摘要：水利现代化是由传统水利向现代水利转变的动态的、渐进的发展过程，科学评估水利现代化进程，对推进中国水利建设，促进社会经济的可持续发展具有重要意义。本文采用集对分析-可变模糊集评价模型和基于指数超标法的赋权重方法对2011年中国31省（市、区）的水利现代化水平进行综合评价，并分析研究2008-2011年间水利现代化指数的时空变化特征。研究结果表明：2011年中国水利现代化指数为3.28，处于水利现代化快速发展阶段。全国31个省（市、区）中，高于全国水利现代化平均水平的区域有21个。2008-2011年中国水利现代化指数分别为3.12、3.16、3.17和3.28；西藏、青海等19个省级区域水利现代化发展速度高于全国水利现代化增长平均水平。通过比较不同评价模型和不同赋权重方法对水利现代化评价的影响，可以看出，基于集对分析-可变模糊集评价模型和指数超标法赋权重方法可以在较少人工干预的情况下快速评价中国水利现代化程度，其结果与全国水利现代化实际水平较为一致，可为中国水利现代化规划和水资源管理提供理论依据。

　　关键词：水利现代化；集对分析；可变模糊集；指数超标法；中国

　　1、引言

　　中国水利的发展长期滞后于经济社会的发展，是制约中国经济社会可持续发展主要瓶颈之一。如何使水利建设适应国民经济发展的需要，已成为全社会普遍关注的问题。进行水利现代化研究，加快推进水利现代化进程，对实现国家现代化、促进社会经济可持续发展及实现生态文明具有十分重要意义。

　　水利现代化是以持续增强水利保障能力为目的，以水资源可持续利用支撑社会经济发展为根本的动态变化过程。在发达国家，水利现代化的进程可划分为以单目标开发为主的水利建设时期、以多目标开发为主的大规模水利建设时期、以现代水管理为中心的综合治理时期和人水协调可持续发展时期4个阶段。水利现代化发展涉及社会、经济、管理、生态、科技等多个领域，这就决定了水利现代化评价必然是一个多指标综合评价的问题。

　　卢真建等先后采用层次分析法、模糊评价法、属性识别法等多种评价方法和不同评价指标体系对中国江苏、广州、山东、上海等各省级区域水利现代化进行评价。由于所采用评价指标体系有较强的地域性特点，难以从整体上客观反映全国水利现代化程度和对比分析区域间水利现代化进程差异。

　　张旺等采用指标打分法和等权重方法对2010年全国31个省（市、区）水利现代化进行定量化评价，但评价过程中采用等权重法而忽略各指标间的相对重要性，从而对评价结果造成了一定影响。因此，进一步完善中国水利现代化评价方法，并客观反映中国整体及区域水利现代化进程的研究十分必要。

　　本文采用集对分析-可变模糊集评价模型和基于指数超标法的赋权重方法对2011年中国31省（市、区）的水利现代化水平进行综合评价，并分析2008-2011年间水利现代化指数在时间和空间上的变化特征，旨在从整体上把握中国水利现代化实现程度并揭示区域间水利现代化水平差异及原因，定量分析不同评价模型和不同赋权重方法对水利现代化评价结果的影响，论证采用集对分析-可变模糊集评价模型和指数超标法赋权重方法在中国水利现代化评价中的科学性与可行性。

　　2、研究方法

　　2.1集对分析方法

　　集对分析方法是中国学者赵克勤于1989年提出的一种将系统内确定性、不确定性及确定性与不确定性之间相互作用进行数学定量分析的方法。

　　集对分析将评价样本{xpj|p=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m}和评价等级{Sk|k=1，2，3，…，K}看作一个集对,进行同、异、反的定量分析，其中n为样本总数；m为每个样本指标总数；K为等级数。计算联系度u如公式（1）：u=a+bI+cJ（1）式中a为同一度；b为差异度；c为对立度；a+b+c=1，且a，b，c均非负；I为差异度系数，表示不确定、数据缺失等情况，I∈[-1,1]；J为对立度系数，值通常取-1。

　　简单集对分析方法设样本属于某等级的指标总数为A，不属于该等级的指标总数为C，无法断定隶属等级的指标总数为B，则a=A/m，b=B/m，c=C/m。

　　这种处理方法只能粗略地根据a，b，c对隶属等级进行简单分析，未考虑综合隶属于等级的程度，也未考虑各指标的权重，难以比较等级相同的区域水利现代化差异。为弥补集对分析方法的不足，评价时引入可变模糊识别方法。

　　2.2可变模糊识别方法

　　可变模糊识别方法是对传统模糊评价方法的进一步推广，也是对传统模糊识别方法的深入和完善。近年来广泛应用于区域干旱等级、河流健康、水利现代化、洪水风险等评价研究中，验证了评价模型的适用性。通过设置对吸引域和排斥域的相对隶属度，构造相对差异函数，从而进行定量化评价。但在构造相对差异度函数时，需要模型计算者经验确定可变吸引域、排斥域的边界与极值，使模型具有一定主观性。通过集对分析思想直接构造可变模糊集联系度函数的方法过程简单、且需要较少人为干预，同时能比较等级相同区域水利现代化程度，客观评价水利现代化等级。

　　2.3集对分析-可变模糊集模型构建方法与评价步骤

　　本文构建了基于集对分析-可变模糊集模型的水利现代化评价方法，步骤如下：

　　（1）根据研究区域具体情况，确定水利现代化评价指标体系、相关指标等级标准值。

　（2）基于集对分析思想，根据公式（2）计算集对模糊联系度，分析样本指标值xpj与水利现代化程度级别k之间联系度upjk：upjk=ì1(x落在标准集k内)1-2|Mjk-1-xpjMjk-1-Mjk-2(x落在相邻标准集k-1内)1-2|xpj-MjkMjk+1-Mjk(x落在相邻标准集k+1内)-1(x落在其他标准集合内)（2）式中Mjk为各等级指标的界限值；upjk为反映样本指标值与级别标准集的同、异、反关系。样本指标值处于所讨论类别标准集内则为“同”，upjk=1；处于所讨论类别标准集的相邻标准集则为“异”，-1<upjk<1；处于其他标准集内则为“反”，upjk=-1。

　　（3）结合样本指标权重，构建样本与评价标准等级k之间的相对差异度upk：upk=Σj=1mwjupjk（3）式中wj为评价指标权重值；联系度upk在区间[-1，1]内取值，若upk=-1，则表示两个集合呈完全不相似性；若upk=1，则表示两个集合呈完全相似性。随着upk增大，集合间差异性越小。

　　（4）upk即为可变模糊集“A与B间的相似属性”的一种相对差异度函数，由可变模糊集评价方法可知，该模型的相对隶属度函数rpk可由公式（4）计算：rpk=(1+upk)/2（4）

　　（5）基于以上计算的相对隶属度，按隶属度最大类别可以判断水利现代化等级。采用公式（5）计算得到的级别特征值变量k*，可以避免应用最大隶属度原则判断造成的判断失真。所得到的级别特征值k*即为水利现代化指数：k*=Σk=1|rpkΣk=1Krpk（5）

　　2.4权重确定方法

　　在目前水利现代化评价中，常用的赋权重方法有等权重法、专家打分法、指数超标法、熵权重法等。等权重法使用简单，但未能考虑到不同指标间相对重要性，评价结果易受影响。熵权重法即把待评价单元信息进行量化与综合化，已在水利现代化、河流健康及干旱等级评价等众多水问题研究中广泛应用。

　　本文采用指数超标法确定各评价指标的权重。指数超标法来源于物元分析模型，通过设置合格标准集，采用超标较严重的指标应占有较大的权重值的思想确定各个指标权重。该方法操作简单，具有较好的物理意义。本文指标合格标准集为水利现代化发达阶段标准集，权重wj计算公式为：wj=UjSjΣj=1mUjSj（6）式中m为指标个数；Sj为指标合格标准均值；Uj为指标均值。

　　3、中国水利现代化评价体系

　　本研究采用了2013年张旺和庞靖鹏等提出的全国水利现代化评价指标体系和指标标准集参考值。该指标体系按三层结构设计，即：目标层、准则层、指标层。准则层一共4项准则，分别为水利安全保障、水资源可持续利用、水生态环境保护及水利管理。指标层包括12个指标。这4项准则12个指标基本上覆盖了水利现代化的各个方面，且与2011年中央一号文件提出的4个体系基本对应。

　　根据文献提出的中国水利现代化阶段划分标准，结合集对分析-可变模糊集模型所得出的特征值量区间，提出适用于本研究的水利现代化评价5个阶段的指数区间。

　　4、评价结果比较

　　水利现代化的评价结果受指标体系、评价模型、权重赋值方法等多种因素影响。本文采用3种评价模型（集对分析-可变模糊集模型M1；传统可变模糊集模型M2；指标打分法M3）和3种赋权重方法（指数超标法W1；等权重法W2；熵权重法W3）对2011年中国31个省级行政区水利现代化评价结果进行比较，并采用相关系数和相对误差两个指标定量分析不同评价模型和不同赋权重方法对评价结果的影响。

　　评价模型对结果的影响：传统可变模糊集模型与集对分析-可变模糊集模型评价结果相比，相关系数为97.34%，相对误差为-0.04%；两种方法在水利现代化评价结果上具有较好的一致性，但传统可变模糊评价模型需要人工设置吸引域、排斥域的极值点，具有一定主观性。指标打分法与集对分析-可变模糊集模型相比，相关系数为84.49%，相对误差为0.09%；指标打分法在水利现代化程度较高的地区（如北京、天津、上海、浙江等）评价结果高于集对分析-可变模糊集模型。这是因为这些区域有多项指标值已超过水利现代化发达阶段标准，在指标打分法中打分为满分；而在以模糊数学为理论基础的评价模型中，指标值超过发达标准值的多少仍制约评价结果，从而产生差异。

　　权重方法对结果的影响：应用指数超标法计算中国水利现代化指标权重，权重值顺序与指标顺序一致，各指标权重计算结果为：W1=[0.114，0.075，0.089，0.060，0.062，0.093，0.091，0.065，0.068，0.039，0.163，0.080]根据指标权重值可知，河道外计划取水目标完成率权重赋值最小，则该项指标达标情况最好；水文站网密度权重赋值最大，该指标达标情况最差，与实际情况相符。等权重法与指数超标法评价结果相比，相关系数为87.78%，相对误差为6.20%，出现了过高评价现象，这是因为指数超标法针对完成率较差的指标赋予较高的权重，而等权重法将不同完成率的各种指标赋予相同的贡献率，从而使评价结果升高；熵权重法反映了指标值的无序性，得出指标权重值为：W3=[0.113，0.017，0.068，0.042，0.040，0.012，0.101，0.037，0.152，0.010，0.389，0.018]熵权重法计算结果与指数超标法相比，相关系数为89.49%，相对误差为-6.87%，出现了过低评价现象，这是因为水文站网密度指标值全国呈个别区域较大、总体较低的现状，从而使该指标在熵权重中占有较大比重，从而降低了模型评价结果。

　　总体来说，基于集对分析-可变模糊集模型和指数超标法的权重确定方法可以为中国水利现代化评价提供较为科学合理的评价结果。

　　5、中国水利现代化水平时空变化特征分析

　　5.1水利现代化水平空间变化特征

　　采用集对分析-可变模糊集模型和指数超标法的赋权重方法计算2011年中国31省（市、区）水利现代化指数。

　　2011年中国水利现代化整体水平为3.28，处于水利现代化快速发展阶段。全国31个省（市、区）中，高于全国水利现代化水平的有21个，占全国67%。其中北京、天津、上海、山东、河北分别排在前五位，这些城市处于水利现代化基本实现阶段，水利的发展逐步适应了经济、社会、生态的协调发展。排位在后五位的省（市、区）为广西、内蒙古、黑龙江、贵州、甘肃，多处于中国内陆地区，这表明中国水利现代化发展存在着地区不平衡的问题。为反映中国水利现代化空间变化特征，计算2008-2011年各省（市、区）水利现代化指数均值。

　　2008-2011年间中国大多数区域处于水利现代化快速发展阶段。全国水利现代化程度呈明显东部沿海地区较高，中西部地区较低的态势。东部沿海因其经济发达，具备发展水利现代化的物质基础，水利现代化指数均值较高；但由于城市化、工业化等因素，水生态环境的保护是该区域的关键问题。而在西北、西南等区域经济欠发达，水利基础设施建设不足，可能是导致该区域水利现代化水平不高的主要原因。

　　5.2水利现代化水平时间变化特征

　　2008-2011年中国水利现代化指数分别为3.12、3.16、3.17和3.28；各年指数比上一年度分别提高0.03、0.02和0.10，表明中国水利现代化建设正在逐步推进，且发展速度在2011年明显加快。2008-2011年4年间全国水利现代化指数平均增长0.05，以此值为界，将高于此值则划分为快速增长区域。

　　可以对2008-2011年间全国各省（市、区）水利现代化增长速度进行分析。

　　基于评价结果可知：中国水利现代化进程加快势头良好，其中经济欠发达地区近年来水利现代化增长水平明显高于全国平均水平，而经济发达地区水利现代化发展速度存在减缓趋势。全国包括西藏、青海等19个省级区域水利现代化发展速度快于全国水利现代化增长平均水平；按此增长速率，2020年中国大部分地区即可进入水利现代化基本实现阶段，部分地区达到水利现代化发达阶段。中国欠发达区域多处于水利现代化快速发展阶段前期、中期，在水利现代化建设上具有较大提升空间。经济发达地区（如北京、天津、上海、浙江等）多处于水利现代化的基本实现阶段阶段或快速发展阶段的后期，很多评价指标均超过水利现代化发达阶段参考值范围，这些指标的增长不会继续带动当地水利现代化指数的快速增长，一定程度上造成水利现代化指数增长速度逐渐减缓，甚至出现水利现代化程度降低现象。

　　6、结论

　　本文主要结论如下：

　　（1）集对分析-可变模糊集模型在水利现代化的评价上其结果与传统可变模糊集模型评价结果基本相同，但人工干预较少并且能够快速识别中国水利现代化水平。指标打分法在水利现代化指数较高的地区出现过高评价的现象；熵值法因对水文站网密度赋值权重较大，会使评价结果偏低。

　　（2）2011年中国水利现代化水平处于快速发展阶段；高于全国水利现代化水平的有21个省（市、区），占全国67%。其中北京、天津、上海、山东、河北依次排在前五位；排位在后五位的为广西、内蒙古、黑龙江、贵州、甘肃；2008-2011年中国水利现代化指数呈明显东部沿海地区较高，中西部地区较低的态势。

　　（3）2008-2011年中国水利现代化指数分别为3.12、3.16、3.17和3.28，水利现代化建设速度在2011年明显加快，西藏、青海等19个省（市、区）水利现代化发展速度快于全国增长平均水平；北京、天津、上海、浙江等经济发达地区水利现代化指数增长速度逐渐下降，甚至出现降低现象。