基于熵權(quán)的改進(jìn)TOPSIS方法對(duì)黃河水土保持生態(tài)工程綜合效益評(píng)估

尤立 劉平 張俊龍 李曜 胡春明

摘要水土保持效益評(píng)價(jià)對(duì)維護(hù)管理并實(shí)現(xiàn)水土保持項(xiàng)目的效益最大化發(fā)揮著重要作用。以黃河水土保持生態(tài)工程齊家川示范區(qū)為關(guān)鍵研究區(qū)，借助基于熵權(quán)的改進(jìn)TOPSIS方法，定量分析水土保持生態(tài)工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益。評(píng)估結(jié)果表明，齊家川示范區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益由高到低依次為時(shí)期 Ⅰ （2007年）、時(shí)期 Ⅱ （2008—2014年）、時(shí)期 Ⅲ （2015—2036年）；由于設(shè)施老化及牲畜啃食等問(wèn)題，塬面、溝谷和坡面的水保工程的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益發(fā)生了顯著的退化。

關(guān)鍵詞TOPSIS；水土保持；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；綜合評(píng)估

中圖分類號(hào)S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）05-0232-04

AbstractBenefit evaluation is of significant importance for maintaining and realizing the value of soil and water conservation project. In this study， the social and economic benefits of soil and water conservation project was analyzed through Entropyweight TOPSIS method in Qijiachuan demonstration zone in Yellow River Basin. From the results， the soil and economic benefits in period 1 （2007） is the highest， followed by period 2 （2008-2014） and period 3 （2015-2036）. Because the installations are aging and protection forest is eaten by livestock， the social and economic benefits of soil and water conservation project in yuan surface， cheuch and hillslope are decreasing.

Key wordsTOPSIS；Water and soil conservation；Social and economic benefits；Comprehensive evaluation

基金項(xiàng)目國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0501405）。

作者簡(jiǎn)介尤立（1989—），男，河北張家口人，助理工程師，碩士，從事水文、水資源管理研究。

收稿日期2016-11-30

水土保持項(xiàng)目不僅要重建設(shè)，對(duì)已建成的水土保持工程實(shí)施科學(xué)、合理的維護(hù)與管理對(duì)于實(shí)現(xiàn)水土保持項(xiàng)目的效益最大化也至關(guān)重要。很多項(xiàng)目在運(yùn)行初期綜合效益顯著，但是由于后期項(xiàng)目的維護(hù)和管理不當(dāng)，造成水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙作用減弱和項(xiàng)目的綜合效益降低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和生態(tài)方面的巨大損失，影響項(xiàng)目的深入開展和推廣。水土保持效用評(píng)價(jià)是指對(duì)減弱和預(yù)防水土流失、保護(hù)和改良水土資源、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)健康發(fā)展貢獻(xiàn)的計(jì)算和分析[1]。我國(guó)黃河流域的水土保持項(xiàng)目眾多，但目前系統(tǒng)的項(xiàng)目評(píng)估工作開展較少?？陀^、科學(xué)地評(píng)價(jià)區(qū)域水土保持的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合效益，不僅能鑒定治理活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)宏觀發(fā)展的意義、治理策略和方法的適用性、治理措施的有效性和可靠性等，同時(shí)為黃河治理的可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。筆者以黃河水土保持生態(tài)工程齊家川示范區(qū)為關(guān)鍵研究區(qū)，借助基于熵權(quán)的改進(jìn)TOPSIS方法[2]，定量分析水土保持生態(tài)工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益。

1基于熵權(quán)的改進(jìn)TOPSIS方法

TOPSIS法又名理想解法，屬于距離綜合評(píng)價(jià)方法。距離綜合評(píng)價(jià)法是一種以空間統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的分析方法，它通過(guò)將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多維坐標(biāo)系中的點(diǎn)，在空間中確定出參考點(diǎn)，即最優(yōu)樣本點(diǎn)和最劣樣本點(diǎn)，然后計(jì)算各樣本點(diǎn)到參考點(diǎn)的距離進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[3-5]。即通過(guò)測(cè)度被評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)評(píng)價(jià)值向量與綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題的理想解和負(fù)理想解的相對(duì)距離進(jìn)行排序。若某被評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)評(píng)價(jià)值向量既最接近于最優(yōu)解，又最遠(yuǎn)離最劣解，則該被評(píng)價(jià)對(duì)象被評(píng)價(jià)為最佳；反之，被評(píng)價(jià)為最差。用這種方法可以對(duì)各被評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行排序。

該研究對(duì)TOPSIS方法的改進(jìn)體現(xiàn)在利用熵權(quán)法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行改進(jìn)加權(quán)，即依據(jù)決策者考慮的側(cè)重不同，對(duì)相應(yīng)屬性的權(quán)重進(jìn)行修正。另一方面體現(xiàn)在對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解和負(fù)理想解的評(píng)價(jià)值公式的改進(jìn)。具體步驟如下[6-7]。

第1步，建立包含n個(gè)屬性和m個(gè)方案的決策矩陣D：

第2步，利用熵權(quán)法修正各屬性的權(quán)重。

熵原本是一個(gè)熱力學(xué)概念，它最先由申農(nóng)（C.E.Shannon）引入信息論，現(xiàn)已在工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，利用熵可以解釋離散型分布函數(shù)Pi的不確定性。對(duì)于第k個(gè)屬性，其不確定性可用公式表示為：

式中，m為方案，H=（lnm）-1，計(jì)算指標(biāo)差異系數(shù)：

對(duì)差異系數(shù)進(jìn)行歸一化處理：

如果決策者側(cè)重屬性λk的重要性，則可用下式修正其權(quán)重：

第3步，標(biāo)準(zhǔn)化D矩陣。公式為：

第4步，尋找理想和負(fù)理想方案。理想方案v+k是指每列中最大的正效應(yīng)指標(biāo)和最小的負(fù)效應(yīng)指標(biāo)。類似地，負(fù)理想方案v-k指每列中最小的正效應(yīng)指標(biāo)和最大的負(fù)效應(yīng)指標(biāo)。

第5步，計(jì)算各方案與理想方案及負(fù)理想方案之間的距離SS+l和SS-l，公式為：

第6步，計(jì)算各方案與負(fù)理想方案之間的距離平均值，公式為：

根據(jù)Cl對(duì)方案進(jìn)行分類，Cl值越大代表方案效率越高。

2研究區(qū)概況

齊家川示范區(qū)位于甘肅省慶陽(yáng)市境內(nèi)，地處黃土高原溝壑區(qū)的董志塬腹地，涉及齊家川、清水溝、老莊溝和南小河溝4個(gè)小流域5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)31個(gè)行政村。示范區(qū)總土地面積16657 km2，侵蝕模數(shù)6 867 t/（km2·a），年侵蝕量11438萬(wàn)t[8]。嚴(yán)重的水土流失不僅是生態(tài)環(huán)境惡化，而且阻礙著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展[9]。

示范區(qū)貫徹國(guó)家對(duì)西部地區(qū)大開發(fā)和生態(tài)建設(shè)的有關(guān)方針、政策和要求，從示范區(qū)實(shí)際出發(fā)，全面規(guī)劃、綜合治理，突出水土流失與生態(tài)環(huán)境治理，優(yōu)化水土資源的配置，以徑流利用為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)塬面徑流的高效利用，并對(duì)溝坡、溝道徑流的合理利用進(jìn)行了試驗(yàn)示范。截至2007年8月底，累計(jì)完成水土流失治理面積53.89 hm2，其中，梯田1 089.72 hm2，喬木林2 075.50 hm2，灌木林430.20 hm2，經(jīng)濟(jì)林695.34 hm2，果園315.62 hm2，種草728.20 hm2，防護(hù)林54.30 hm2；新建溝頭防護(hù)57處，谷坊1 084座，治溝骨干工程5座，上水工程4處，澇池93座，水窖1 948眼；建成徑流高效利用示范村1個(gè)；發(fā)展果園微灌97.26 hm2，低壓管灌62.63 hm2，大田噴灌26.80 hm2；建成沙石道路28.05 km；建成苗圃2處，總面積5.10 hm2，累計(jì)為示范區(qū)提供油松、側(cè)柏等優(yōu)質(zhì)苗木365萬(wàn)株。齊家川示范區(qū)的建成取得了良好的示范效果，綜合治理程度由46.53%提高到77.00%，林草覆蓋率由12.52%提高到35.56%；水土流失明顯減輕，生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，群眾的生產(chǎn)生活條件大為改善。

3黃河水土保持生態(tài)工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

3.1經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益指標(biāo)體系構(gòu)建

水土保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益綜合評(píng)價(jià)體系中評(píng)價(jià)因子的選取及體系的構(gòu)建，主要以水土保持工程和研究部門多年使用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)為基礎(chǔ)，結(jié)合黃土高原區(qū)域及齊家川示范區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)特點(diǎn)，確定適合該地區(qū)實(shí)際情況的水土保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涉及經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益包括塬面水土保持措施、坡面水土保持措施及溝谷水土保持措施的水補(bǔ)償和保土效益；社會(huì)效益指標(biāo)能夠反映環(huán)境友好、社會(huì)穩(wěn)定和農(nóng)民生活水平，包括林草覆蓋率、土地利用率、勞動(dòng)人口比例、水土保持項(xiàng)目促進(jìn)農(nóng)民增收。齊家川經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益指標(biāo)體系見圖1。

3.2數(shù)據(jù)分析與綜合評(píng)估

將評(píng)價(jià)期劃分為3個(gè)時(shí)期：項(xiàng)目建成的2007年為時(shí)期 Ⅰ，2008—2014年為時(shí)期 Ⅱ，2015—2036年為時(shí)期 Ⅲ。根據(jù)項(xiàng)目的基本情況，結(jié)合《黃河水土保持生態(tài)工程齊家川示范區(qū)效益分析報(bào)告》（2007年）及聯(lián)合國(guó)發(fā)展計(jì)劃署（UNDP）“黃河水土保持生態(tài)工程齊家川示范區(qū)水土流失防護(hù)技術(shù)評(píng)估與示范項(xiàng)目”相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出3個(gè)時(shí)期各項(xiàng)指標(biāo)值（表1）。

將熵權(quán)法得到的指標(biāo)權(quán)重代入TOPSIS模型，得到加權(quán)矩陣見表2。

通過(guò)TOPSIS法確定的最終貼進(jìn)度實(shí)際上是齊家川水土保持項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益綜合指數(shù)，若貼進(jìn)度分值越大，綜合指數(shù)就越高，相應(yīng)的綜合效用水平也越高。以上結(jié)果表明，齊家川示范區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益由高到低依次為時(shí)期 Ⅰ、時(shí)期 Ⅱ、時(shí)期 Ⅲ。齊家川水土保持項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益在時(shí)期 Ⅰ 為優(yōu)，在時(shí)期 Ⅱ 和時(shí)期 Ⅲ 效用顯著下降，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能為：①隨著時(shí)間的推移，塬面和溝谷水土保持設(shè)施老化或已達(dá)到蓄水?dāng)r泥上限，設(shè)施水土保持能力有所下降；②牲畜啃食或人為因素導(dǎo)致坡面植物發(fā)生蛻化，導(dǎo)致蓄水保土能力降低。

4結(jié)語(yǔ)

該研究利用熵權(quán)TOPSIS法對(duì)齊家川水土保持項(xiàng)目示范區(qū)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，有效規(guī)避了主觀賦權(quán)等方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果帶來(lái)的人為影響，并能充分利用原始數(shù)據(jù)的信息反映各方案之間的差距，客觀真實(shí)地反映實(shí)際情況。根據(jù)綜合評(píng)估結(jié)果，齊家川示范區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益由高到低依次為時(shí)期 Ⅰ、時(shí)期 Ⅱ、時(shí)期 Ⅲ；由于設(shè)施老化及牲畜啃食等問(wèn)題，塬面、溝谷和坡面的水保工程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)生了顯著退化。

齊家川水土保持項(xiàng)目是按照“國(guó)家、地方、群眾三方籌措”的方式落實(shí)項(xiàng)目建設(shè)資金，國(guó)家投資占主導(dǎo)，然而，國(guó)家投資計(jì)劃從2001年起分5個(gè)年度下達(dá)，之后僅靠地方支持和群眾自發(fā)出資，水土保持的成效與農(nóng)民實(shí)際收益結(jié)合不緊密，因此，群眾參與水?；顒?dòng)的積極性難以得到提高。此外，地方財(cái)力有限，難以滿足水土保持工程后期的資金需求，甚至造成資金斷鏈，影響水保工程的持續(xù)、長(zhǎng)效運(yùn)行，水土保持對(duì)生態(tài)環(huán)境改善、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)作用，建議政府重視資金投入的持續(xù)性，建立合理的資金管理模式，合理利用有限資金，并面向社會(huì)集資，接受社會(huì)捐助，發(fā)動(dòng)全社會(huì)力量共同做好水土保持工作。

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