摘要
邯郸市处于经济高速发展阶段，对水资源的依赖性不断增加，但水资源的匮乏以及枯水年供水不足已严重影响该区域社会经济发展和人民生活水平的提高。为适应邯郸市建设发展的需要，缓解水资源供需矛盾，提高区域供水保证率，现有水工程体系已不能满足新形式下的目标要求，因此，需要对水工程进行优化研究。
本文通过分析邯郸市区域概况、供水工程体系、水资源开发利用现状，提出邯郸市目前水工程体系存在的问题。从水系连通度、河渠通畅度、河渠覆盖度、供水水源数量、河渠互补度、备用水源保证率、供水体系完整度、运行管理状况 8个方面，建立邯郸市供水工程综合评价指标体系。首先，建立整体研究框架，明确需要解决的问题，将问题划分为有区别、相对独立的子问题，然后分别研究各个子问题，将子问题协调连接。结合运用层次分析法与熵权法，以证据理论为基础，构成新的 EM-AHP 法来确定供水工程体系的指标类别及权重，构建了以模糊变换原理和最大隶属度原则的综合评判模型。按照评价指标定性、定量因素混合的特点，引入专家评分方法和模糊数学等理论，对水工程进行综合评价，并划定邯郸市水工程综合评价等级为良。
根据本文提出的评价指标体系，在邯郸市现有水工程体系的基础上，以全面提升供水安全保障能力为目标，并提出优化措施。结合邯郸市水利工程规划，通过实施一系列的水源工程、河湖水系连通工程、农田水利配套工程、水利工程运行管理体制建设等，进一步完善水利基础设施建设，优化水工程体系，构建多水源互补、丰枯年调剂、系统完善的城乡供水保障体系。之后，对优化后的水工程体系进行综合评价，经模拟计算，邯郸市水工程体系等级为优。
研究结果表明，通过与现状水工程体系对比，在实施一系列的优化治理措施后，邯郸市供水工程体系基础设施得到进一步完善，供水安全保障能力得到了一定的提升。通过对邯郸市水工程体系优化项目的经验总结，认为本文建立的优化体系具有一定的现实意义，可为相关部门决策提供一定的依据，为后续类似项目提供参考借鉴。
关键词： 水工程；评价指标；综合评判模型；体系优化；邯郸市。
Abstract
Handan in the stage of rapid economic development and its dependence on water resources is increasing, However, the lack of water resources and the shortage of water supply in dry years have seriously affected the socio-economic development of the region and the improvement of people's living standards. In order to meet the needs of construction and development of handan, alleviate the contradiction between supply and demand of water resources, and improve the guarantee rate of regional water supply, the existing water engineering system can no longer meet the target requirements under the new form, so it is necessary to optimize the study of water engineering.
This paper presents the problems existing in the current water engineering system of Handan by analyzing the regional overview, the water supply engineering system, and the status quo of water resources development and utilization in this city. The comprehensive evaluation index system for the water supply project in this city was established from eight aspects including the water connection, river channel smoothness,channel coverage, the number of water supply sources, river channel complementarity,reserve water source guarantee rate, water supply system integrity, operational management status .Firstly, established a comprehensive research framework and identify the problems that need to be solved, divided into different and relatively independent sub-problems, then study each sub-question separately and coordinate the sub-problems.Combined use the analytic hierarchy process and the entropy weight method, based on the evidence theory, a new EM-AHP method is established to determine the index categories and weights of the water supply engineering system, and a comprehensive evaluation model based on the principle of fuzzy transformation and the principle of maximum membership degree is constructed. According to the characteristics of mixed qualitative and quantitative factors of evaluation index, expert scoring method and fuzzy mathematics theory were introduced to carry out the comprehensive evaluation of water supply engineering, and the comprehensive evaluation grade standard was determined as good in Handan. According to the evaluation index system proposed in this paper, on the basis of the existing water supply engineering system in this city, the optimization measures are put forward to comprehensively improve the water supply security capability.
In combination with the water supply project planning of Handan city, through the implementation of a series of water source projects, river and lake water system connection projects, farmland water conservancy supporting projects, water conservancy project operation management system construction, etc., to further improve the water conservancy infrastructure construction, optimize the water engineering system, constructed a multi-water source complementary, rich and dry year adjustment,and a well-established urban and rural water supply security system.After that, by calculating the comprehensive evaluation of the optimized water engineering system got the grade of the water engineering system of Handan city is excellent.
The results show that through the comparison with the current water supply engineering system, after implementing a series of optimized treatment measures, the infrastructure of the water supply engineering system in Handan city has been improved, and the water supply security guarantee capability has been improved.By summarizing the experience of the water project optimization project in Handan, it is believed that the optimization system established in this paper has certain practical significance, which can provide decision-making basis for relevant departments and provide reference for subsequent similar projects.
Keywords: Water engineering; Evaluation index; Comprehensive evaluation model;System optimization; Handan。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义。
随着社会的发展以及人们生活水平的提高，水资源短缺已成为世界性问题。
研究在水资源开发、管理、保护、利用过程中，如何使其在促进生态环境与社会经济协调良性发展中发挥最大的综合效益，已经变得非常重要和迫切[1]。人类为了充分开发和利用水资源，已兴建和正在兴建各种水利工程。实践证明，水利工程对一个国家的国民经济具有重要的作用[2-3]。
河北省邯郸市本就是极度资源型缺水的区域之一，用水形势十分紧张，随着社会经济繁荣发展及城镇化的推进，水资源供需矛盾日益突出，已严重威胁区域内水资源水环境安全。现有水工程体系已不能完全满足新形势下的目标要求，因此，全面考察、调研邯郸市水工程现状及发展规划，从实际出发，研究水工程体系指标构建，对现有的供水工程作出全面的评价、系统分析水工程优化方案及实施计划，提高水工程体系评价标准显得尤为重要[4]。
通过水工程体系优化研究，提出多水源互补、丰枯年调剂，构建完善的城乡供水保障体系，为区域供水安全保障提供有力支撑，为邯郸市经济社会的持续发展奠定坚实基础。具体表现为：一是保障经济社会可持续发展，经济社会的快速发展，对水资源的基础支撑和基础保障作用提出了更高的要求；二是实现水资源可持续利用，随着经济社会的发展，人们对水资源提出了更严格的要求，如何解决水资源匮乏的问题，坚持人水和谐，是实现邯郸市水资源可持续利用的必然选择；三是适应新形势下国家水资源配置战略要求，预防因排污量增加、治理不力，导致水污染加剧，并且随着南水北调中线工程、引黄入邯工程、生态水网工程等水利工程的实施，如何做好外调水和当地水的合理配置，保障邯郸市城乡供水、生态修复、改善水环境、实现地下水采补平衡，是一个重要的问题[5-6]。
综上所述，针对新形势和新问题，通过全面分析、深入研究，从宏观上和战略上统筹协调水资源的开发、利用、保护、管理等关系，提出完善的城乡供水体系架构，对实现丰水区与缺水区、丰水期与枯水期、河流与湖库的资源互补具有战略意义，对指导区域水资源管理与供水工程建设具有重要作用。
本文研究的水工程仅指以供水为目的的蓄、引、提、调工程及地下水、污水回用等水源工程。
1.2 国内外研究进展。
水工程体系优化是一个比较新颖的概念，目前国内外尚没有专门的文献对其进行一个全面系统的描述。对水工程体系进行优化首先要了解建设项目，其次构建指标体系对其评价并进行水资源优化配置，更好的提高供水效率。因此，围绕水工程体系构建及优化研究主要集中在水利工程项目后评价、指标体系构建以及水资源优化配置等方面，本文对研究现状的论述也从这几个方面综合展开。
1.2.1 水利工程项目后评价研究进展。
国外对水利工程项目后评价的研究早在 20 世纪 30 年代就已经开始，通过E.L.C.L.Fish 等的努力，业界广泛接受在水利建设项目中运用定量分析方法对项目进行经济和环境效益综合评价。此后，关于水利工程项目的经济评价方法开始应用到实践中。1930 年，美国政府对一些水利工程项目的经济效益进行了评价分析，60 年代以后，国外对水利工程项目的效益评价系统已经逐渐形成一套完整的理论和方法体系，在考虑经济效益的同时还关注社会效益和环境效益。1980 年，美国水资源委员会正式提出，水利工程项目除了要考虑国民经济效益之外，还要考虑到生态效益、社会效益和经济效益等[7-8]。Sadoddin 等以澳大利亚新南威尔士州的Little 流域为研究案例，采用贝叶斯决策网络方法构建了包含生物物理、社会、生态和经济等因素的模型，分析了不同管理场景对陆地和河岸生态的影响，运用概率方法对管理方案的生态影响进行评估，最后认为不同管理场景会对生态产生不同影响[9]。Luo S 等，提出了基于 DPSIR 模型反映指标间因果关系的水利工程生态环境影响评价指标，从环境保护的角度评价工程的合理性和可行性[10]。Gao&Liu用灰色模糊评价法对淮河工程进行了后评价，结果表明，灰色模糊评价方法在一定程度上降低了影响项目后期评价的主观因素的影响，使定性问题成为可能[11]。
Wang 等提出了一种改进的生物环境模型用来评价水利工程项目建设对流域中生态系统的改变和对鱼类生存环境的影响[12]。
我国学者对水利工程项目后评价研究起步较晚，但发展速度快，李檬在《潍坊市引黄入白工程项目后评价研究》一文中，结合潍坊市引黄入白工程项目的实际情况，构建了 4 个方面共 10 个二级指标的评价指标体系，运用层次分析法确定各指标权重，最后进行了综合后评价，得到了该项目的后评价结论[13]。邹碧应用了可变模糊集理论的综合评价方法，以江苏省水利规划为实例，从环境质量、水文泥沙、生态环境、环境风险、自然资源等方面分析各要素和环境之间的相互关系，并对主要环境要素的影响程度、影响性质、影响持续性等进行了全面系统的环境影响识别研宄，提出了该区域水利工程的环境影响评价指标体系[14]。张萌萌对水利工程后评价的理论和方法进行了讨论，总结了我国水利工程项目后评价存在在的问题，预估了未来的发展趋势[15]。陈志国采用模糊层次分析法，分析了项目后评价在葫芦岛市的高标准农田水利工程中的应用[16]。
1.2.2 指标体系构建研究进展。
层次分析法由萨蒂在 1984 年提出，该方法适合于处理复杂因素问题，应用主要集中在多指标建模中，是一种综合性的研究方法[17]。查尼斯和库珀等（1998）提出了系统分析方法，该方法基于“相对效率评价”概念，也被称为数据包络分析法，为工程体系评价及优化开阔了新的研究视域[18]。约瑟夫侯雷 (Joseph S.Wholey)提出了一种评价和改进政府绩效的策略，内容包括设计评价、快速反馈评价、绩效监控和项目管理评价。其中项目的绩效可通过合理的项目目标、重要的附加效益和性能指标等评价指标来体现[19]。
我国的徐双敏研究发现，硬指标和软指标是评估中要重视的指标，所谓“硬指标”主要是能被量化的指标，数量化的指标用途为经济审核。所谓“软指标”一般以描述为主，难以量化的要素，主要是实现社会评价[20]。王琳，提出了以洪灾损失最小为目标函数、以水文学和水力学相结合的洪水演进方程等要求为约束条件的北江中下游防洪体系优化调度策略框架。进一步对北江中下游防洪体系的指标构建及科学管理模式进行了讨论[21-22]；梁燕哲在《卫生监督效能评价指标体系构建及其实证研究——以甘肃省为例》选取 26 个卫生监督指标，用平衡计分卡构建指标体系，再运用模糊评价法对甘肃省卫生监督情况做实证研究，对本文构建指标体系的框架具有一定的启发作用[23]。常波峰在省级煤炭安全生产监督效能评价指标体系构建及应用研究一文中，结合行政监督和煤炭行业的特点，运用层次分析法以及监管业绩、监管成本、内部管理、创新与发展等指标，构成了生产安全监督机关监督效能的指标体系。张颖宇在基于“智慧城市”理论的智慧水利工程管理——以江西省新余市渝水区为例一文中提出了智慧水利工程管理的新理念，搭建了智慧模式下水利工程管理建设理论框架，其中主要包括建设内容、参与主体、智慧水利工程、建设机制；朱党生采用模型方法建立水利工程规划设计关键生态指标体系。在对流域中生态系统基本结构与主要功能进行分析的前提下，确定了五个体系属性层，研究不同属性包含的生态要素，同时细分若干要素层。结合水工程的阶段划分与规划设计主要类型，充分考虑各空间尺度效应，构建体系对应的结构框架，同时采用先进分析方法，确定体系指标。这一体系同时具备多维度、多层次特点，可应用在多种空间尺度以及处在多种规划设计阶段的水利工程中[24-26]。
1.2.3 水资源优化配置研究进展。
国外的水资源配置理论与方法研究最初起源于 Masse 提出的水库优化调度问题，20 世纪 60 年代初期，科罗拉多的几所大学分析了需水量预测方法并初步体现了水资源供需平衡的思想。1978 年 Singh 等应用 AHP 和大系统分解原理对流域系统分解和控制理论进行了深入研究。1992 年，在以色列南部 Eilat 地区 Percia 等以经济效益最大为目标建立了多水源、多用户区域管理模型，考虑了不同部门对水质的不同需求；Nathant 等采用动态的合理优化配置模型对 6 个水流域、2 个地表水库和 1 条河流构成的综合水资源系统进行科学计算；1997 年，H.S.Wong 考虑地下水减少、水质恶化等问题的影响，建立了多水源互补配置与调度模型，同时，采用优化算法对模型进行求解。之后，在水资源优化配置模型的求解中，渐渐引入了各种神经网络、遗传算法、粒子群法等智能优化算法[27-30]。
我国水资源分配研究相对国外较晚些，有学者始于 20 世纪 60 年代对水库优化调度进行了研究，20 世纪 80 年代初，我国学者华士乾教授以北京地区为研究对象在综合考虑水资源开发利用、水量分配等因素对社会经济的影响下，利用系统工程方法研究水资源优化配置，其成果是我国水资源配置研究的雏形[31]。郎连和主要围绕水资源合理配置达到高效节水来研究大连市水资源可持续利用问题；2010 年，严登华等将低碳发展理念引入水资源合理配置中，提出了相应的研究框架，随后又建立的相应的配置模型，为应对未来变化环境和水资源危机起到了一定的作用；胡荣花从地表水和地下水 2 方面分析了任丘市水资源现状，对水资源进行供需预测，提出了水资源配置方案、改进措施等；卢泽雨利用改进的遗传算法 GA 基于三项基本原则对岳城水库进行了多目标水资源优化配置；刘德地等利用协同学理论建立了综合效益最大的多目标水资源优化配置模型，并采用混沌算法和声搜索算法进行求解[32-33]。
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1.3 主要内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新性说明
1.3.3 技术路线
第 2 章 区域概况
2.1 自然地理概况
2.1.1 地理位置
2.1.2 河流水系
2.2 邯郸市水利工程现状
2.2.1 蓄水工程
2.2.2 灌区
2.2.3 闸涵
2.2.4 地下水供水设施
2.2.5 南水北调工程
2.2.6 引黄入邯工程
2.2.7 引黄入冀补淀工程
2.2.8 排水工程
2.3 社会经济
2.4 水资源开发利用现状
2.4.1 供水量
2.4.2 用水量
2.5 供水工程体系存在问题
第 3 章 水工程综合评价指标体系
3.1 指标体系构建原则与方法
3.1.1 评价指标及指标体系
3.1.2 评价指标构建原则
3.1.3 指标体系构建的方法
3.2 综合评价指标体系的构建
3.2.1 评价指标体系框架结构
3.2.2 连通性指标体系
3.2.3 互补性指标体系
3.2.4 完善性指标体系
第 4 章 基于水安全保障的水工程体系综合评价模型
4.1 水工程体系综合评价模型概述
4.2 水工程体系综合评价模型的构建
4.2.1 权重确定的方法
4.2.2 隶属度模型的构建
第 5 章 邯郸市水工程体系综合评价
5.1 评价指标体系的建立
5.1.1 连通性指标建立
5.1.2 互补性指标建立
5.1.3 完善性指标建立
5.1.4 指标体系的建立
5.2 基于层次分析法与熵权法组合的权重的计算
5.2.1 熵权法确定权重
5.2.2 层次分析法确定权重
5.2.3 组合权重确定
5.3 水工程体系隶属度计算
5.3.1 建立评价等级标准
5.3.2 构建隶属度矩阵
5.3.3 建立综合评价集
第 6 章 水工程体系优化方案
6.1 水工程体系优化目标
6.2 水工程体系优化措施
6.2.1 完善引水工程配套体系建设
6.2.2 继续实施河湖水系连通工程
6.2.3 加强农田水利建设
6.2.4 深化水利工程运行管理体制改革
6.3 优化后水工程体系综合评价
6.3.1 优化后的指标体系
6.3.2 权重的计算
6.3.3 建立综合评价集
结论
本文在分析了邯郸市水资源开发利用现状的基础上，建立了基于水安全保障的水利工程体系综合评价模型，对邯郸市供水工程体系进行了综合评价，并提出了优化措施，取得的结论有以下几点：
（1）本文介绍了邯郸市供水工程现状，并对邯郸市 2011~2015 年供用水情况进行了系统分析，提出了邯郸市供水工程体系现状存在的主要问题。
（2）本文详细分析了现状年水资源开发利用现状，并在此基础上，提出了以构建多源互补、丰枯调剂、系统完善城乡供水系统为目标的评价指标体系，通过确定综合指标权重，构建基于模糊数学的隶属度模型，经综合评价，评价等级隶属于良好。
（3）在现状评价的基础上，针对供水工程体系存在的短板，提出了邯郸市供水工程体系优化目标和优化措施，并对优化后的工程体系进行了综合评价，评价等级隶属于优。
参考文献
