（环境工程专业论文）灌区水安全评价及其保障对策研究——以陕西省泾惠渠灌区为例.pdf

摘要 水是生命之源，是人类生存的必需品，是经济增长和社会发展的战略资源，是实现 可持续发展的物质保障。但随着人口的持续增长和经济社会的快速发展，出现了诸如水 资源匮乏、水污染严重、水土流失加剧等水安全问题，并由此可能引发健康安全、粮食 安全、生态环境安全、经济安全、社会安全、乃至国家安全等问题。尤其是在我国北方 的一些地区，水安全问题已成为制约经济、社会和环境可持续发展的主要因素。 本文在对目前水安全的涵义、水安全评价方法进行了学习和总结的基础上，研究了 水安全评价体系和评价模型的建立，并以陕西省泾惠渠灌区为具体的研究对象，以灌区 目前社会和经济发展水平为基础，确定了水安全分级标准，把水安全分为五个级别，并 建立了相应的水安全评价体系，该体系包括水资源安全、经济安全、生态环境安全、社 会安全和管理安全共五大部分二十二项影响指标。采用层次分析法确定其权重，利用模 糊综合评价模型和多层次多目标优选模型，对水安全状况进行了绝对和相对两种评价， 评价结果符合灌区实际。并根据评价结果，提出了一些保障对策，对于今后灌区在制定 相关政策、提升水安全水平等方面具有一定的参考意义。 关键词：水安全水安全评价评价体系泾惠渠灌区 a b s t r a c t w a t e ri st h es o u r c eo fl i v e ，i se s s e n t i a lt oh u m a nb e i n g s s u r v i v a l i ti st h es t r a t e g i c r e s o u r c e so fe c o n o m i cg r o w t ha n ds o c i a ld e v e l o p m e n ta n da l s ot h em a t e r i a lg u a r a n t e et o r e a l i z es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t w i t ht h ec o n t i n u o u sp o p u l a t i o ng r o w t ha n d q u i c ke c o n o m i c a n ds o c i a ld e v e l o p m e n t ，i th a sa p p e a r e ds o m ew a t e rs e c u r i t yp r o b l e m s ，s u c ha se x t r e m e s h o r t a g eo fw a t e r ，s e r i o u sw a t e rp o l l u t i o n ，s o i le r o s i o nt u r n i n gw o r s e ，w h i c hm a yg e n e r a t ea s e r i e so fp r o b l e m sa b o u th e a l t hs e c u r i t y ，f o o ds e c u r i t y ，e n v i r o n m e n t a ls e c u r i t y ，e c o n o m i c s e c u r i t y e s p e c i a l l yi ns o m ep l a c ei nt h en o r t ho fc h i n a t h ei s s u eo fw a t e rs e c u r i t yh a s b e c o m et h ef a c t o rw h i c hc o n s t r a i n i n gt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，s o c i a la n d e n v i r o n m e n t t h et h e s i sc a r d e do nac o m p r e h e n s i v es u m m a r yt ow a t e rs e c u r i t ym e a n i n ga n dw a t e r s e c u r i t ya s s e s s m e n tm e t h o d o nt h i sg r o u n d w o r k ，a b s o l u t ew a t e rs e c u r i t ya p p r a i s a lc o n c e p t a n dt h ea s s e s s m e n tm e n t h o dw a sp r o p o s e d ，h a se s t a b l i s h e dt h ew a t e rs e c u r i t yf u z z ys y n t h e t i c e v a l u a t i o nm o d e l ，t h ew e i g h tq u o t am e t h o dw a ss u g g e s t e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c a n ds i t u a t i o no fj i n g h u i q u i r r i g a t i o na r e a ，t a k et h ep r e s e n ts o c i e t ya n dt h ee c o n o m i cl e v e lo f d e v e l o p m e n ta st h ef o u n d a t i o n ，h a dd e t e r m i n e dc e r t a i n l ya b s o l u t ew a t e rs e c u r i t yv a l u es c o p e ， a n dt h es t a t eo fi tw a sd i v i d e df i v ec l a s s e s t a k ej i n g h u i q ui r r i g a t i o na r e aa st h ee x a m p l e ， t h ew a t e rs e c u r i t ya p p r a i s a ls y s t e mw a se s t a b l i s h e d ，t h i ss y s t e mi n c l u d e s5a s p e c t sa n d2 2 i n d e x e s ，t h ea s p e c t sa r ew a t e rr e s o u r c e ss e c u r i t y ，e c o n o m i cs e c u r i t y ，e n v i r o n m e n t a ls e c u r i t y ， s o c i e t ys e c u r i t ya n dm a n a g e m e n ts e c u r i t y u s e st h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n e i t sw e i g h t ，t h em u l t i l e v e lm u l t i - o b j e c t i v e ss e p a r a t e l yo p t i m a la n dt h ef u z z yq u a l i t ys y n t h e t i c e v a l u a t i o nt w ok i n d so fm e d e l s ，h a sc a r r i e do l lt h ea p p r a i s a lt ot h i ss y s t e m t h ea p p r a i s a l r e s u l ta c c o r d sw i t ht h e s i t u a t i o no fj i n g h u i q ui r r i g a t i o na r e a a c c o r d i n gt ot h ea p p r a i s a l r e s u l t ，as e r i e so fc o r r e s p o n d i n gc o u n t e r m e a s u r e sw e r es u g g e s t e d ，t h ee f f e c t i v ep r o p o s a l s w e r ep u tf o r w a r dr e g a r d i n gt oj i n g h u i q ui r r i g a t i o na r e ai np o l i c ym a k i n ga n di m p r o v i n gt h e w a t e rs e c u r i t ys t a n d a r d s k e yw o r d s ：w a t e rs e c u r i t y ，w a t e rs e c u r i t ya s s e s s m e n t ，a p p r a i s a ls y s t e m ，j i n g h u i q u i r r i g a t i o na r e a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：闭石钐矽，髫年乡月谚日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：闭石匆弘，髫年乡月髫日 导师签名：，一方，甜础一助日 长安大学硕士学位论文 1 1 研究的背景和意义 第一章综述 近年来，水安全问题已成为学术界及社会各界关注的焦点问题之一，水安全现状已 成为2 1 世纪社会经济发展的制约因素，各个国家和地区都逐渐重视对水安全问题的研究。 2 0 0 0 年的世界部长级会议和世界水讨论会议都把“2 1 世纪水安全”作为主题，并在海牙 提出：为实现2 1 世纪水安全，我们面临着“满足基本需要；保证粮食供应；保护生态环 境；共享水资源；控制灾害：赋予水价值；合理管理水资源”等一系列的挑战【1 】。水安 全问题越来越受到人们的关注，而评价和量化水安全又是水安全研究中一个基础而又非 常重要的工作，究竟怎样才能对水安全做出评价、如何来表征水安全程度等是目前水安 全研究领域中急待解决的问题。水安全评价指标体系的建立、评价方法的选择等将成为 需重点研究的问题。 泾惠渠灌区位于陕西省关中平原中部，是一个从泾河自流引水的大( i i ) 型灌区， 现有设施灌溉面积1 3 5 5 万亩，有效灌溉面积1 2 5 9 万亩，辖咸阳市的泾阳、三原和西安 市的高陵、临潼、闫良五个县( 区) ，近年来已扩灌至渭南市的富平县，是陕西省粮食、 蔬菜、奶蛋的重要生产基地。泾河是灌区的主要地表水源，历史最大洪峰流量9 2 0 0 m 3 s ， 最小流量o 7m 3 s ，常流量1 5 2 0m 3 s 。年输沙量2 6 7 亿吨。汛期6 9 月输沙量占全年 输沙量的9 5 ，高含沙时期，常因含沙量高，被迫停止引水。灌区河源来水总量有余， 但年内分布不均，且渠首水库总库容仅5 1 0 万m 3 ，有效库容3 7 0 万m 3 ，调蓄能力低， 包括发电用水在内，2 0 0 5 年渠首总引水量是3 6 1 1 亿m 3 ，其中斗口用水量是1 2 4 亿m 3 ， 总之泾河水源总量有余，但可引水量有限。 由于河源水含沙量大，可引量有限，加之灌区水价制度和管理制度的不够完善，近 年来灌区出现大量开采地下水，导致地下水严重超采，地下水位大面积下降。地下水可 开采量为1 9 5 3 亿m 3 a ，而多年平均开采量达到了2 4 亿m 3 a ，多年平均超采量达0 4 4 7 亿m 3 a 。地下水的严重超采使得地下水水质不断恶化，机井出水量越来越小，单井控制 面积逐渐缩小。由于地下水水质的恶化，严重地影响了灌区人们的生活用水水平，使得 很多地区人们的日常用水得不到保证。灌区农业节水灌溉面积比例低下，节水技术有待 提高，有些地方仍是漫灌，用水效益低下。加上近些年来灌区工业的不断发展，工业用 水的不断增加，以及工业废水的排放，都对灌区的水安全状况构成了威胁。今后随着灌 第一章综述 区农灌事业、工业、人民生活水平的发展和提高，各方面的需水量还会不断增加，水安 全的形势将会更加严峻，如不及时采取相应的措施，将会阻碍社会经济的持续发展，从 而让水资源成为了灌区可持续发展的瓶颈。 泾惠渠灌区是陕西省重要的粮食生产基地，水资源就是灌区农业、工业、以及社会 生活的命脉，水的问题是灌区始终面临的最大问题。因此，制定科学实用的水安全评价 体系、确定灌区目前的水安全状况、解决灌区存在的水安全问题意义重大，本文结合灌 区实际，参考学习前人的评价方法，通过制定水安全评价体系，评价灌区目前水安全所 处的状态，并提出相应的水安全保障对策。 1 2 国内外研究现状 “水安全 一词的正式出现，最早是在2 0 世纪7 0 年代。在人类进入2 0 世纪尤其是 中叶以后，随着人口迅速增长，经济社会快速发展，用水量也呈几何级数增长，同时， 水污染和缺水造成的恶果愈演愈烈，水问题成为了人口、社会、经济、生态、环境、粮 食、资源等安全的制约因素，鉴于此，人们提出了“水安全”这一术语，从安全角度去 研究解决水问题，得到了世界各国的广泛关注和重视，水安全问题的研究也由此展开。 1 2 1 国外水安全研究 许多国内外专家学者、各国政府和国际组织举行了很多国际会议专门探讨水安全问 题，这些活动和观念引导了对水安全的广泛和持续研究，而这些会议上形成的很多文献 成为水安全研究的指导性文件。 2 0 0 0 年“世界水展望”提出为了全球水安全：行动框架，认为水安全的核心思想 是用平等、高效和统一的方法来保护水资源本身，同时通过适当的开发活动利用水资源， 以满足人类生存的需要，满足农业发展和其他经济活动的需要【2 1 。 2 0 0 1 年3 月2 2 日联合国秘书长安南在世界水日的献词“水安全人类的基本需要 和权利 中指出：水安全是人类的基本需要，因此，也是人类的基本权利【3 1 。污水危害 人类的身体健康和社会进步，是对人类尊严的侵犯。安南的献词强调了水安全的重要性， 把“卫生的水和“公平分配 的水视为水安全。 2 0 0 1 年波恩国家淡水会议认为：以公平和持续的方式利用和保护世界淡水资源是各 国政策迈向更加安全、公平和繁荣的过程中遇到的重要挑战【4 1 。这里把水安全与可持续 发展联系起来，把维护水安全与扶贫结合起来，充实了水安全的内涵。 2 长安大学硕士学位论文 水文组织( i n s t i t u t e o f h y d r o l o g y u k 】) 进行了洪涝灾害、干旱缺水等水安全问 题产生的内在机理方面的研究，说明水文循环和水文情势的变化是造成水安全问题出现 的重要成因之一【引。 水文水资源学会( j s h w r ) 认为水安全是涉及众多学科领域的复杂系统，水安全问 题是多因素的综合，这为研究水安全的外延型关系提供了很有说服力的佐证f 2 1 。 b r o w nlr 和bh a l w e i l 认为水资源短缺将直接影响到食物或粮食安全【5 1 。m a r k r o s e g r a n t 和r u t h m e i n z e dd i c k 注意到了曼谷、雅加达等地水安全问题引起的用水卫生 问题和生态环境问题，提出了采用新技术和利用市场机制保障水安全的办法【6 1 。 t o s h i h a r u k o j i r i 在日本水文学与水资源研究进展中介绍了流域水资源管理和 分布型径流模型这一先进的研究成果。他将水的文化价值、环境价值与水质、水量相提 并论，将生态环境纳入水安全的研究范畴，为研究和评价水安全提供了良好的启示和可 供借鉴的途径【2 1 。 总的来说，国外水安全的研究内容主要集中在水循环、水文情势控制、水污染、生+ 态环境需水和干旱缺水等方面。 1 2 2 国内水安全研究 中华民族在水资源的开发利用方面有着悠久的历史，兴修了许多水利工程，如著名 的都江堰、郑国渠和京杭大运河等，治水思想和水文化也在几千年的文明中留下了光辉 灿烂的一页，因此中国其实在很早以前就对水安全方面的问题进行了研究，只是当时并 没有使用“水安全 这一术语。随着现在“水安全 一词的提出，我国的许多学者根据 自己的实际，从很多角度对水安全问题进行了探讨研究，但总的说来还需要不断的深入 和完善。 贾绍凤，张军岩等认为，水安全是指水资源供给能够满足合理的水资源需求【7 1 。如 果一个区域的水资源供给能够满足其社会经济长远发展的合理要求，那么这个区域的水 资源就是安全的，否则就是不安全的。 夏军认为水安全问题通常是相对人类社会生存环境和经济发展过程中发生的水的危 害的问题，而水资源安全问题是其最为重要的一个方面【8 1 。 成建国认为，水安全既是一种社会状态，又是一种比较客观的水资源开发利用和管 理理念，其本质是既在一定程度上满足社会经济发展对水资源的需求，同时又着眼于在 一定时间内重构水资源的可持续利用状态【9 1 。 第一章综述 洪阳提出，水安全问题是由于人类不可持续的社会经济活动使得水体弱化或丧失正 常功能，不能维护其社会与经济价值，危及人类对水的基本需求，进而引发一系列的经 济、社会和环境安全问趔1 0 】。 李佩成认为在水资源的开发利用中，要在充分认识水循环规律和经济规律的基础上 制定科学的治水方略，并较早提出了三水统观统管方略和解决水资源问题的具体建议， 这些建议主要有：1 ) 加强和改善水循环；2 ) 统观统管三水，全面规划合理蓄调和利用 水资源；3 ) 加强灌溉的科学管理，因时因地调用水资源；4 ) 深耕改土，蓄水保墒，增 大和发挥土壤水的抗旱增产作用；5 ) 开展海水及咸水淡化使用，扩大灌溉和供水水源； 6 ) 开展防治水源污染，保护水源；7 ) 研究推广省水高产灌溉技术、节约水源；8 ) 研究 和开展跨流域水源调度，调节水源分布等。这些措施对解决水资源问题十分有列1 1 ，1 2 ，1 ”。 陈家琦认为水的安全保障应当涉及以下几个方面的内容：为支持社会和经济发展的 需要，对各类用水要求提供适当保证程度的、质和量都可满足要求的水供应；通过江河 治理，减轻因洪涝造成的灾害损失，保护人民生命财产，维系社会稳定；努力增加可利 用水量，开发除河川径流和地下水之外的可利用水源；不断改善水环境，治理水污染， 减少污染源，并与整个环境治理同步；推行合理用水和节约用水，实行水资源统一管理， 治理水土流失现象；注意开发利用水资源对有关生态和环境的影响1 1 4 1 。 在评价和量化方面，夏军和朱一中认为：“水资源承载力是评价水资源安全的一个基 本度量，水资源承载力是区域自然资源承载力的重要组成部分，是水资源紧缺地区能否 支撑人口、经济与环境协调发展的一个瓶颈指标 ，并给出了水资源承载力的度量和计算 方法，包括可利用水资源量、水资源需求量的计算、流域水资源承载力平衡指数、水资 源承载力分量的测度等 1 5 , 1 6 , 1 7 】。 成建国比较系统地提出了水安全评价指标体系，初步建立了北京市水安全监测系统， 评价并分析了北京市水安全状况【9 1 。 尹发能等应用多层次多目标模糊优选模型对洞庭湖三个区域和南洞庭湖内部的水安 全状况作出定量评价，比较不同区域单元的水安全形势，提出洞庭湖整体的和不同区域 的水安全保障体系【1 8 】。 李如忠在物元分析的基础上，结合模糊集理论和欧式贴近度概念，建立了区域水安 全评价的模糊物元模型，并应用该模型对中国部分省级行政区域进行了水安全评价【1 9 】。 实践运用方面，针对我国水安全问题日趋尖锐，党的十五届五中全会把水资源作为 重要战略资源予以高度重视，强调“水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题”。 4 长安大学硕士学位论文 2 0 0 4 年水利部“十一五 课题研究招标中明确把水安全保障对策推荐为重大研究课题。 针对我国水多、水少、水脏和水浑等问题，中国工程院在2 0 0 0 年启动了“西北地区水资 源配置、生态环境建设和可持续发展战略研究 的咨询项目，组织了4 3 位院士和近3 0 0 位院外专家对中国可持续发展水资源战略进行了近两年的研究，提出了新世纪我国的水 资源开发利用战略【2 0 】，这是我国西北地区水安全研究的一个重大成果。 1 3 本文主要研究内容及研究方法 1 3 1 主要研究内容 本文以可持续发展理论为基础，以陕西省泾惠渠灌区为例，研究灌区水安全的评价 与保障对策，内容主要有以下几个方面： ( 1 ) 基础理论的研究：在分析、总结当前水安全研究成果的基础上，对水安全的概念和 内涵、水安全的影响因素等进行了进一步的探讨和研究。 ( 2 ) 水安全评价指标体系的研究：通过参考和学习大量的相关资料，对水安全评价指标j 二。 体系的构建原则和方法进行研究，并对指标权重的赋值方法进行探讨。 ( 3 ) 水安全评价模型的研究：在分析、总结前人在水安全评价模型研究的基础上，结合 泾惠渠灌区的实际情况，结合模糊数学理论，对模糊优选模型和模糊综合评判模型分别 进行了介绍和探讨。 ( 4 ) 应用实例研究泾惠渠灌区水安全综合评价：以泾惠渠灌区为例，从灌区实际情l i 况和数据获取角度出发，选取合适的指标，构建灌区水安全评价指标体系，运用评价模 型对灌区当前的水安全状况进行评价分析，确定灌区目前所处的水安全状态。并通过对 灌区水安全作相对值评价，对各项旨在提高灌区水安全程度的方案进行评价比较，找到 最佳方案。 ( 5 ) 水安全保障对策研究：在对灌区水安全状况进行综合评价的基础上，分析评价的结 果，针对灌区出现的水安全问题，提出保障灌区水安全的具体对策和措施。 1 3 2 主要研究方法 ( 1 ) 专家咨询法 专家咨询是一种常用的方法，它具有一定的主观性，但是专家的经验在其研究领域 具有很强的权威性，本文在指标选取时咨询了有关专家，在赋权计算构造判断矩阵时， 邀请相关专家填写判断矩阵，以获得各个指标的权重。 第一章综述 ( 2 ) 层次分析法 层次分析法( 触口) 是一种广泛应用的指标赋权方法，具有很强的逻辑性、系统性、 间接性和实用性。本文采用层次分析法对评价指标体系的各个指标进行赋权，确定各个 指标的相对重要性。 ( 3 ) 多级模糊综合评判模型法 模糊综合评判是一种运用模糊数学原理分析和评价具有模糊性的事物的系统分析方 法，是一种以模糊推理为主的定性和定量相结合、精确和非精确相统一的分析评价方法， 适用对涉及模糊因素的对象系统进行综合评价，更适用于评价多因素、多层次的系统， 由于水安全问题涉及的面非常广，根据各个影响因素之间的相互关系，建立一个具有多 层次的评价指标体系。 ( 4 ) 多层次多目标模糊优选模型法 多目标模糊优选模型是针对复杂的多目标决策问题而建立的，建立在模糊数学的基 础上，主要用于多个目标或多个方案的模糊优选，通过对所有目标或方案的优劣程度排 序，用来确定最优目标或最佳方案。 1 3 3 本文研究路线 6 长安大学硕士学位论文 图1 1 本文研究路线图 7 第二章水安全理论 2 1 水安全的概念 第二章水安全理论 对于水安全的概念，世界各国及许多国际组织、专家学者已有不少论述，由于思考 的角度不同，对水安全的论述也就不尽相同，目前尚没有统一的水安全定义，下面是目 前一些有代表性的定义。 2 0 0 0 年海牙世界部长级会议宣言提出的水安全含义是：确保淡水、海岸和相关的生 态系统受到保护并得到改善，确保可持续性发展和政治稳定性得以提高，确保人人都能 够得到并有能力支付足够的安全用水以过上健康和幸福的生活，并且确保易受伤害的人 群能够得到保护以避免遭受与水有关的灾害威胁，但常规模式不是我们的选择【矧。该宣 言明确提出了实现水安全面临的挑战为满足基本需要、保证食物供应、保护生态环境、 共享水资源、控制灾害、赋予水价值、合理管理水资源等七大方面，将水安全的主要内 容进行了阐释。 郑通汉从国家安全战略层面上分析，将水安全分为广义的水安全与狭义的水安全【2 5 l ： 广义的水安全是指国家利益不因洪涝灾害、干旱缺水、水质污染、水环境破坏等造成严 重损失；国家可持续利用的水资源能够满足国民经济和社会可持续发展的需要。狭义的 水安全是指在不超出水资源能力和水环境承载能力的条件下，水资源的供给能够在保证 质和量的基础上满足人类生存、社会进步和经济发展的需求。 陆忠伟从现代“非传统安全“理论出发，认为水安全问题是指人类社会在利用水资 源的过程中无视水资源的有限性，不顾水环境的承载力，过度开发与非科学地使用，消 费和挤占生态用水，破坏生态环境，造成水环境的破坏，引起水资源匮乏、水质污染严 重等问题，进而威胁到人类健康、工农业可持续生产、国家安全和地区稳定【2 6 1 。 在上述的定义中，有的学者直接将水安全定义为水资源安全，着力于水资源的量与 质；有的从水资源和环境的角度定义水安全；有的从资源、环境、经济社会的可持续发 展角度定义水安全，可见，目前各种水安全概念的表述都有各自的特点。作者认为：水 安全是指一个国家( 地区) 实际可以利用的水资源能够保障该国( 地区) 经济、社会和 环境发展的当前需要和可持续发展需要，涵盖水资源安全、经济安全、生态环境安全、 社会安全和管理安全等方面。水安全问题是客观存在的，是人类对水资源开发利用过度 的必然结果，是自然对人类活动的反作用，就看这种灾害是否超过了在当时社会的技术 8 长安大学硕士学位论文 经济条件下本地区的可承受能力，水安全问题是否危及到水的可持续利用，是否危及到 社会的可持续发展，如果没有危及到则可视为安全，反之则视为不安全；水安全是一个 动态的过程，现在的安全并不代表以后会安全，必须以当时的社会、经济、技术等条件 而定。 2 2 水安全的内涵和外延 水安全包括自然型水安全和人为型水安全，不仅涉及水资源短缺和洪水灾害的水量 问题，而且涉及水体污染导致的水质问题等，涵盖了资源、环境、生态、社会、政治、 经济等多方面。在人类文明的早期，主要是干旱、洪水和河流改道等自然型的水安全问 题，而进入现代社会，人类大量干预水文循环的自然过程，水安全就逐渐从自然型转为 人为型，如水量短缺、水质污染、水环境破坏。 水安全的内涵主要包括：一是水安全的自然属性，即产生水安全问题的直接因子是 自然界水的质、量和时空分布的特征；二是水安全的社会经济属性，即水安全问题的承 受体是人类及其活动所在的社会与各种资源的集合；三是水安全的人文属性，即安全载 体对安全因子的感受，就是人群在安全因子作用到安全载体时的安全感。 具体说就是水安全和水资源系统的丰枯等属性有关，和人类社会的脆弱性有关，和 人群心理上对水安全保障的期望水平、对所处环境的水资源特性认识以及自身的承载能 力等有关。人群的安全感是水安全中很重要的一部分，即人群必须感觉到水供应、水环 境质量、洪水预防等是安全的，如果人群感觉到威胁，就会引起恐慌，进而影响社会经 济正常秩序，造成不可估量的损失。 水安全的外延指的是与水安全相联系的其他重大安全问题，主要有水安全与粮食安 全保证人人有饭吃；水安全与人体健康安全安全饮用水；水安全与生态环境安 全因水导致的其他生态环境问题；水安全与经济安全保证经济的稳定发展；水 安全与社会安全保证社会的安定团结；水安全与国家安全水资源的公平使用， 避免武力冲突等。 2 3 水安全的基本特性 水安全具有以下特性： 1 、跨国性、全球性： 水在全球循环流动的特点，使得一国的水危机成本和水安全收益都会外溢。如果水 o 第二章水安全理论 危机发生在国家之间，轻则造成水与外交纠纷，重则引发战争。国家之间、地区之间的 水安全必须通过全球性的合作而非军事手段来解决。 2 、地域性： 水系统的时空变异性导致不同的区域具有不同的水安全要求。由于降水时空分布的 不均性，社会经济发展水平的差异等会导致水资源的开发、利用、供给和需求的状况存 在显著的地区差异，从而使水安全具有地域性特征。 3 、综合性： 水安全兼具自然和人为两重性，水安全既是自然的水安全，又是人类生存环境的水 安全，既包括水资源安全和生态环境安全，又包括社会经济安全。因此，在进行水安全 研究时，应该考虑到这一点。 4 、动态性： 首先，人们对水安全的认识随着社会经济的发展而变化。早期，人们多从人类社会 这一主体出发，注重水量和水质的安全，而忽视水对生态环境的影响。但随着人们对生 态需水的认识，这一状况已得到改观。其次，水安全是一种客观状态，它是不断发展变 化的，现在的水安全并不代表以后水仍然安全。 5 、相对性： 水问题是客观存在的，只要有人类活动，或水文循环，就会有水安全问题，比如洪 水灾害、水质污染。关键是看水问题是否会危及水的可持续利用，是否超过人类对这些 问题的承受能力。如果水问题没有危及水的可持续利用，没有超出人类的承受能力，就 可视为水安全，反之则视为水不安全。 6 、关联性： 关联性主要是指水的开发利用与相邻流域或者全国的资源开发、生态环境、社会经 济发展的相互关系。例如，南水北调工程，其目的当然是给京津鲁等缺水地区补充水源， 使其工农业生产和居民生活能够健康发展，但同时也要考虑这种调水是否会对调出水区 的生态环境、经济发展造成影响以及造成什么样的影响，调水是否会对调水沿线地区的 水资源状况、土壤、地下水造成不利的影响。 7 、影响的广泛性和严重性： 水不安全，即出现水危机和水灾害，并引发粮食安全、生态环境安全和国家安全等 问题，这不仅会对自然生态环境造成损害，还会影响社会经济的可持续发展，产生一系 列的经济、政治后果，甚至影响到整个国家和民族的生存，因此，这种影响是十分广泛 l o 长安大学硕士学位论文 和深远的。 2 4 水安全的影响因素 水安全系统是一个非常复杂的系统，它涉及到资源、环境、经济和社会等多个系统， 这些系统之间的因素相互联系但又彼此制约。从目前对水安全影响因素的分析看，国内 外专家和学者的观点都各有千秋。 2 0 0 0 年3 月在海牙召开的世界部长级会议上提出：为实现2 l 世纪水安全，我们面临 着“满足基本需求；保证食物供应；保护生态系统；共享水资源；控制灾害；赋予水价 值；合理管理水资源等一系列挑战，并提出了相应的对策【2 4 1 。 张巧显提出水安全应包含六大方面：生命安全、经济安全、粮食安全、生态系统安 全、环境安全和社会安全，每一子安全系统又由若干个影响因素组成。状态变量有农村 人均生活日用水量、工业总产值、耕地面积、灌溉定额等1 4 个；目标变量有生活需水、 工业需水、农业需水、供水量、缺水率等1 6 个；决策变量有万元产值取水量、工业结构 高耗水比例、工业用水重复利用率等2 0 个【2 9 】；韩宇平提出水安全可分为水资源管理、饮 用水安全、粮食安全、灾害控制、生态环境、水供需矛盾和水价值共七大方面，其涉及 的影响指标非常广泛，共有1 0 6 个，涉及因素很广泛，但在某些影响因素的表述上有待 进一步的改善【6 l 。 2 5 水安全与可持续发展 作为人类社会发展的新阶段和新模式，可持续发展成了世界各国各界的共识，可持 续发展涉及到人口、资源、环境等诸多领域，具体到水资源领域就是要实现水资源的可 持续利用。水资源的可持续利用保障可持续发展成为了当前水资源界的共识，因此水资 源领域的所有研究都应以实现水资源的可持续利用为最终目标，都应该满足水资源可持 续利用的要求。 水安全研究正是从水资源可持续利用的角度出发，探讨基于现实的、实事求是的水 资源可持续利用模式。水安全追求的是区域水资源、生态环境和经济社会系统整体和长 远的可持续发展，追求当前发生水危机即水资源不可持续利用的区域在发展的同时应尽 快恢复水资源的可持续利用状态。因此，从某种角度说，水安全和水资源的可持续利用 是同一概念层次，追求水安全不仅可以实现水资源的可持续利用，还能兼顾水资源、生 态环境和经济社会的协调发展，追求水安全就是追求一种可持续发展模式。 第三章水安全评价体系的建立和评价模型 第三章水安全评价体系的建立和评价模型 3 1 指标体系的含义 指标( i n d i c a t o r ) 来源于拉丁文的动词“i n d i e a r c ，含义是揭露、指出、宣布、使公 众知道、评价、标明之意，指标是复杂事件或系统的信号，是一组反映系统特性或显示 发生何种事情的信息，是从数量方面说明一定社会总体现象的某种属性或特征的，它的 “语言 是数学，指标可以简化关于诸如水安全之类的复杂现象的信息，尽可能通过量 化，以便更容易沟通。 一个指标可以是一个变量或一个变量的函数( 如比率) ，指标可以是定性变量，可以 是序列变量，也可以是定量变量( 如每年的能耗、人均国内生产总值) 。尽管变量指标很 普遍，但当被计量的问题是难以定量化时或当使用定量指标所花的代价很高或者当一些 简单的信号足以说明问题时，定性指标也很重要。既然指标是一组反映系统特性或显示 发生何种事情的信息，那么选择指标时就要有据可依，指标值要准确并有代表性，同时 还要具有一定的功能【3 0 3 1 ，3 2 3 3 1 。 指标体系，亦称为评价指标体系，是指为完成一定研究目的而由若干个相互联系的 指标组成的指标群。指标体系的建立不仅要明确指标体系有哪些指标组成，更应明确指 标之间的相互关系，即指标结构【3 4 3 5 3 6 3 7 1 。指标体系可以看成一个信息系统，该信息系 统的构造主要包括系统元素的配置和系统结构的安排。系统中元素即指标，包括指标的 概念、计算范围、计量单位等。各指标之间的相互关系是该系统的结构。指标体系的基 本结构可以是多指标集合、树形结构、丛形结构和矩阵结构等形式，本文采用树形结构。 3 2 水安全评价指标体系的研究现状 目前，已有不少专家和学者针对提出的水资源安全、饮用水安全、水资源承载力、 水环境承载力、水的可持续利用等水安全研究的问题，对水安全评价指标体系进行了研 究。 韩宇平等认为，为了对区域水安全状况进行全面的分析和诊断，必须尽可能全面地 选取能反映区域水安全信息的指标，并将水供需矛盾、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方面作为水安全评价的内容，建立具有层次 结构的评价指标体系，并采用客观赋权法嫡值法来计算各目标的权系数【3 8 3 9 1 。贾绍 长安大学硕士学位论文 凤建立的水安全评价指标体系则包括了水资源社会安全、经济安全、生态安全和综合评 价等几个方面的内容【矧。张巧显等人运用系统分析的理论与方法，分析了中国水生态系 统的特征及各组分之间的相互作用，建立了中国水安全评价指标体系，该指标体系分为 状态、目标和决策三个主要变量，各变量又包含一些具体的指标，共计5 0 个主要指标， 另外还有若干辅助变量、参数等【2 9 1 。 随着水安全问题越来越受关注，越来越多的不同的水安全评价指标体系将会建立起 来，在建立水安全评价指标体系时，应该积极吸取国内外评价指标体系研究成果的精华， 尽量选取有代表性的指标并阐明选用的科学依据。 3 3 水安全评价指标体系的建立 3 3 1 水安全评价指标体系建立的原则 水资源安全的核心是要求达到人与自然的协调发展，因此，水安全评价指标体系也 必须体现这一思想；由于水安全系统涉及面极其广泛，具有显明的复杂性，因此对其进 行评价时，需要建立一个综合评价指标体系；指标体系是建立在涉及水安全系统各组成 要素基础上的各方面指标的集合，是一个有机的统一体。在水安全评价指标体系的构建 中，除要遵循上述基本原则外，还应遵循以下几方面的原则【4 1 】： 1 、科学性与可操作性相结合的原则： 科学性原则是指指标体系一定要建立在科学的基础上，保证数据的准确性和处理方“ 法的科学性；可操作性原则是指指标含义必须明确，具有一定的现实统计基础，要容易 获取，易于计算。 2 、全面性与代表性相结合的原则： 全面性是指必须能够全面、系统地反映各个方面的基本特征，水安全评价指标体系 是一个由多层次、多要素构成的复杂系统，涉及社会、经济、环境和资源等多方面，从 水资源规划、开发、利用，到水资源调配、防治、保护，要最大限度地体现人与水资源 和谐的思想，尽可能将影响水安全的主要因素都包括在内。同时要求指标体系具有代表 性，全面性并非要求设计的指标体系要面面俱到，而应从众多的指标中选择最具代表性 的重要指标，在技术处理上：一是选择最有说服力的综合指标取代过多的单项指标；二 是选择最能反映水安全评价的指标；三是在相互包容和相互关联的指标中选取最有代表 性的指标。 3 、静态性与动态性相结合的原则： 第三章水安全评价体系的建立和评价模型 静态指标主要反映当前发展水平，而动态指标则反映区域系统的发展趋势，具有预 测功能。水安全问题是一个不断变化的动态发展过程，是动态和静态的统一，不同地区 由于水资源条件、社会和经济发展程度不同，水安全表现形式和程度也不同。因此，水 安全评价指标体系中既要有一定期内的静态指标，又要有反映不同阶段的动态指标，但 指标体系的内容不宜变动过频，在一定时期内，应该保持相对稳定性。 4 、定性分析与定量分析相结合的原则： 定性分析是对事物性质的分析，定量分析是对事物数量的分析。就一般情况而言， 各类评价指标体系主要由定量指标构成，有时甚至全部由定量指标构成，但是，不能因 此否定定性分析的作用。评价指标作为对事物特征的定量概括，其本身是中性的，必须 与特定的参照系相对照，才能据以判断事物所处的状态是优还是劣，其发展趋势是好转 还是恶化。确定参照系，找出发展变化的原因和制定对策等都离不开定性分析。因此， 对于水安全指标体系，应尽量选择可量化的指标，对那些难以量化的重要指标，可以采 用定性描述指标，然后再进行定量转化。 5 、可比性原n - 指标尽可能的采用标准的名称、概念、计算方法，做到与其他地区指标的可比性。 3 3 2 指标体系的建立 本文根据水安全的评价目标及指标体系的构建原则，结合泾惠渠灌区实例，采用树 形结构构建指标体系，所构建的水安全指标体系分成三个层次：目标层、准则层和指标 口 j 玄o ( 1 ) 目标层( a ) ：即水安全评价的总体目标，是指标体系的最高层次。针对实例，本文 水安全评价的总体目标是描述和衡量泾惠渠灌区的水安全状况，为实现提高灌区的水安 全水平，提供一些决策的依据。 ( 2 ) 准则层( b ) ：是指标体系的次要层次，是影响地区水安全的主要因素。本文结合研 究对象，综合考虑指标体系建立的原则，并针对泾惠渠灌区的特点，具体分为五个准则 层：即水资源安全、经济安全、生态环境安全、社会安全和管理安全。 ( 3 ) 指标层( c ) ：指标体系中最基本的层次，由若干直接度量水安全的指标构成。各子 系统指标的选取是参照与水有关的研究问题的指标综合考虑，征求专家意见，选取一致 认同的指标来反映该系统的安全程度，既有自然性指标，又有社会性指标；既有动态指 标，又有静态指标。最后根据各个影响因素之间的相互关系，建立了具有层次结构的评 长安大学硕士学位论文 价指标体系。 3 - 3 3 指标权重的确定方法 权重是以某种数量形式反映被评价事物总体中诸因素的相对重要程度，权重的确定 是极为重要的，它反映了各个影响因素在综合决策过程中所起的作用，将直接影响到评 价结果，本文首先对常用几种权重的确定方法进行讨论。 3 3 3 1 语气算子法【4 2 】 以指标体系包含七个方面为例，说明如下，对于大于七或小于七的情况，与此一样， 不再详述。 首先研究指标集d 对重要性的二元比较定性排序，指标集d 中的元素d k 与d l 就“重 要性”作二元比较，若： ( 1 ) d k 比d l 重要，记定性标度e k l = l ，e l k - o ； ( 2 ) d k 与d l 同样重要，记定性标度e k l = 0 5 ，e ：l k = 0 5 ； ( 3 ) d l 比d k 重要，记定性标度e v a - - - - o ，e l k = l ； 其中：k = l ，2 ，7 ；1 = 1 ，2 ，7 。 矩阵 e = q lq 2 乞l e ne n q 7 吃7 岛7 = ( ) 为指标集d 对重要性作二元比较的定性排序标度矩阵。在二元比较过程中要求判断 思维不出现矛盾，即要求逻辑判断的一致性，根据文献 4 3 】其一致性检验条件为： ( 1 ) 若e h k e h j ，有= o ； ( 2 ) 若e h k 0 ， b i j = 1 偈i ，b i j 2 1 ( i = j ) 其中，i = 1 ，2 ，n ：j = l ，2 ，n 。 表3 2 判断矩阵b 八bb lb 2 b j b n b 1 b nb 1 2 b l j b l n b 2b 2 lb 2 2 b b 2 b ib i lb i 2 b 目 b 缸 b nb ib , a bb 。 通常采用9 级标度法给判断矩阵的元素赋值，标度方法见表3 3 ： 表3 3 判断矩阵元素的标度及含义 标度b 日 含义 1 表示b i 与b j 比较，具有同等重要性 3 表示b i 与b 比较，b i 比b j 稍微重要 5 表示b i 与b 比较，b i 比b j 明显重要 7 表示b i 与b 比较，b i 比b j 强烈重要 9 表示b i 与b j 比较，b i 比b j 极端重要 2 ，4 ，6 ，82 ，4 ，6 ，8 分别表示相邻判断1 3 ，3 _ 5 ，5 _ - 7 ，7 - - 9 的中值 倒数 表示b i 与b 比较得b # ，则b j 与b i 比较得b j i - l b 日 ( 4 ) 计算各指