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摘 要：水资源安全直接或间接影响社会、经济、环境等方面的发展，研究水资源安全对区域可持续发展有重要意义。采用层次分析法，从水量、水效、水质3个方面对2019年河南省引黄受水区14个地級市进行水资源安全综合评价，每个方面选取3个代表性指标，对指标数据进行归一化处理后，采用层次分析法得出的指标权重计算水资源安全综合指数，从而得出每个地市的水资源安全综合评价等级。结果表明：河南省引黄受水区鹤壁为“不安全”等级、洛阳为“安全”等级，其他地级市的水资源安全等级为“基本安全”和“较安全”，距离“安全”等级要求还有一定的差距，需要从各个方面加强水资源管理、配置，优化利用方案，实现水资源供需平衡。
关键词：水资源;安全评价;层次分析法;引黄受水区;河南省
中图分类号：TV213.4;TV882.1
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.017
引用格式：张修宇，王李良，杨淇翔.河南省引黄受水区水资源安全综合评价[J].人民黄河，2021，43（9）：90-93.
Comprehensive Evaluation of Water Resources Security in the Yellow River Diversion Area of Henan Province
ZHANG Xiuyu1， WANG Liliang1， YANG Qixiang2
（1.North China University of Water Resources and Hydropower， Zhengzhou 450046， China;
2. Henan Water & Power Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450016， China）
Abstract： Water resources security directly or indirectly affects the development of society， economy， environment， etc. The study of water resources security is great significant to regional sustainable development. This paper used analytic hierarchy process method to comprehensively evaluate the water resources security of 14 cities in the Yellow River diversion and water receiving area of Henan Province in 2019 from three aspects of water quantity， water efficiency and water quality. Three representative indicators were selected in each aspect， the data of each indicator were normalized and the comprehensive water resources security index was calculated in combination with the weight obtained by the analytic hierarchy process， Thus， the comprehensive evaluation grade of water resources security of each prefecture and city was obtained. The results show that Hebi in the Yellow River diversion and water receiving area of Henan Province is at the “unsafe” level， Luoyang is at the “safe” level， and the water resources security levels of other cities are at the “basic safe” and “relatively safe” levels. There is still a certain gap from the “safe” level requirements. It is necessary to strengthen the management and allocation of water resources from all aspects， optimize the utilization scheme， and realize the balance between supply and demand of water resources.
Key words： water resources; safety evaluation; analytic hierarchy process; Yellow River diversion and water receiving area; Henan Province
1 引 言
2019年9月18日，习近平总书记主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会，指出黄河“水资源保障形势严峻和发展质量有待提高”。水资源与发展之间的矛盾主要有水资源短缺制约经济发展、生态环境脆弱影响生活质量、人均水资源量少但需求量大，这些矛盾都体现为水资源安全问题。水资源安全关乎当地的经济社会发展、水环境安全和社会稳定等，因此保障水资源安全意义重大。关于水资源安全综合评价，国内外学者进行了大量研究，主要评价方法有主成分分析法[1]、变异系数熵权法[2]、 集对分析法[3]、模糊集对分析法[4]、改进突变级数法[5]、改进TOPSIS法[6]、改进模糊物元分析法[7] 、综合指数法[8] 、评价指数法[9]等，也有利用模型如云模型[10]或利用多種方法[11]进行水安全评价。层次分析法在水安全评价中较多应用在某个城市，如郑州市[12]、成都市[13]、南京市[14]、济南市[15]、襄阳市[16]等。该方法把一个复杂问题表示为不同权重指标的层次结构，通过判断和计算，将人们的经验予以量化，给指标赋予权重，根据权重和每个指标的数值，计算出最终结果，并结合地区的水资源安全综合指数及其等级，提出合理化建议。在水资源安全综合评价中，确定每个指标权重是评价的关键，使用不同权重计算得出的指数不同，得到的最终结果也不同。
本文采用层次分析法，从水效、水量、水质3个方面构建指标体系，对2019年河南省14个引黄受水地级市进行水资源安全综合评价。
2 理论与方法
2.1 构建评价指标体系
进行水资源安全综合评价首先要选取评价指标，指标选取要充分考虑其对水资源安全的影响大小和数据的可获得性，并对其进行分类，选取影响因子较大的指标，以确保评价的科学性。采用层次分析法，将指标分为目标层、准则层、指标层3层，在查阅大量文献并参考专家意见的基础上，构建水资源安全综合评价指标体系，见表1。
2.2 权重计算
（1）构造判断矩阵。首先依据准则层的重要性构建准则层的判断矩阵，然后对指标层的各项指标进行比较，得出指标层和准则层相对重要程度的判断矩阵。
准则层判断矩阵A-B：
A-B=112221121221
水效安全判断矩阵B1-C：
B1-C=132131212121
水量安全判断矩阵B2-C：
B2-C=122121131231
水质安全判断矩阵B3-C：
B3-C=123121213121
（2）计算判断矩阵的最大特征值与对应的特征向量，进行层次单排序和一致性检验。
计算一致性指标CI：
CI=λmax-nn-1（1）
式中： λmax为判断矩阵的最大特征值;n为判断矩阵阶数。
确定平均随机一致性指标RI（见表2）。
计算一致性比例CR：
CR=CIRI（2）
当CR<0.10时，判断矩阵满足一致性要求;当CR≥0.10时，则应适当修改判断矩阵，使其满足一致性要求。
（3）当一致性检验符合要求后，最大特征值所对应的特征向量即为权重向量。各个指标权重与λmax、CR值见表3。
每个指标对水资源安全综合评价的影响不一样，指标值越大越好的称为正向指标，指标值越小越好的称为负向指标（见表1）。为消除量纲的影响，对各指标进行归一化处理：
Ii=xi-xminxmax-xmin （正向指标）
xmax-xixmax-xmin （负向指标）
（3）
式中：Ii为i指标归一化之后的值;xi为i指标的原始值;xmax、xmin分别为i指标的极大值和极小值。
根据归一化处理后的数据和每个指标的权重，计算水资源安全综合评价指数：
I=∑ki=1WiIi（4）
式中：I为水资源安全综合评价指数;k为指标个数;Wi为i指标的权重。
3 实例应用
3.1 研究区概况
河南省引黄受水区主要包括郑州、开封、洛阳、平顶山、安阳、鹤壁、新乡、焦作、濮阳、许昌、三门峡、商丘、周口和济源14个地级市，耕地面积为180多万hm2。引黄改善了河南省水资源状况，引黄受水区在全省农业生产及经济社会发展中发挥着举足轻重的作用。
3.2 评价结果与分析
本文数据来源于河南省各地级市2019年水资源公报和《2019年河南统计年鉴》，各地级市有关指标数据见表4。
根据式（5）计算得出的各地级市2019年水资源安全综合评价指数，结合河南省14个地级市的水资源安全状况，将水资源安全等级划分为不安全（I≤0.25）、基本安全（0.25 由表5可知，河南省引黄受水区14个地级市中除了鹤壁为“不安全”等级、洛阳为“安全”等级外，其他地级市均处于“基本安全”和“较安全”等级。鹤壁水资源总量和降水总量在14个地级市中最小，人均COD排放量最大，水资源安全综合评价指数最小，因而水资源安全等级最低。洛阳2019年降水总量和水资源总量均最大，正向指标大、负向指标小，使得其水资源安全等级最高。郑州供水总量最大、万元GDP用水量最小，尽管年废水排放量最大，但用水效率较高，因而水资源安全等级为“较安全”。开封各项指标均处于平均水平之下，水资源安全综合评价指数较小，水资源安全等级为“基本安全”。平顶山用水效率较高，水质较好，因此水资源安全等级为“较安全”。安阳水质达标率较低，降水总量和水资源总量都较小，水资源安全等级为“基本安全”。新乡供水总量较大，人均COD排放量较小，水资源安全等级为“较安全”。焦作水资源总量与降水总量都较小，水资源安全等级为“基本安全”。濮阳万元GDP用水量和万元工业增加值用水量都较大，水资源安全等级为“基本安全”。许昌每公顷农田灌溉用水量最小，用水效率较高，水质较好，水资源安全等级为“较安全”。三门峡供水总量较小，正向指标较大，水资源安全等级为“较安全”。商丘人均COD排放量最小，正向指标较大，水资源安全等级为“较安全”。周口所有正向指标均较大，因而水资源安全等级为“较安全”。济源供水总量最小，每公顷农田灌溉用水量最大，年废水排放量最小，水资源安全等级为“基本安全”。
为提高地区水资源安全等级，应严格控制用水总量，提高公众节水意识，加大节水力度，提高中水回用率，优化水资源配置方案，实现水资源供需平衡;对于水效和水质指标，应通过技术创新等措施提高水资源利用效率，改善水质，提高水资源安全综合评价指数。
4 结 论
本文采用层次分析法，选取9个指标，对河南省引黄受水区14个地级市进行水资源安全综合评价指数计算，然后得出各地级市的水资源安全等级，结果表明：洛阳水资源安全等级为“安全”，郑州、新乡、三门峡、许昌、平顶山、周口、商丘水资源安全等级为“较安全”，安阳、濮阳、济源、焦作、开封水资源安全等级为“基本安全”，鹤壁水资源安全等级为“不安全”。
总体而言，河南省引黄受水区离水资源安全等级为“安全”的要求尚有较大差距，水资源形势依然严峻，需要通过严格供水总量控制、加大节水力度、提高用水效率、改善水质等措施提高水资源安全等级。本文选取的评价指标尚不够全面，构建的水资源安全综合评价指标体系有待进一步完善，在下一步研究中有待深入探索更为科学合理的评价方法。
参考文献：
[1] 于钋，尚熳廷，姚梅，等.水足迹与主成分分析法耦合的新疆水资源承载能力评价[J].水文，2021，41（1）：49-54，34.
[2] 陈红光，李晓宁，李晨洋.基于变异系数熵权法的水资源系统恢复力评价：以黑龙江省2007—2016年水资源情况为例[J].生态经济，2021，37（1）：179-184.
[3] 吴征，吴凤平，沈俊源.基于集对分析法的水资源配置方案综合评价[J].灌溉排水学报，2016，35（12）：73-79.
[4] 张志君，陈伏龙，龙爱华，等.基于模糊集对分析法的新疆水资源安全评价[J].水资源保护，2020，36（2）：53-58，78.
[5] 宋帆，杨晓华.基于改进突变级数法的长江下游水资源承载力评价[J].南水北调与水利科技，2018，16（3）：24-32，58.
[6] 熊雪珍，何新玥，陈星，等.基于改进TOPSIS法的水资源配置方案评价[J].水资源保护，2016，32（2）：14-20.
[7] 杨阳，方国华，黄显峰，等.基于改进模糊物元分析法的区域最严格水资源管理评价[J].水资源保护，2014，30（6）：19-24.
[8] HUANG Ze，LIU Jiahong，MEI Chao，et al. Water Security Evaluation Based on Comprehensive Index in Jing-Jin-Ji District， China[J]. Water Supply，2020，20（7）：2698-2714
[9] 任永泰，卢静，付强.基于评价指数的三江平原水安全系统预警研究[J].人民黄河，2017，39（3）：75-80.
[10] 孙雅茹，董增川，徐瑶，等.基于云模型的城市水安全评价[J].人民黄河，2019，41（8）：52-56，67.
[11] GUO Yangnan，CHEN Guoqing，MO Rigan，et al. Benefit Evaluation of Water and Soil Conservation Measures in Shendong Based on Particle Swarm Optimization and the Analytic Hierarchy Process[J]. Water，2020，12（7）： 535-551.
[12] 张修宇，秦天，孙菡芳，等.基于层次分析法的郑州市水安全综合评价[J].人民黄河，2020，42（6）：42-45，52.
[13] 陈琳，邹添丞，石杰，等.基于层次分析法的成都市水安全评价[J].南水北调与水利科技，2013，11（4）：41-45.
[14] 張蕾，韩雪冰，范兴华.基于层次分析法的南京市水安全评价[J].水电能源科学，2012，30（12）：30-33.
[15] 张戈丽，王立本，丁世刚.基于AHP的济南市水安全评价研究[J].山东师范大学学报（自然科学版），2007，22（3）：94-97.
[16] 祝云龙.基于层次分析的襄阳市水安全评价研究[J].湖北文理学院学报，2016，37（5）：59-63.
【责任编辑 张华兴】
关键词：水资源;安全评价;层次分析法;引黄受水区;河南省
中图分类号：TV213.4;TV882.1
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.017
引用格式：张修宇，王李良，杨淇翔.河南省引黄受水区水资源安全综合评价[J].人民黄河，2021，43（9）：90-93.
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2. Henan Water & Power Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450016， China）
Abstract： Water resources security directly or indirectly affects the development of society， economy， environment， etc. The study of water resources security is great significant to regional sustainable development. This paper used analytic hierarchy process method to comprehensively evaluate the water resources security of 14 cities in the Yellow River diversion and water receiving area of Henan Province in 2019 from three aspects of water quantity， water efficiency and water quality. Three representative indicators were selected in each aspect， the data of each indicator were normalized and the comprehensive water resources security index was calculated in combination with the weight obtained by the analytic hierarchy process， Thus， the comprehensive evaluation grade of water resources security of each prefecture and city was obtained. The results show that Hebi in the Yellow River diversion and water receiving area of Henan Province is at the “unsafe” level， Luoyang is at the “safe” level， and the water resources security levels of other cities are at the “basic safe” and “relatively safe” levels. There is still a certain gap from the “safe” level requirements. It is necessary to strengthen the management and allocation of water resources from all aspects， optimize the utilization scheme， and realize the balance between supply and demand of water resources.
Key words： water resources; safety evaluation; analytic hierarchy process; Yellow River diversion and water receiving area; Henan Province
1 引 言
2019年9月18日，习近平总书记主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会，指出黄河“水资源保障形势严峻和发展质量有待提高”。水资源与发展之间的矛盾主要有水资源短缺制约经济发展、生态环境脆弱影响生活质量、人均水资源量少但需求量大，这些矛盾都体现为水资源安全问题。水资源安全关乎当地的经济社会发展、水环境安全和社会稳定等，因此保障水资源安全意义重大。关于水资源安全综合评价，国内外学者进行了大量研究，主要评价方法有主成分分析法[1]、变异系数熵权法[2]、 集对分析法[3]、模糊集对分析法[4]、改进突变级数法[5]、改进TOPSIS法[6]、改进模糊物元分析法[7] 、综合指数法[8] 、评价指数法[9]等，也有利用模型如云模型[10]或利用多種方法[11]进行水安全评价。层次分析法在水安全评价中较多应用在某个城市，如郑州市[12]、成都市[13]、南京市[14]、济南市[15]、襄阳市[16]等。该方法把一个复杂问题表示为不同权重指标的层次结构，通过判断和计算，将人们的经验予以量化，给指标赋予权重，根据权重和每个指标的数值，计算出最终结果，并结合地区的水资源安全综合指数及其等级，提出合理化建议。在水资源安全综合评价中，确定每个指标权重是评价的关键，使用不同权重计算得出的指数不同，得到的最终结果也不同。
本文采用层次分析法，从水效、水量、水质3个方面构建指标体系，对2019年河南省14个引黄受水地级市进行水资源安全综合评价。
2 理论与方法
2.1 构建评价指标体系
进行水资源安全综合评价首先要选取评价指标，指标选取要充分考虑其对水资源安全的影响大小和数据的可获得性，并对其进行分类，选取影响因子较大的指标，以确保评价的科学性。采用层次分析法，将指标分为目标层、准则层、指标层3层，在查阅大量文献并参考专家意见的基础上，构建水资源安全综合评价指标体系，见表1。
2.2 权重计算
（1）构造判断矩阵。首先依据准则层的重要性构建准则层的判断矩阵，然后对指标层的各项指标进行比较，得出指标层和准则层相对重要程度的判断矩阵。
准则层判断矩阵A-B：
A-B=112221121221
水效安全判断矩阵B1-C：
B1-C=132131212121
水量安全判断矩阵B2-C：
B2-C=122121131231
水质安全判断矩阵B3-C：
B3-C=123121213121
（2）计算判断矩阵的最大特征值与对应的特征向量，进行层次单排序和一致性检验。
计算一致性指标CI：
CI=λmax-nn-1（1）
式中： λmax为判断矩阵的最大特征值;n为判断矩阵阶数。
确定平均随机一致性指标RI（见表2）。
计算一致性比例CR：
CR=CIRI（2）
当CR<0.10时，判断矩阵满足一致性要求;当CR≥0.10时，则应适当修改判断矩阵，使其满足一致性要求。
（3）当一致性检验符合要求后，最大特征值所对应的特征向量即为权重向量。各个指标权重与λmax、CR值见表3。
每个指标对水资源安全综合评价的影响不一样，指标值越大越好的称为正向指标，指标值越小越好的称为负向指标（见表1）。为消除量纲的影响，对各指标进行归一化处理：
Ii=xi-xminxmax-xmin （正向指标）
xmax-xixmax-xmin （负向指标）
（3）
式中：Ii为i指标归一化之后的值;xi为i指标的原始值;xmax、xmin分别为i指标的极大值和极小值。
根据归一化处理后的数据和每个指标的权重，计算水资源安全综合评价指数：
I=∑ki=1WiIi（4）
式中：I为水资源安全综合评价指数;k为指标个数;Wi为i指标的权重。
3 实例应用
3.1 研究区概况
河南省引黄受水区主要包括郑州、开封、洛阳、平顶山、安阳、鹤壁、新乡、焦作、濮阳、许昌、三门峡、商丘、周口和济源14个地级市，耕地面积为180多万hm2。引黄改善了河南省水资源状况，引黄受水区在全省农业生产及经济社会发展中发挥着举足轻重的作用。
3.2 评价结果与分析
本文数据来源于河南省各地级市2019年水资源公报和《2019年河南统计年鉴》，各地级市有关指标数据见表4。
根据式（5）计算得出的各地级市2019年水资源安全综合评价指数，结合河南省14个地级市的水资源安全状况，将水资源安全等级划分为不安全（I≤0.25）、基本安全（0.25
4 结 论
本文采用层次分析法，选取9个指标，对河南省引黄受水区14个地级市进行水资源安全综合评价指数计算，然后得出各地级市的水资源安全等级，结果表明：洛阳水资源安全等级为“安全”，郑州、新乡、三门峡、许昌、平顶山、周口、商丘水资源安全等级为“较安全”，安阳、濮阳、济源、焦作、开封水资源安全等级为“基本安全”，鹤壁水资源安全等级为“不安全”。
总体而言，河南省引黄受水区离水资源安全等级为“安全”的要求尚有较大差距，水资源形势依然严峻，需要通过严格供水总量控制、加大节水力度、提高用水效率、改善水质等措施提高水资源安全等级。本文选取的评价指标尚不够全面，构建的水资源安全综合评价指标体系有待进一步完善，在下一步研究中有待深入探索更为科学合理的评价方法。
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【责任编辑 张华兴】