服务运营 ｜ 印第安纳大学翟成成：改变生活的水井选址

编者按：

作者于2023年4月在“Production and Operations Management”上发表的“Improving drinking water access and equity in rural Sub-Saharan Africa”探讨了欠发达地区水资源供应中的可达性和公平性问题。作者于2020年1月去往非洲埃塞俄比亚提格雷地区进行了实地研究，并于国际以及当地的非政府组织进行的紧密合作，从而提出了可靠的解决方案。这篇文章是 2021年 POMS College of Humanitarian Operations and Crisis Management 最佳论文和 2022年 M&SOM 学生论文竞赛的最终候选之一。

研究背景：

还记得在我六岁时，我和祖父母曾住在内蒙古的一个偏远小镇甘其卡镇，那时候，住在那里的很多家庭都没有通上自来水。在学校里，学生们需要去井里打水，取水是和上课学习知识一样重要的任务。后来，我们搬家去了北京，在那里，我再也不需要大冬天去井里打水了，我只需要打开水龙头就有干净的热水缓缓流出。

对于居住在发达地区的数十亿人来说，随时获得安全的饮用水似乎是一个不需要担心的问题。然而，根据联合国儿童基金会和世界卫生组织2021年的数据，截至2020年，对于超过7.71亿人来说，随时获得安全的饮用水依然是一种无法享受的奢侈。在缺乏安全饮用水的群体中，约有一半的人生活在撒哈拉以南非洲（撒哈拉以南非洲，简称SSA）的农村地区。并且，在SSA的农村地区，安全饮用水源（例如受保护的水井等供水点）通常位于偏远位置，这给人们的生活带来了很大的负担，特别是对妇女和儿童而言。

联合国（UN）的可以持续发展目标（2015）旨在在2030年之前提高全球范围内对安全、可负担的饮用水的普及率。

研究问题：

在SSA的农村地区，安全饮用水的主要来源通常是一些水利项目的供水点，如政府或者非政府组织出资建设的手动抽水机和小型个体管道系统（Carter，2021年）。非政府组织（NGOs）致力于在政府无法提供服务的地区建设新的供水点，从而实现为更多的人提供安全饮用水的目标。

因此，该研究的核心问题就是NGOs应该在哪里建设新的供水点。基于目前存在的安全饮用水不平等问题，我们研究的第一个问题是如何提高供水点的可达性和公平性。另外，在做水利项目位置决策时，考虑到在一些政治不稳定的非洲国家，有概率会对供水点造成破坏，从而影响安全饮用水的供应。因此，我们研究的第二个问题是：如何在提高安全饮用水可达性的同时减少未来潜在冲突对供水点的冲击。

实地研究：

我们的研究是与两个致力于提高安全饮用水可达性的NGO密切合作进行的：一个是总部位于美国的国际NGO, charity: water，它是全球最大的水利项目赞助商之一；另一个是埃塞俄比亚提格雷地区的NGO，提格雷救济协会（Relief Society of Tigray，简称REST），它是该地区最大的执行NGO。

为了了解REST当前的运营操作情况，我们于2020年1月在提格雷地区进行了实地研究。通过实地研究，我们了解到该组织：

1. 当前的主要目标是以每受益人50美元的预算减少受益者到供水点的距离

2. 当前的做法假设了在供水点的运营寿命内，能够提供标准日产水量的不间断供水

3. 在决定建设新的供水点时，采用了分散式或自下而上的方法

4. 在完成建设供水点后，由每个社区负责管理和监控其自己供水点的用水情况

模型和结果：

基于我们从实地研究和与非政府组织合作中了解到的当前的实践情况，我们开发了分散式水利项目选址优化模型 (decentralized water project location optimization model)来决定新的供水点的位置，以最大程度地减少受益人的出行距离和总建设成本。该分散式模型也是模型比较的基线。

为了进一步改善访问和公平性（即研究问题1），我们提出了三个新的模型来同时提高供水点的可达性和公平性：最小最大模型 (minimax model)、公平预算模型 (equitable budget model) 和利用现有社区参与的中央模型 (centralized model)。无论是当前做法，还是提出的替代模型，对实现供水点能够在其十年寿命内提供不间断水供应的需求都是适用的。

为了减少潜在冲突对供水点的冲击（即研究问题2），我们开发了一个随机优化模型（stochastic model）。该模型包括带有其相应概率的战争和无战争结果的情景，

我们将埃塞俄比亚提格雷地区的数据应用于这些模型，得到了下图所示的模型比较结果和对NGO的建议。

文献贡献：

首先，通过研究发展中国家农村地区的水资源分配，我们为最优水资源分配文献做出了贡献。因为这些地区面临着与城市环境不同的水资源分配挑战，这次研究是对水资源分配领域的一个新的探索。其次，通过研究和利用当地社区参与服务交付系统的方式来改善水资源的公平访问，我们为人道主义运营管理文献做出了贡献。我们发现，通过社区合作，中央模型扩大了可行空间，这同时提高了水资源的可达性和公平性。第三，通过开发一个将灾害风险（如战争、地区冲突等）纳入供水点位置决策的随机模型，我们为灾害缓解文献做出了贡献。这个随机模型不仅可以在没有战争时提高供水点的可达性，还可以减少未来潜在冲突对供水点的冲击。