任 紅

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125200)

目前，我國諸多江河流域仍面臨著不同程度的水土流失問題，土壤侵蝕、土地沙漠化、流域生態(tài)功能退化等極大的破壞了人們生存的環(huán)境，對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。因此，如何科學(xué)、有效地整治水土流失問題越來越引起有關(guān)部門的高度重視。文章以綏中縣寬邦鎮(zhèn)大栗小流域，通過構(gòu)建較為完善的評價(jià)體系分析了其綜合治理效益，為高效利用和有效保護(hù)有限的水土資源提供科學(xué)指導(dǎo)[1-3]。

1 流域概況

1.1 基本情況

大栗小流域位于遼寧省綏中縣寬邦鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于六股河下游，地理位置為E120°3′51″-120°8′43″、N40°32′59″-40°37′10″之間。流域內(nèi)海撥高程為70-440m，相對高差370m，氣候類型為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年降水量為620.80mm，平均徑流深為227mm，降水量年季間變化大且年內(nèi)分配不均勻，多集中在7、8、9三個(gè)月，年蒸發(fā)量為1650mm。流域包括6個(gè)村，現(xiàn)有總?cè)丝?.35萬人，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)以蔬菜種植和糧食作物播種為主，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為3043.75萬元。土壤類型以棕壤土為主，土層薄，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，經(jīng)濟(jì)林有白梨、蘋果，林木成材率較低，林草植被覆蓋率為67.13%。

1.2 水土流失情況

該流域總面積31.08km2，平均長度7.39km，平均寬度4.21km，溝壑密度為1.45km/km2，有干溝19條、支溝93條，干溝和支溝平均比降為4%-6%，多為U型溝。調(diào)查顯示，大栗小流域?qū)偻潦|(zhì)輕度侵蝕區(qū)，主要以水蝕為主。在降水徑流作用下侵蝕溝壑廣泛分布，水土流失總面積592.00hm2，其中輕度和中度侵蝕為370.00hm2、222.00hm2，土壤侵蝕模數(shù)為1549t/km2.a?，F(xiàn)階段存在的問題有：①土地利用結(jié)構(gòu)不合理，小流域坡耕地占總耕地的35.20%，并導(dǎo)致糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，疏林地占有林地的13.00%，荒山占流域總面積的2.00%；②經(jīng)濟(jì)林比例小、收入水平低，現(xiàn)狀農(nóng)、林、果用地比例為1:2.59:0.24，林果僅占總土地的5.02%，流域內(nèi)存在未治理的荒山，致使其整體土地產(chǎn)出能力較低，制約了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；③荒山未得到有效開發(fā)利用，其荒地面積62.10hm2，通過合理的改造、栽植經(jīng)濟(jì)林種，可有效的改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，對提高流域土地商品率、增加農(nóng)村收入都將起到促進(jìn)作用；④為防止流域到治理期末工程措施管理差，部分工程由于雨水沖刷等造成破壞，需要加強(qiáng)運(yùn)行期管理，植物措施由于干旱少雨，植物成活率及保存率低。

1.3 水土保持現(xiàn)狀

經(jīng)過多年治理，流域內(nèi)的植被不斷增加，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，群眾生活水平進(jìn)一步提高。但由于資金投入有限，仍有592.00hm2的土壤侵蝕面積需要治理，且未治理區(qū)域多半是難以治理的高山、遠(yuǎn)山、石質(zhì)山，加大了治理難度；加之部分已治理的地塊標(biāo)準(zhǔn)不高，有待修復(fù)，部分地區(qū)的人為破壞、管護(hù)力度不夠問題突出。因此，要持續(xù)加大工程投資和監(jiān)督監(jiān)管力度，加快小流域綜合治理，切實(shí)實(shí)現(xiàn)民富糧豐、山川秀美的目標(biāo)[4]。

綏中縣寬邦鎮(zhèn)大栗小流域綜合治理項(xiàng)目，建設(shè)期為2014年10月開始-2015年9月結(jié)束，治理水土流失415.00hm2，治理程度不低于70%，水保措施保土和蓄水效率達(dá)到70%。全部發(fā)揮效應(yīng)時(shí)，小流域土壤侵蝕有效被控制，植被覆蓋率有所提高，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)且水保工程可以安全度汛。流域到治理期末，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)有較大發(fā)展，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增加6.90%，人均基本農(nóng)田0.133hm2以上，土地利用率不低于80%，人均糧食達(dá)到500kg/人。

2 綜合治理效益評價(jià)體系

小流域綜合治理應(yīng)全面考慮社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三大效益，從而保證小流域整治的科學(xué)性與系統(tǒng)性。目前，小流域綜合治理的關(guān)鍵問題是如何以最低的成本取得效益的最大化，對此國內(nèi)外學(xué)者從不同角度開展了深入研究，總體上提出綜合與單價(jià)評價(jià)兩種方法。其中，綜合評價(jià)法是對項(xiàng)目區(qū)的優(yōu)化程度和治理效益利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以量化，通過量化處理各個(gè)影響因子以直觀的反映綜合整治效果，因具有原理清晰、計(jì)算簡便、精準(zhǔn)度高等優(yōu)點(diǎn)該方法被廣泛的應(yīng)用[5-6]。

2.1 評價(jià)指標(biāo)體系

文章全面考慮小流域社會、經(jīng)濟(jì)和社會效益等因素，遵循獨(dú)立性、系統(tǒng)性、可獲取性、科學(xué)性等原則構(gòu)建效益評價(jià)體系，并結(jié)合2014年大栗小流域綜合治理項(xiàng)目方案確定各參評因子數(shù)據(jù)如表1所示，其標(biāo)準(zhǔn)化值如表2所示。

表1 效益評價(jià)體系與參評因子值

2.2 評價(jià)指標(biāo)的優(yōu)選

主成分法主要是利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法將冗余繁雜的評價(jià)指標(biāo)歸類為少數(shù)的幾個(gè)指標(biāo)，其實(shí)質(zhì)就是降維處理。實(shí)際計(jì)算時(shí)可以將單項(xiàng)指標(biāo)為x1、x2、…、xp綜合為Z1、Z2、…、Zm，其中m≤p。對此，可以利用下式反映兩者間的線性組合關(guān)系，即：

(1)

式中：l為系數(shù)變量；x為單項(xiàng)因子；Zi為降維處理后的綜合因子。

根據(jù)大栗小流域綜合治理項(xiàng)目的各參評因子數(shù)據(jù)，將初始數(shù)據(jù)利用標(biāo)準(zhǔn)化公式處理，如表2所示。然后將處理后的數(shù)據(jù)輸入SPSS操作系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算輸出相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值、主成分及其累積貢獻(xiàn)率，如表3所示。

表2 參評因子標(biāo)準(zhǔn)化值

表3 主成分貢獻(xiàn)率

結(jié)合表3可知，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已超過95%，利用這三個(gè)主成分能夠系統(tǒng)、全面的反映大栗小流域綜合治理項(xiàng)目的整體效益，能夠開展進(jìn)一步的分析。然后利用主成分值可以構(gòu)造荷載矩陣，如表4所示。研究表明，第一主成分與X1、X2、X4、X5存在較高的相關(guān)性，第二主成分與X7、X11、X12存在較高的相關(guān)性，第三主成分與X16、X17、X18、X19存在較高的相關(guān)性。所以，針對大栗小流域綜合治理效益，可以選擇經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)3個(gè)效益影響因素進(jìn)行評價(jià)。

表4 荷載矩陣

3 綜合治理效益評價(jià)

文章結(jié)合專家意見和流域治理實(shí)際狀況構(gòu)建判斷矩陣，并利用層次分析法構(gòu)建綜合評價(jià)模型，然后運(yùn)用模型明確各參評因子間的模糊數(shù)學(xué)關(guān)系，由此實(shí)現(xiàn)綜合效益評價(jià)，詳細(xì)流程如下：

3.1 構(gòu)造層次模型

根據(jù)梯階層次框架體系，綜合考慮指標(biāo)層C、準(zhǔn)則層B、目標(biāo)層A構(gòu)造小流域綜合治理效益評價(jià)模型，各層次所包含的內(nèi)容以及不同層級間的關(guān)系如圖1所示。

3.2 確定判斷矩陣

大量的數(shù)據(jù)和信息是評價(jià)與分析系統(tǒng)問題的重要基礎(chǔ)，判斷矩陣就是考慮各因素的重要程度賦予相應(yīng)的權(quán)值所構(gòu)造的判斷式?，F(xiàn)階段，較為常用的權(quán)重賦值法有層次分析法、專家經(jīng)驗(yàn)法兩類。文章利用原理清晰、運(yùn)算簡便的層次分析法，將多層次復(fù)雜的系統(tǒng)性問題利用專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)學(xué)化，把不同量級的多種因素綜合轉(zhuǎn)化至具體的評價(jià)值或評判值，以更直觀的形式反映小流域治理實(shí)際情況[7-8]。

一般條件下，多選用1-9的倒數(shù)或1-9的數(shù)字來構(gòu)造判斷矩陣，若兩個(gè)因素的重要度相同則用1描述，若一個(gè)因素較另一個(gè)因素十分、相當(dāng)、較為、略微重要則用3、5、7、9描述，而達(dá)到相鄰重要度時(shí)則用2、4、6、8來描述。

圖1 小流域綜合治理效益評價(jià)模型

3.3 一致性檢驗(yàn)

目前，大多利用計(jì)算機(jī)軟件求解層次單排序中的權(quán)重值A(chǔ)，為最大程度的降低評價(jià)結(jié)果受主觀因素的干擾，必須實(shí)行一致性檢驗(yàn)，各參評因子的一致性指標(biāo)和單項(xiàng)權(quán)重利用一致性檢驗(yàn)法、層次單排序來確定，如表5所示。

表5 一致性指標(biāo)值

由表5可知，所有參評因子的隨機(jī)一致性比率CR均符合小于0.1的要求，可見所構(gòu)造的判斷矩陣符合一致性要求，可以用于下一步的權(quán)重計(jì)算。同理，與最高層相比相同層次中所有參評因子的重要度即為層次總排序，按照相同的方法計(jì)算確定總排序，如表6所示。

表6 層次總排序

同理，可以確定層次總排序的也符合一致性檢驗(yàn)要求，即目標(biāo)層判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率CR=0.031<0.10，由此確定的權(quán)重W1可以用于綜合治理效益評價(jià)。

3.4 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值

一般地，不同參評因子的量綱和數(shù)量級一定差異，為保證指標(biāo)的精準(zhǔn)度及減少評判誤差，必須對所有參評因子初始值實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。設(shè)定各參評因子基準(zhǔn)值與理想值，其中基準(zhǔn)值作為參考標(biāo)準(zhǔn)用于既定時(shí)段內(nèi)的小流域治理效益評價(jià)，理想值各期望各種措施在既定時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的最優(yōu)值。根據(jù)參評專家意見和相關(guān)規(guī)范，充分考慮大栗小流域綜合治理情況合理的確標(biāo)準(zhǔn)值，如表7所示。

表7 各參評因子標(biāo)準(zhǔn)化值

3.5 結(jié)果分析

采用加權(quán)求和法全面評析大栗小流域近5a的綜合治理情況，其表達(dá)式如下：

B=A?R

(2)

式中：A為各參評因子權(quán)重；B為綜合評判子集；R為評判矩陣。根據(jù)以上運(yùn)算結(jié)果，綜合評價(jià)大栗小流域2016-2020年的效益水平。為了更加直觀的反映評價(jià)結(jié)果，利用公式bi=int(100bj+0.5)將B與A進(jìn)行百分制轉(zhuǎn)換，如表8所示。

表8 綜合治理效益得分

從表8可知，綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施顯著提升了大栗小流域的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益，2016-2020年小流域綜合效益得到明顯提升，為促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的保障。

4 結(jié) 論

文章以大栗小流域?yàn)槔?，結(jié)合小流域綜合治理實(shí)際情況，全面考慮社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等因素構(gòu)建了較為系統(tǒng)完善的效益評價(jià)體系，并對所有參評因子利用主成分分析法加以優(yōu)選和歸類，從而保證了評價(jià)體系的實(shí)用性與全面性，以優(yōu)選的11項(xiàng)獨(dú)立性好、代表性強(qiáng)的指標(biāo)和模糊層次分析法全面評價(jià)了大栗小流域治理效益，研究成果可為流域治理方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其效益評價(jià)提供科學(xué)參考。