多尺度高效用水评价

摘要： 城市水资源供需矛盾日益加剧，水资源的瓶颈对我国的城市发展的制约作用日渐明显。我国的城市节水管理，应尽可能不断提高水的利用效率。针对干旱的海河流域城市，运用TOPSIS法，从城市、用水户和用水器具的尺度进行了多尺度水资源高效利用评价体系研究。

Abstract： The contradiction between supply and demand of urban water resources is increasing day by day， and the bottleneck of water resources restricts the urban development of China. China's urban water-saving management should be as much as possible to improve water use efficiency. Based on the TOPSIS method， a multi-scale evaluation system for efficient utilization of water resources in the Haihe River Basin was established from city， water users and water appliances.

关键词： 多尺度；高效用水；TOPSIS法

Key words： multi-scale；high efficiency water use；TOPSIS method

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0036-03

0 引言

一般而言，水文尺度包括空间尺度和时间尺度。以尺度的大小通常分为微观尺度、中观尺度和宏观尺度三类。不同的水文过程发生在不同的尺度上，并且每一尺度上的（主导）优势过程不同，随着尺度变化。在水文尺度转换问题中一个十分关键且尚未解决的难题是如何把不同的时空尺度联系起来，实现宏观和微观的水文过程在尺度上的衔接与综合。在尺度转换存在的问题是不同尺度建立的基本理论和确定的重要参数不能互相移植的主要原因。

很多学者对多尺度评价的问题进行了研究[1-2]。白卫国等[3]应用层次分析法，建立草地生态系统可持续发展的评价模型和评价指标体系，并首次对评价指标体系在中国西部-区域-地区三种尺度上进行尺度扩展作了探索。

学者对水资源的评价进行了相关研究[4-13]。刘毅等[14]基于可持续发展理念，分析了水资源可持续利用的特征，构建了评价水资源可持续利用的评价指标体系，从水资源现状、水资源利用效率、水资源可持续利用压力和水资源可持续利用能力四个方面对水资源可持续利用状况进行了综合评价。城市节水的最佳发展方向是可持续发展，正确评价城市现阶段的节水水平对制定今后切实可行的节水目标、计划、政策以及水资源的开发、利用、管理的决策有重要作用。

目前，对水资源效率的评价是从单方面进行的，缺乏对水系统多方面的综合分析和评价，建立的评价指标体系缺乏多尺度扩展，用水效率的多尺度评价尚不多见。本研究从器具、用水户、城市等多种尺度建立模型，对城市水资源利用效率加以评价。在识别出在器具、用水户、城市等不同尺度下影响水资源效率的主要因子，建立安全高效用水基础理论体系的基础上，从器具、用水户、城市多种尺度，采用系统评价方法建立城市水资源利用效率评价模型。

1 城市高效用水评价指标的构建原则

城市高效用水的主要环节为：自然水体、输入管道、供水厂、配水管网、用户、排放。城市节水的重点环节为供水厂用水、配水网漏失、各类用户的用水。城市的用水效率评价，需要综合考虑城市的用水情况。

城市节水水平评价应坚持可持续发展原则，城市高效用水评价指标体系的构建遵循以下原则：①力求全面。所选指标尽量涵盖城市用水的各个环节；②体现层次。所选指标既能反映总体情况，又能反映各分类、各单项情况；③相对独立。所选每个指标均反映一个侧面情况，指标之间尽量不重复交叉； ④定性与定量相结合。所选指标即有定性描述的，又有可量化的；⑤综合性与单项性相结合：所选指标既有反映综合情况的，又有反映单项情况的；⑥可比性。一个城市的用水效率水平，由于产业结构、水资源条件以及各个行业现状技术工艺的限制，用水效率水平各不相同。

2 评价方法-理想点（TOPSIS）方法

TOPSIS首先是由Hwang and Yoon[15]提出的用于解决多准则决策问题的方法。TOPSIS法的基本原理是借助于多准则决策问题的“理想解”和“负理想解”来排序，以确定各方案的优劣。“理想解”是指一设想的最优解（理想方案），其各项指标值均达到各方案中的最优值；“负理想解”则相反。将各处理（方案）的实际解（多项指标）与理想解及负理想解作比较，若某一方案的解最靠近理想解，同时又远离负理想解，则该解即为方案中的最优解，对应的处理即为最优方案。

对于本文的高效用水评价来说，方案就是各城市（用水户或器具）用水情况，多准则特性指各评价指标对应的指标值用xij表示，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n，则可得到有限方案的多目标评价矩阵 X=（xij）m×n，可用TOPSIS进行求解。

3 多尺度高效用水评价

不同尺度上，水资源有效利用的代表的含义不同。不同尺度评价时，所选择的指标也应有差异，针对不同的对象选取不同的评价指标。在考虑指标体系时，主要考虑指标之间的非相关性和代表性。三个尺度的指标体系在框架上具有相似性和关联性，但在具体指标选取上存在一定的差异。城市水资源利用效率是一个多层次、多目标的系统，从不同的尺度得出的结论不尽一致；在同一尺度下，各项指标的分析结果也难以完全统一。通过单一尺度或指标并不能有效地反映城市水资源利用效率的高低。因此考虑从城市、居民用水户和用水器具多种尺度建立评价模型，对城市水资源利用效率加以评价。

城市高效用水的评价（见表1），指标的选择既要反应整个城市的节约用水水平，又要体现工业、农业和生活不同方面的用水状况。

反应整个城市用水效率的综合指标，主要包括人均水资源量，水质达标率，城市人均综合用水量，再生水利用率，城市污水处理率，自来水漏失率。

反应城市工业用水的指标，主要有万元GDP耗水量和工业用水重复利用率。万元GDP耗水量，是一项综合经济效果的水量指标，反应了工业用水的宏观水平。工业用水重复利用率能够反应工业用水的重复利用程度，是评价城市工业用水的重要指标。

生活用水方面，节水器具的普及率。

城市居民用水户高效用水评价指标体系（见表2），包括饮用水拖地和扫卫生（含餐具洗刷），洗浴，洗衣服，冲厕。

用水器具高效用水评价指标体系（见表3），包括用水量（每日），价格，用户的接受程度。

针对这些指标的特征值，计算城市的高效用水评价，则存在越大越优和越小越优两种情况，采用相对模糊数学进行计算。选用8个因子作为评价指标。

对目标进行规格化处理，对效益性和成本性目标分别计算如下：

4 结语

通过对生活用水器具马桶的改变，使用更节水型的马桶，从器具、用水户和城市的不同尺度对用水效率进行评价。分析以下情境下的用水效率及其尺度转换，将6L型马桶更换为3/6L型。根据对人的用水行为的调研，人均日用大小便次数，进行测算。每个人的器具日用水量由42L 减少至24L，用水效率提高。相应的用水器具改变后，相对用水户尺度而言，其指标值个人每日冲厕的平均水量减少，其相应的用水效率提高。相对城市尺度而言，其指标值居民节水器具普及率和每日人均用水量相应改变，普及率越大越优，而每日人均用水量越小越优，因此马桶更换为更节水型马桶后，城市的用水效率相应提高。

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