基于协同度的水利工程运行效益综合评估模型研究

王国逵

(朝阳市供排水管理处，辽宁 朝阳 122000)

我国水利水电工程存在各效益间协调度低、且具有突出倾向的效益单一化问题[1]。水利建设在农业和工业时代主要服务于农业和能源供应，因此对于社会和经济效益、不同效益之间的协同发展有所忽视[2]。水利工程在后工业时代已逐步向民生水利过渡，水旱灾害防御与水利工程兴利效益有机结合，并统筹考虑区域生态效益[3]。为此对于水利工程综合效益而言，需要对其不同效益之间的相互影响进行统筹协同[4- 6]。当前国内对于水利工程绩效大都针对单一效益进行评估[7- 14]，即评价体系中只纳入社会、经济效益，而未能考虑社会、经济以及生态之间的效益协同，使得在评估指标体系中部分效益权重设置过高，而影响其他效益指标的权重。目前对于水利工程不同效益协调研究成果较少，水利工程综合绩效通过协调度评估方法进行提高已成为当前研究的重点[15]。为提高水利工程运行效益综合评估的准确性，本文建立基于不同效益协调度的综合评估模型，以辽西地区白石水库为实例，探讨其运行效益综合评估结果。研究成果对于水利工程运行效益综合评估方法具有参考价值。

1 评估模型的建立

1.1 评估指标体系

在参考已有相关文献的基础上，本文从生态、经济、社会等效益层面选取12个指标建立水利工程运行绩效综合评估指标体系，具体指标见表1。

表1 水利工程运行绩效综合评估指标

1.2 评估等级划分

参考相关文献，结合区域水利工程运行特点，对其综合评价等级进行划分，标准等级划分结果见表2。

表2 水利工程效益综合评估等级划分标准

1.3 评估指标复合权重

本文结合层次分析和熵权分析方法建立复合权重计算方法，提高权重的准确度。其中主观权重通过邀请专家进行经验打分，此外为考虑指标之间的相对重要性，指标判定矩阵Dnm采用1—9间的数字及其倒数进行计算，计算方程为：

(1)

式中，dij—指标i和j的对比度。相对权重向量按照判定矩阵进行归一化计算后得到，特征向量最大值计算方程为：

(2)

在特征向量最大值计算的基础上对其主观权重进行计算，计算方程为：

(3)

(4)

(5)

式中，CR、CI—一致性比例和一致性指数；λmax—矩阵特征最大值；n—指标个数；RI—随机指数，具体值见表3。

表3 随机指数RI

在确定主观权重的基础上，客观权重采用熵值方法进行计算，首先对指标原始数据进行标准化处理，使得各指标为无量纲值，分别对正、负2种指标进行归一化计算，计算方程为：

(6)

(7)

式中，n—评估年份总数。则第j个指标熵值ej计算方程为：

(8)

则其指标j的差分系数fj计算方程为：

fj=1-ej

(9)

(10)

式中，m—指标总个数。在计算主观、客观权重的基础上引入非线性和拉格朗日函数对其复合权重进行描述：

(11)

(12)

式中，H—目标函数值；α、β—非线性参数，α、β≥0，本文取值α、β分别为0.4和0.6；γ—拉格朗日乘数，本文取值为0.05。则复核权重计算方程为：

(13)

式中，ωj—复合权重。

1.4 基于协同度的评估模型

基于协同度的评估模型综合考虑了社会、经济、生态3个子效益之间的关联度，通过计算不同子效益之间的有序度来对各子效益间的关联性进行分析，有序度计算方程为：

(14)

(15)

(16)

式中，θ—转换变量，其计算方程为：

(17)

则各效益之间的协同度M计算方程为：

M=LTn(1-Q)

(18)

式中，Q—有序度偏差系数，其计算方程为：

(19)

式中，L—Tn时间内的有序度。其协调度的评价等级见表4。

表4 不同等级协调度对应值

2 实例研究

2.1 水利工程概况

本文以辽西白石水库为具体研究实例，白石水库位于辽宁省朝阳市，为大凌河干流大型水库，水库总库容和兴利库容分别为16.45亿m3和8.7亿m3，主要兴利效益为供水，年供水量均值为4.75亿m3。水库为多年调节型水库，水库调节水量多年均值为5.28亿m3。

2.2 评价指标标准化

结合白石水库2012—2019年水库供水运行数据，朝阳市社会统计相关数据及环保部门提供的相关数据对各指标进行标准化处理，其不同年份各指标标准化值的均值见表5。

表5 各评价指标标准值的均值

2.3 评价指标权重

结合层次分析和熵权分析方法建立复合权重计算方法，提高权重的准确度。按照主观权重通过邀请专家进行经验打分，此外为考虑指标之间的相对重要性，建立指标判定矩阵，按照一致性检验方法对判定矩阵最大向量特征值进行检验，再采用熵权方法在指标标准化处理基础上进行客观权重的计算，然后按照方程(13)对其复合权重进行计算，指标权重结果见表6。

表6 评价指标权重计算结果

在进行复合权重计算时，α、β权重分别为0.4、0.6，在进行主观和客观权重确定后，结合方程(13)对其复合权重进行计算，从权重计算结果可看出，在经济子效益层面，工程运行经济增长率权重最高，其次为工程运行经济收益产生的GDP值。在社会子效益层面，人均可支配收入权重值最高，复合权重为0.0744，其次为直接和间接就业率权重，复合权重为0.0696，在生态子效益层面，水土流失率权重最高，复合权重为0.1506，其次为水土流失率，复合权重为0.0726，对于辽西地区而言，由于区域水土流失较大，因此其在生态效益层面权重最大。

2.4 综合效益评价结果

分别计算不同年份经济、社会、生态子效益的有序度，结合综合效益评估计算方程对不同年份白石水库的运行综合效益进行定量评估，并按照表2对其综合效益评估等级进行确定，结果见表7。

表7 不同年份白石水库运行综合效益评估结果

从不同年份白石水库运行综合效益评估结果可看出，由于白石水库季节性供水以及运行管理成本的不断增加，加上区域社会经济及产业结构的快速变化，使得白石水库运行社会效益有序度不断增加，从生态效益有序度可看出，从2013年开始其生态效益有序度明显增加，从0.365变化到0.723，而从2014年后生态效益有序度稳定在0.72～0.85之间，这主要是因为白石水库从2013年开始加大了对区域水土流失、生态系统治理投入力度，使得其生态效益有所改善。从经济子效益可看出，总体呈现递减变化，这主要因为近些年来，白石水库供水效益受辽西输水工程影响，供水效益有所降低，此外管理成本的上升，也使得白石水库经济子效益有序度有所降低。从白石水库运行综合评估等级可看出，2012—2013年由于社会和生态子效益有序度较低，使得其综合评估等级为中，从2014年开始其综合评估等级总体为良，具有较好的工程运行综合效益。

2.5 子效益间综合协同度分析

结合子效益协同度分析方法，对各年份不同子效益的综合协同度进行测算，具体结果见表8。

表8 不同年份各子效益间的综合协同度分析结果

从不同年份各子效益间的综合协同度分析结果可看出，各年份间白石水库工程运行下其社会、经济、生态子效益之间的综合协同度总体呈现上升变化，呈现从低度协同到中度协同的转变，从2013年白石水库加大了对区域生态流量调控，水土流失治理的力度，使得其生态效益值从2014年开始有所递增，此外随着供水管理成本递增，其供水经济收益有所紧缩，一定程度延缓了其各效益间综合协同度的递增幅度。白石水库工程运行后，经济-社会各子效益逐步进入改善，但由于前期社会-生态效益综合协同度还较低，使得其总体综合协同度不高。为提高社会、经济、生态子效益之间的协同度，需要对主要影响因子进行重点分析，调整其因子指标值，加大水库运行下社会-经济-生态之间的综合协同度，使得水库良性运行。

3 结语

(1)主观权重的判定矩阵一致性检验值CR通过检验的标准建议可按小于0.2进行设定，可提高主观权重设置的合理性。

(2)白石水库工程运行下其社会、经济、生态子效益之间的综合协同度总体呈现上升变化，呈现从低度协同到中度协同的转变，可进一步提高水库运行经济增长率，加大对库区水土流失的治理力度，来总体提高水库运行下社会-经济-生态之间的综合协同度，充分发挥水库综合效益。

(3)本文在确定水利工程运行综合效益评价指标选取时主要参考国内相关研究成果，部分评价指标还需进一步丰富和完善，保证评价指标体系的与时俱进。