿钕$敷冥悄艘墨磐蜷岬幡蜂蜷靼$妊剞懈长举怛鬈褂昧 第二章城市供水安全评价指标体系与标准的建立和评价方法 2 2 评价指标体系的结构 城市供水安全系统是在当地特定的水资源条件下由供水水源、供水管网、用 水系统以及管理系统等组成的复杂的系统，各子系统之间相互联系、相互影响。 本文在水安全及供水安全评价指标体系研究成果的基础上，结合城市供水安全的 定义，根据指标体系建立的指导思想和原则，针对佛山市的具体情况，建立反映 佛山市供水安全状况的指标体系，见图2 1 。 该体系由三个层次构成，分别为目标层、准则层和指标层。目标层为单一目 标( a ) 评价城市供水安全状况；准则层( b ) 包括5 个城市供水安全指数： 区域水资源条件、水源地安全、管网安全、用水效率、管理安全；指标层( c ) 包括人均水资源量、水资源开发利用率等2 1 个指标。 2 3 评价指标的含义 2 3 1 区域水资源条件 区域水资源条件对城市供水安全很重要。如果区域水资源条件较差，则区域 用水主要依靠过境水或从别的区域调水，即使目前区域水量和水质都能满足用水 要求，也很难满足今后人口增长和社会经济发展对用水水量和水质的要求。依靠 过境水或从别的区域调水都会加大区域城市供水安全的风险。本文用人均水资源 量、水资源开发利用率和客水水量占总水量的比例来反映区域水资源的水量情 况，用水功能区水质达标率来反映区域水资源的水质情况。 ( 1 ) 人均水资源量 人均水资源量是衡量一个地区水资源承载力