基于物元可拓模型下的樂園小流域水土保持綜合效益分析

李殿華

(彰武縣水土保持局，遼寧 彰武 123200)

基于物元可拓模型下的樂園小流域水土保持綜合效益分析

李殿華

(彰武縣水土保持局，遼寧 彰武 123200)

文章主要針對水土保持綜合效益評價中，信息屏蔽和單指標(biāo)評價中評價結(jié)果不相容等問題進行分析，以此利用物元可拓模型，對樂園小流域水土保持綜合效益進行分析評估。評價結(jié)果表明，樂園小流域水土保持生態(tài)效益和經(jīng)濟效益和社會效益三大指標(biāo)的綜合效益評價等級均為Ⅰ級。通過實踐研究表明，基于物元可拓模型對樂園小流域進行水土保持綜合效益分析，能夠為政府治理決策提供參考建議。

物元可拓模型；樂園小流域；水土保持；綜合效益

目前在人們無規(guī)律的生產(chǎn)實踐活動作用下，區(qū)域環(huán)境逐漸惡化，尤其是水土流失導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化問題已經(jīng)引起社會廣泛關(guān)注。水土流失綜合治理一直以來作為一項綜合性很強以及涉及多種交叉學(xué)科的系統(tǒng)工程項目，在減少環(huán)境污染以及遏制生態(tài)環(huán)境破壞方面產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。特別是針對區(qū)域水土流失情況進行水土保持綜合效益分析與評價，不僅能夠提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護的合理性與科學(xué)性，而且可在一定程度上促進區(qū)域間水土保持管理工作決策科學(xué)化。基于此，文章將重點以彰武縣東部樂園小流域水土流失治理工程為例，基于物元可拓模型，對該區(qū)域內(nèi)水土保持綜合效益進行分析評價[1]。

1 彰武縣樂園小流域項目區(qū)研究概況

位于彰武縣后新秋鎮(zhèn)的樂園小流域項目區(qū)屬于2013年中央預(yù)算內(nèi)水土流失重點治理工程項目。該小流域?qū)嶋H坐標(biāo)為E122°44′58″-122°45′18″，N42°31′49″-42°36′36″，其距彰武縣城約30km。該樂園小流域總體面積較大，流域內(nèi)降雨多集中于夏季，平均降水量470mm，而且在大陸性季風(fēng)氣候及溫帶半濕潤、半干旱氣候影響下，該區(qū)域年均氣溫為6.7℃。此外，樂園小流域光照充足、氣候雨熱同季、四季分明。因此，在獨特的自然氣候條件影響下，該區(qū)域內(nèi)林草植被覆蓋率達32.75%。但是，在人們無規(guī)律活動下，該區(qū)域截止目前已有水土流失面積約4.39km2，侵蝕類型主要為風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕，其總體面積為3.83km2，由于該地區(qū)相關(guān)部門缺少水土流失治理的資金，因此近年來水土流失現(xiàn)象非常嚴重[2]。彰武縣后新秋鎮(zhèn)樂園小流域項目區(qū)水土流失總體情況見表1：

表1 彰武縣樂園小流域水圖流失現(xiàn)狀表

2 樂園小流域水土保持綜合效益分析中物元可拓模型的應(yīng)用原理

物元可拓模型的主要功能在于解決和優(yōu)化環(huán)境條件和事物功能目標(biāo)之間的不相容問題。因此，這一模型適用于多因子評價，在具體評價、分析過程中，基于物元可拓模型，能夠結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，通過設(shè)計多個不同指標(biāo)，構(gòu)建科學(xué)的數(shù)據(jù)模型進行效益分析[3]。因此，徹底解決了以往水土流失評價中，單個不同指標(biāo)之間的兼容性問題。采用多個指標(biāo)模型，可以科學(xué)構(gòu)建基于區(qū)域水土保持綜合效益評價的指標(biāo)體系。所以，從本質(zhì)上而言，這一評價方法降低了多因素以及多角度識別、評價中的主觀性與片面性，不僅科學(xué)顯示了自然界即此非彼的過渡狀態(tài)，而且有效擺脫了經(jīng)典數(shù)學(xué)中非此即彼的二值限制[4]。其具體的操作應(yīng)用原理和流程如下：

2.1 科學(xué)構(gòu)造樂園小流域水土保持綜合效益物元

樂園小流域水土保持綜合效益物元R分別由水土保持綜合效益N以及水土保持綜合效益特征C和水土保持綜合效益特征值V構(gòu)成，表示為R=(N，C，V)。

2.2 進一步確定樂園小流域經(jīng)典域和節(jié)域物元矩陣

樂園小流域水土保持綜合效益的經(jīng)典域物元矩陣通過以下模型進行科學(xué)表示：

(1)

式中：在上述經(jīng)典域物元矩陣模型中，樂園小流域水土保持綜合效益的等級可以劃分為Ni,而水土保持效益評價指標(biāo)，則通過C1、C2、C3...Cn表示；樂園小流域水土保持綜合效益物元R的經(jīng)典域則表示為(ain，bin)。

2.3 對樂園小流域物元可拓模型相關(guān)系數(shù)的關(guān)聯(lián)度進行計算

樂園小流域物元可拓模型相關(guān)系數(shù)的關(guān)聯(lián)度計算函數(shù)如下：

(2)

式中：樂園小流域水土保持綜合效益的經(jīng)典域量值范圍通過Vi表示；點Vi與對應(yīng)特征向量有限元區(qū)間Vij的有限距離，通過ρ(Vi,Vij)表示；而點Vi與對應(yīng)特征向量有限元區(qū)間Vpn的有限距離通過P(Vi,Vpn)表示。

2.4 對樂園小流域水土保持綜合效益等級進行評價

對樂園小流域水土保持綜合效益等級進行確定時，首先需要確定所有評價指標(biāo)與各評價等級之間的關(guān)聯(lián)度，具體計算公式如下：

(3)

式中：樂園小流域水土保持綜合效益評價的待判物元N關(guān)于等級i的關(guān)聯(lián)度表示為Ki(P)；樂園小流域水土保持綜合效益評價的各指標(biāo)權(quán)重為Wi；樂園小流域水土保持綜合效益評價的待判物元N關(guān)于等級j的單向指標(biāo)關(guān)聯(lián)度以及i的單指標(biāo)關(guān)聯(lián)度表示為k(Ui)j。

2.5 合理確定樂園小流域水土保持綜合效益評價權(quán)重

文章研究過程中，在確定樂園小流域水土保持綜合效益評價權(quán)重時，主要按照以下主、客觀相結(jié)合的方式，基于熵權(quán)法進行權(quán)重計算分析，具體公式如下：

ω=?ωi+(1-α)ωi′

(4)

式中：基于熵權(quán)法確定的樂園小流域水土保持綜合效益評價權(quán)重為wi,權(quán)重折中系數(shù)文章取0.5，通過α表示。

3 物元可拓模型下樂園小流域水土保持綜合效益評估

在具體分析評估過程中，文章結(jié)合樂園小流域水土流失的實際特征，在充分考慮水土保持綜合效益各因子復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，將當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展水平作為水土保持綜合效益評價的目標(biāo)層。同時，將經(jīng)濟效益以及社會效益和生態(tài)效益作為物元可拓模型分析的準(zhǔn)則層，從而構(gòu)建綜合效益分析評價模型[5]。在此過程中，選取了生態(tài)效益中的林草植被覆蓋率及水土流失治理度和侵蝕減少量、蓄水增加量等5個不同指標(biāo)作為模型分析評價的參評因子；而將經(jīng)濟效益以及社會效益中的土地生產(chǎn)率及人均收入增長率和收入產(chǎn)出比、土地利用率等8個不同指標(biāo)，作為此次模型分析評價的參評因子，最終通過公式(3)與公式(4)進行分析評價，以此得到下表中，樂園小流域水土保持綜合效益評價權(quán)重。

表2 物元可拓模型下樂園小流域水土保持綜合效益評價指標(biāo)體系

另外，關(guān)于樂園小流域水土保持綜合效益各評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的計算，可以確定各參評指標(biāo)與評價等級之間的復(fù)合度。以樂園小流域為例，文章在分析評價過程中，著重選取了羊山皋村、燒鍋村以及樂園村3個不同行政村，對其水土流失治理度指標(biāo)的經(jīng)濟效益以及社會效益和生態(tài)效益與經(jīng)濟、社會、生態(tài)三者的綜合效益評價等級的關(guān)聯(lián)值進行判斷分析，由此得到樂園行政村具體的關(guān)聯(lián)值分別為0.436、-0.451、-0.827和-0.915。文章所選樂園3個行政村經(jīng)過物元可拓模型綜合得到的水土流失效益評價結(jié)果見表3：

表3 基于物元可拓模型的樂園三行政村水土流失治理綜合效益評價結(jié)果

因此，從表3中可以看出，文章所選樂園小流域行政村綜合關(guān)聯(lián)度及總體效益之間存在很大的差異，三個不同行政村水土流失治理的綜合等級屬于一級，而羊山皋村Ⅰ級權(quán)重、Ⅱ級權(quán)重、Ⅲ級權(quán)重以及Ⅳ級權(quán)重分別為-0.004、-0.264、-0.275以及-0.628，各指標(biāo)效益等級為Ⅳ級；而燒鍋村Ⅰ級權(quán)重、Ⅱ級權(quán)重、Ⅲ級權(quán)重以及Ⅳ級權(quán)重分別為-0.369、0.015、-0.216以及-0.314，各指標(biāo)效益等級為Ⅲ級。因此，評價對象指標(biāo)不同，具體關(guān)聯(lián)度也存在很大差異。對此，從上述分析中可以發(fā)現(xiàn)，基于物元可拓模型針對不同評價指標(biāo)的權(quán)重差異進行分析，可以進一步確定樂園小流域3個不同行政村水土流失治理的主要方向，從而有利于提出針對性的治理措施。從上述權(quán)重表中可以看出，今后該地區(qū)水土保持綜合效益的提升，要重點加強提高農(nóng)民的收入以及提升當(dāng)?shù)氐乇碇脖坏母采w率。同時，政府等相關(guān)部門也要在資金和政策方面加大投入力度[6]。

評價結(jié)果表明，樂園小流域水土保持生態(tài)效益和經(jīng)濟效益和社會效益三大指標(biāo)的綜合效益評價等級均為Ⅰ級。但是，3個不同行政村各因子等級權(quán)重卻存在較大差異，其中羊山皋村、燒鍋村及樂園村3個不同行政村Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級以及Ⅳ級權(quán)重系數(shù)分別為-0.004、-0.264、-0.275以及-0.628和-0.369、0.015、-0.216以及-0.314與0.436、-0.451、-0.827及-0.915，從中可以發(fā)現(xiàn)，樂園流域生態(tài)效益和經(jīng)濟效益兩大評價指標(biāo)權(quán)重較低，故政府今后應(yīng)加強生態(tài)植被修復(fù)和提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟收入，使其能夠加大力度治理水土流失。

4 結(jié) 語

綜上所述，通過數(shù)據(jù)分析顯示，整個研究區(qū)項目綜合效益評價等級均為Ⅰ級。其中，羊山皋村、燒鍋村以及樂園村3個不同行政村水土流失治理各指標(biāo)效益評價等級權(quán)重卻不同。所以，這一數(shù)據(jù)結(jié)果證實了采用物元可拓模型對區(qū)域小流域水土保持綜合效益進行分析，其評價結(jié)果與以往采用的綜合指數(shù)評價法最終的評價一致[7]。但是，與傳統(tǒng)的綜合指數(shù)法應(yīng)用評價過程相比，物元可拓模型的實施優(yōu)點就在于通過對研究對象的可拓性進行分析，可將經(jīng)濟、社會及綜合效益3個模塊作為物元指標(biāo)構(gòu)建可拓模型，經(jīng)過物元變化及采用熵值法進行計算，就可對各個物元系數(shù)所占權(quán)重進行評定。因此，避免了傳統(tǒng)指數(shù)分析中主觀性結(jié)果出現(xiàn)。所以，這一研究結(jié)果更加真實、可靠，從而為我國區(qū)域水土保持綜合效益分析評價體系構(gòu)建，奠定了重要的理論和實踐基礎(chǔ)[8]。同時，也為我國水土流失綜合治理提供了科學(xué)而系統(tǒng)的決策管理依據(jù)。但文章在研究論述過程中，主要結(jié)合樂園小流域的實際區(qū)域特征及現(xiàn)階段水土流失治理工作的實情進行分析，所以數(shù)據(jù)采樣只重點選擇了樂園3個行政村為研究對象，故采樣頻率分布具有個體性。在今后研究中，依然需要通過對整個區(qū)域進行研究，以此拓展研究范圍，為相關(guān)實踐與理論研究提供借鑒。

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Analysis on Comprehensive Benefits of Soil and Water Conservation in Small Watershed based on Matter Element Model

LI Dian-hua

(Zhangwu County Soil & Water Conservation Bureau，Zhangwu 123200,China)

In this paper，the comprehensive evaluation on soil and water conservation， problems about information screening and evaluation of single index evaluation results in incompatibility were analyzed，extension model using the matter element analysis to evaluate the comprehensive benefits of small watershed park to maintain soil. The evaluation results show that the comprehensive benefit evaluation grade of the three indicators of soil and water conservation ecological benefit and economic benefit and social benefit is grade I. Through the practice research，the comprehensive benefit analysis of soil and water conservation in small watershed based on matter element model can provide references for the government management decision-making.

matter element model;small watershed;soil and water conservation;comprehensive benefit

1007-7596(2016)12-0160-04

2016-11-30

李殿華(1972-)，男，遼寧彰武人，工程師，從事水土保持規(guī)劃、設(shè)計工作。

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