基于AHP—物元可拓模型的岳陽市南湖電排擴容改造工程綜合效益評價

●沈亙熙 姚尉遲 王 雙 何 姣

一、引言

隨著可持續(xù)發(fā)展的觀念深入人心，水利工程項目對經濟、社會和生態(tài)環(huán)境的綜合效益是其立項的重要依據(jù)。提升項目整體綜合的效益評價水平的高度，同時篩選確定適宜的評價方法以及操作行為，方可使得水利工程項目收獲愈發(fā)精準的效益評價結果，減少與實際狀況的出入。湖南省岳陽市南湖電排擴容改造工程（以下簡稱“南湖電排工程”）是一項以防洪排澇為主的水利工程項目，其建設和運行對岳陽市城區(qū)的社會、經濟和生態(tài)環(huán)境都會產生廣泛、持續(xù)和復雜的影響。怎樣能夠在第一時間對它的綜合效益進行科學有理的評價，對水利工程建設進行經驗總結，發(fā)現(xiàn)問題，提出有效應對方案，對此后該區(qū)域的水利工程項目建設發(fā)展起到重要的理論指導作用。

國內外有關綜合效益評價的研究大多采用層次分析法、物元分析法、BP神經網絡等方法。其中，武雪等（2020）基于層次分析法，從經濟、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益三個方面構建了武威屬區(qū)節(jié)水灌溉工程區(qū)域的綜合效益評價指標體系；夏翔等（2020）結合了層次分析法與灰色模糊綜合評價法，建立更加全面的多能互補工程項目的綜合效益評估模型，完整地評價了該工程項目的綜合效益；肖林穎、吳秀芹等（2021）選取熵值法和主成分分析法構建建水縣石漠化治理工程效益評價模型；趙浩楠、趙映慧等（2021）選取了長三角城市群中的26個城市作為研究對象，使用變異系數(shù)法計算指標權重，再運用TOPSIS法確定了各效益的相對接近度，研究相關城市的土地利用效益的時空變化；伏文兵、嚴友進等（2021）選取了包括生態(tài)環(huán)境、成本、技術等指標，構建了基于可拓評價模型的海綿城市綜合效益評價體系；菅毅等（2022）選取TOPSIS法對番茄灌水利用效率等三個方面進行了綜合效益評價，為相關地區(qū)水資源利用問題提供科學的支持。

上述研究成果為本文的研究提供了有價值的參考，但是大多采用層次分析法與模糊綜合評價法構建效益評價模型。因此，本文以南湖電排工程為研究對象，構建了多維度的綜合效益評價體系，首先采用層次分析法計算指標權重，在此基礎上運用物元可拓模型測度南湖電排工程的綜合效益。通過本文研究，一方面為南湖電排工程綜合效益優(yōu)化提供依據(jù)，另一方面也為其他類似的中小型水利工程項目開展綜合效益評價提供參考。

二、南湖電排工程綜合效益評價指標體系

（一）南湖電排工程簡介

南湖是岳陽城區(qū)最大的調蓄內湖，作為一個與洞庭湖相鄰的半封閉型湖泊，是岳陽市用于城市集水、抵御內澇的重要手段，南湖調洪蓄水量可達2107萬立方米。南湖水位主要由南湖電排和南津港低排閘調控。原南湖電排建設于南津港防洪大堤樁號3+573附近，泵站集雨面積154.51km2，電排裝置容量4*330KW（1200ZLB-100），設計揚程4.31m，單機設計出流量4.26m3/s，1995年投入運行。當時南湖電排主要用途是保護漁場，按農田排水10年一遇標準設計，日降低南湖水位6～8cm。工程建成以來，年運行超過100天的有7年，內湖超過最高控制水位27.56m的有6年，為調控南湖水位、減輕岳陽市城區(qū)洪澇災害發(fā)揮了重要作用。但隨著城市化程度的提升和防洪排澇標準的提高，已遠遠不能滿足岳陽市城區(qū)防洪排澇標準的要求。為提高南湖電排站控湖排澇能力，盡量減少城區(qū)洪澇災害發(fā)生，同時滿足生態(tài)景觀和城市發(fā)展需要，根據(jù)岳陽市委市政府的要求，岳陽市長江修防處（現(xiàn)長江洞庭湖水利事務中心）委托湖南省水利水電勘測設計院按照20年一遇暴雨標準，進行了南湖電排工程設計。南湖電排工程將原南湖電排站拆除后原址重建，新裝7臺潛水軸流泵，總裝機容量7000KW，總排水流量66.5m3/s，概算總投資14389.83萬元。該工程于2018年開工建設，2019年5月投入使用，2019年底全部完成。

（二）南湖電排工程綜合效益構成

與傳統(tǒng)城市開發(fā)建設工程相比，水利工程建設主要是對相關河段進行重點治理，提升區(qū)域的防洪能力，為沿岸群眾提供更為安全的生產生活環(huán)境、保障居民的生命財產安全，以推動河段沿岸的經濟社會發(fā)展。因此，本文從社會效益、經濟效益與生態(tài)環(huán)境效益三個角度，選取了9項具體指標設計了針對南湖電排工程綜合效益評價體系。其中：

1.經濟效益。經濟效益主要體現(xiàn)在三個方面：第一，工程項目保障著各堤防保護區(qū)內的防洪安全，發(fā)揮著防洪效益；第二，通過水利項目建設投資既可以拉動區(qū)域經濟增長又可以為地方政府創(chuàng)造財政收入；第三，項目投資本身產生的財務效益。

2.社會效益。南湖電排工程還會對建設地區(qū)社會產生影響，其產生的社會效益主要體現(xiàn)在拉動社會就業(yè)、移民安置、改善施工區(qū)域基礎設施等。

3.生態(tài)環(huán)境效益。工程建設期間還會對周邊的生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，譬如降低施工區(qū)域水質質量、增加施工區(qū)域水土流失量等?？傮w上來看，水利工程項目的實施對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境會或多或少產生負效益，但在采取科學的工程環(huán)保措施后大大降低生態(tài)環(huán)境負效益。當然，由于工程項目的施工規(guī)模、位置和范圍不同，其對生態(tài)環(huán)境的影響也不同，生態(tài)環(huán)境負效益也不盡相同。

（三）南湖電排工程綜合效益評價體系構建

基于綜合文獻研究、數(shù)理模型分析及專家咨詢等方法，構建了如圖1所示的南湖電排工程綜合效益評價的指標體系。首先，南湖電排工程產生的經濟效益主要體現(xiàn)在三個方面：第一，擴容改造后的南湖電排排澇能力大大增強，為減輕岳陽市城區(qū)洪澇災害發(fā)揮了重要的作用；第二，南湖電排工程的稅費總額為505.03萬元，產生的稅費直接增加了岳陽市的財政收入，有助于促進地區(qū)經濟社會的發(fā)展；第三，項目投資本身財務效益較好。該工程整體產出投入比為1.47，經濟內部收益率為12.37%，經濟凈現(xiàn)值為4814萬元，這些指標均高于市場標準值。因此，本文在項目投資經濟效益評價方面主要選取防洪效益、增加政府稅收收入和財務效益三個指標。其次，南湖電排工程的實施關系岳陽市城區(qū)人民生命、財產的安危和社會的可持續(xù)發(fā)展。其社會效益主要體現(xiàn)在：工程建設需要招募大量的工人，間接地為當?shù)貏?chuàng)造了更多的就業(yè)崗位；建設期間需要采購大量的物資和設施，也可帶動當?shù)毓I(yè)、商業(yè)等相關產業(yè)的發(fā)展。最后，南湖電排在建設和運行期間，對施工區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成了影響，因此，在評價生態(tài)環(huán)境效益時，選取了動物多樣性、水環(huán)境質量和水土流失量三個指標。

圖1 岳陽南湖電排工程綜合效益評價指標體系框架

三、南湖電排工程綜合效益評價

根據(jù)圖1構建的評價指標體系，使用層次分析法計算指標的權重，并構建南湖電排工程綜合效益的物元可拓模型。

（一）基于AHP方法的指標權重確定

總結起來，層次分析方法的具體實施步驟如下：

1.建立判斷矩陣。根據(jù)圖1構建的指標體系，構建多層次指標的判斷矩陣。通過指標之間重要程度，并通過打分進行重要性衡量，打分值及其含義如表1所示。

表1 判斷矩陣標度及其含義

2.指標權重的計算與一致性檢驗。在MATLAB軟件中輸入圖1中的指標體系以及上文構建的判斷矩陣，確保通過一致性檢驗后，計算得出各指標的權重，結果如表2所示。

表2 南湖電排工程綜合效益評價體系

（二）基于物元可拓模型的南湖電排工程綜合效益評價

由蔡文教授首次提出的物元分析法主要從定性和定量兩方面處理問題，南湖電排工程的綜合效益中包含的防洪效益、防洪安全滿意度、動物多樣性等指標對評價結果的影響各不相同。模型構建的步驟如下：

1.經典域、節(jié)域與待評物元的確定：

上式中，Poj代表評價南湖電排綜合效益的第j個評價等級，Coi表示指標Poj的第i個評價指標，Poj關于Coi的取值范圍則用Voji表示，經典域的范圍是（aoji，boji）。

式（2）中，P表示的是待評價指標的所有等級，P關于Ci所有等級的取值范圍集合用Vpi表示，節(jié)域的范圍是（apn，bpn）。

式（3）中，R0是待評價物元，P0為評價指標，評價指標P0關于Ci的實測數(shù)據(jù)用Vi表示。

評價指標等級主要分為“差、較差、中、較好、好”五種，定性指標代表各個標準化指標的落實情況，用數(shù)值0-1表示。再參考《水利標準化工作辦法》及其他相關文獻，將指標的評價等級分成：（0,0.2）、（0.2,0.4）、（0.4,0.6）、（0.6,0.8）、（0.8,1）。指標評價的節(jié)域則設置為：（0,1）；定量指標的經典域與節(jié)域則通過咨詢專家、參考現(xiàn)有研究成果得出。具體數(shù)值見表3。

表3 評價指標的經典域及節(jié)域

2.計算關聯(lián)度：

式（4）計算的是指標與等級之間的關聯(lián)度，式（5）則計算了實測數(shù)據(jù)Vi與經典域之間的距離，式（6）計算的是實測數(shù)據(jù)Vi與節(jié)域間的距離。Kj（Vi）的值越大，指標對應等級的隸屬度就越大。如果，Kj（Vi）=maxKjVi，j就是Vi的最終等級。通過專家對定性指標的打分和對項目實際數(shù)據(jù)的分析計算?？梢缘贸瞿虾娕殴こ痰母鱾€指標的特征值矩陣為：p=（0.73,0.2,0.62,0.85,0.36,0.6,0.73,0.68,0.34）T，進而得到各個指標的評價等級：p=（好，較好，好，好，較好，較好，較好，較好，較好）T。

3.綜合關聯(lián)度的計算與評價等級的確定：

Wi是南湖電排工程綜合效益?zhèn)€評價指標的權重，Kj（W0）代表的是綜合關聯(lián)度。若綜合關聯(lián)度小于-1，則表示該評價指標不屬于這個等級；若綜合關聯(lián)度大于-1小于0，也意味著該指標有向該等級靠攏的傾向，且數(shù)值越接近0，指標靠近該等級的趨勢就越強；若綜合關聯(lián)度大于0，則表示此指標屬于該等級。本文測算的南湖電排工程相關數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 準則層各指標及綜合效益的評價等級關聯(lián)度

（三）評價結果分析

計算得出南湖電排工程的4個等級綜合關聯(lián)度為(0.2706，-0.0479，0.0256，0.1026)，根據(jù)最大值原理，南湖電排工程的綜合效益評價結果為“好”，但在生態(tài)環(huán)境保護方面仍需進一步努力。

1.經濟效益評價等級為“好”，說明該工程的經濟效益顯著。其中，在防洪減災效益方面，項目建設產生的防洪效益為1335.20萬元，其中年平均防洪效益為44.51萬元，說明該工程具有良好的防洪效果；項目投資對南湖新區(qū)GDP的拉動為2.066億元，至少可為岳陽城區(qū)帶來505.03萬元的稅收收入，且南湖電排工程的經濟內部收益率、經濟凈現(xiàn)值和產出投入比三個關鍵指標的數(shù)值均遠超行業(yè)標準，說明項目本身具有較好的財務效益。因此，政府應加強城市堤防工程日常管理，加大防洪工程推進力度和水利建設基金征收力度，為城市防洪和防洪工程建設提供堅實的資金保障。

2.社會效益評價等級為“較好”，可見南湖電排工程的優(yōu)勢明顯。社會效益指標中，防洪安全滿意度高達90%，顯示出群眾對工程防洪安全保障工作的信心；工程增加就業(yè)崗位達0.11萬個；在基礎設施改善方面，工程施工期間共改擴建和新建臨時道路711米，其中擴建臨時道路771米，改善了地區(qū)的交通環(huán)境。因此，建議政府加大對城區(qū)防洪排澇工程效用的宣傳，擴大水利工程項目的社會影響力，使得水利工程項目實施帶來的重大影響被社會熟知接納，并深刻意識到其背后的重要意義。

3.生態(tài)環(huán)境效益評價等級為“較好”。項目施工會導致近岸生境的改變，對近岸水生生物的棲息、繁殖產生不利影響，但是整體影響很小，一方面是因為項目單位采取了積極的控制措施，另一方面是施工段的總長度不長，工程施工不致對施工水域產生顯著影響。整體上南湖水質達到國家Ⅳ類水質標準。南湖電排工程建設期間對周邊的生態(tài)環(huán)境帶來了一些負面的影響，但施工單位積極地采取了保護措施，使得各項相關指標均在可控范圍內。

4.綜合效益的評價等級為“好”。根據(jù)南湖電排工程取得的成果，可見水利工程項目實施的重要性。因此，水利工程項目建設期間，應提前分析項目規(guī)劃對城市布局、土地占用和生態(tài)保護等方面的影響，以通過水利工程項目建設的成功實施，推動區(qū)域內的經濟、社會發(fā)展，提升生態(tài)功能，最終實現(xiàn)人水和諧。

四、研究結論與對策建議

（一）研究結論

水利工程項目是國民經濟和社會發(fā)展的重要基礎設施，工程具有好的綜合效益，有助于進一步提升區(qū)域經濟、社會、生態(tài)功能，實現(xiàn)人水和諧。但其生態(tài)效益不具有明顯的優(yōu)勢，在滿足工程需要的前提下，仍需積極推行新工藝、新材料、新措施，盡量降低工程建設期間對周邊生態(tài)環(huán)境帶來的不利影響。水利工程項目的綜合效益評價指標體系隨著項目的發(fā)展也在不斷變化，不同發(fā)展階段的指標評級等級也存在差異。因此，對于適應水利工程項目動態(tài)變化發(fā)展的評價方法還需要進一步的研究。

（二）對策建議

一是加強城市堤防工程日常管理。水利工程項目的生態(tài)效益不顯著，項目在節(jié)省水土流失量和水環(huán)境質量方面的效益較弱。因此，堤防管理部門應持續(xù)抓好穿堤管涵、電排機埠日常管理責任制落實和檢查維修工作，充分滿足防汛排漬需要。加強堤防巡查管理，堅持大堤管養(yǎng)制度化、常態(tài)化、責任化，集中對城區(qū)內湖大堤進行除草清障，實行園林式管理，為市民提供良好的休閑場所。

二是加大防洪工程推進力度。隨著城市建設的飛速發(fā)展，城市防洪排澇能力需要同步提升。建議市委市政府會同市水利局、長江修防中心等水利部門和單位，組織、調研，研究形成“十四五”期間岳陽市城區(qū)重點防洪排澇工程建設規(guī)劃，積極推動一批城區(qū)防洪排澇工程項目的建設實施以保障岳陽市城區(qū)居民生產生活安全，進一步發(fā)揮南湖電排工程的社會效益優(yōu)勢，推動其向“好”等級進一步發(fā)展。

三是加大水利工程項目建設基金征收力度。南湖電排工程經濟效益等級為“好”，優(yōu)勢明顯，但岳陽市作為全國重點防洪城市之一，防洪治澇工程建設任務重，歷史欠賬多，市級財政壓力大。因此，建議政府部門結合“十四五”期間岳陽市城區(qū)防洪排澇工程規(guī)劃征收水利建設基金，為城市防洪和防洪工程建設提供堅實的資金保障。