水土保持對梁山小流域可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)評估

王 宇

(沈陽市水利科學(xué)研究所，遼寧 沈陽 110043)

長期以來，中國在小流域治理方面投入了很多的資金和精力，但小流域管理的監(jiān)測技術(shù)和管理效果并不好[1-2]，監(jiān)測數(shù)據(jù)有很大的局限性。這一局限性，由于不可能準(zhǔn)確地知道土壤侵蝕的確切位置，因此也難以準(zhǔn)確把握土壤侵蝕量，給土壤侵蝕控制的監(jiān)測和管理帶來很大困難，同時(shí)也給有關(guān)部門有決策困難和問題。因此，有必要找到新的方法和手段來監(jiān)測和管理小流域，以使其更及時(shí)，準(zhǔn)確地把握小流域生態(tài)環(huán)境，進(jìn)一步深入研究水土流失成因，植被覆蓋度并在流域生態(tài)恢復(fù)[3-7]。為此，筆者以梁山小流域?yàn)槔?，針對水土保持對可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了評估分析。

1 小流域基本概況

1.1 自然情況

梁山小流域總面積17.63 km2，有水土流失面積0.833 km2，占總面積的4.72%，地形屬于丘陵地帶，有風(fēng)沙土和砂礫巖石，該流域平地土層較厚，土層一般在60～60 cm之間，丘陵山坡上土層較薄，有部分石質(zhì)。屬于半干旱季風(fēng)大陸性氣候，四季分明，雨熱同季，多風(fēng)少雨。該地區(qū)春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱潮濕、秋季霜凍寒冷、冬季嚴(yán)寒干燥。該流域降水較集中，日照比較多，溫差較大。平均氣溫為7.5℃,最熱的是7月份。平均溫度為22℃～23℃，最高氣溫為35.3℃，最冷是1月份，平均氣溫為-8.9℃～11.8℃,最低氣溫為-30.4℃,平均降雨量為570 mm，降雨主要集中在7—9月份，全年無霜期為154 d，年平均徑流量75 mm，凍土最大深度1.2 m。

1.2 社會經(jīng)濟(jì)情況

梁山小流域總?cè)丝? 950人，勞動(dòng)力980人、耕地面積1 080 hm2，總產(chǎn)值3 750萬元，其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值1 900萬元，占總產(chǎn)值的50.6%，牧業(yè)產(chǎn)值700萬元，占總產(chǎn)值18.7%，林業(yè)產(chǎn)值850萬元，占總產(chǎn)值的22.67%，漁業(yè)產(chǎn)值20萬元，占總產(chǎn)值的0.53%，工業(yè)產(chǎn)值140萬元，占總產(chǎn)值的3.73%，副業(yè)產(chǎn)值140萬元，占總產(chǎn)值的3.73%，農(nóng)業(yè)人均收入9 700元。

1.3 土地利用調(diào)整

生態(tài)治理工程實(shí)施后，合理利用土地資源，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)建成經(jīng)濟(jì)效益合理，效益顯著的新農(nóng)村[8]。小流域總面積1 763 hm2。其中1 080 hm2農(nóng)地，126 hm2林地，202 hm2畜牧用地、20 hm2漁業(yè)用地、2 hm2草地、305 hm2其他用地(工礦、居民、發(fā)展用地、道路等)。調(diào)整后項(xiàng)目總面積為1 763 hm2，1 080 hm2農(nóng)業(yè)用地、126 hm2林業(yè)用地、202 hm2畜牧用地， 20.5 hm2漁業(yè)用地、2 hm2草地， 304.5 hm2其他用地。

2 評估模型

2.1 建立模型步驟

綜合環(huán)境分析和評估模型，建立全面的，基于環(huán)境因素及其相互關(guān)系和綜合評估影響的區(qū)域生態(tài)環(huán)境綜合定量分析，并通過一系列計(jì)算，形成生態(tài)環(huán)境綜合量化表達(dá)結(jié)果。它具有綜合性和空間性相結(jié)合的特點(diǎn)，即綜合分析多專題環(huán)境要素的總體情況和各專題要素的空間差異，多專題要素的質(zhì)量特征體現(xiàn)在定量結(jié)果[8]。

具體步驟如下：

(1)根據(jù)小流域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和環(huán)境評價(jià)目標(biāo)，對小流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，按照一定的原則選擇對流域具有重要影響的指標(biāo)因子小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。

(2)根據(jù)評價(jià)指標(biāo)，提取專題數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，使之?dāng)?shù)據(jù)滿足評估模型的需要。

(3)通過專家決策，采用AHP方法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

(4)采用多級加權(quán)總和法計(jì)算綜合生態(tài)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)。

(5)根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的計(jì)算結(jié)果，通過統(tǒng)計(jì)分類可以得出研究區(qū)的環(huán)境質(zhì)量狀況，并向相關(guān)決策部門提出結(jié)論和建議。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是對決策者決策過程進(jìn)行建模和量化的過程。復(fù)雜的問題被分解成幾個(gè)部分。這些層次結(jié)構(gòu)是通過比較來比較的方式來確定層次的各個(gè)要素的重要性。在決策過程中將數(shù)量與質(zhì)量有機(jī)結(jié)合起來，以統(tǒng)一的方式處理復(fù)雜的問題是一個(gè)有效的決策。

2.3 建立判斷矩陣

判斷矩陣表示層次結(jié)構(gòu)中該層因素與上一層因素之間相對重要性的比較，按照規(guī)定的標(biāo)度方法定量化，得出判斷矩陣R：

其中，aij是判斷矩陣R的元素，aij=1(i=j)，aij的值一般采用T.L.Saaty提出的1～9標(biāo)度法。如表1所示。

表1 層次分析1～9標(biāo)度法

2.4 層次總排序

層次總排序比例一致性的總層次結(jié)構(gòu)為：

當(dāng)CR<0.10時(shí)，認(rèn)為層次總排序結(jié)果是滿意的。

2.5 確定層次指標(biāo)權(quán)重

本文根據(jù)AHP層次分析理論，通過專家決策確定一層和二層判斷矩陣，并在VisualBasic中編程實(shí)現(xiàn)層次指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，得出各指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

表2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 貢獻(xiàn)評估計(jì)算

指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，針對數(shù)據(jù)特點(diǎn)，以網(wǎng)格為基本評價(jià)單元，采用加權(quán)求和的方法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并計(jì)算出各個(gè)網(wǎng)格的綜合生態(tài)環(huán)境指標(biāo)：以實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的定量評估。公式為：

式中：Ei為第i個(gè)評價(jià)單元的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo)，Xj′為評價(jià)單元第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，Wj為第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

在Erdas模型中，按上述公式計(jì)算的生態(tài)環(huán)境評價(jià)結(jié)果在每個(gè)分析單元(柵格)中實(shí)施，其值為0～10之間，代表生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣。按照規(guī)范化的處理原則，價(jià)值越大，生態(tài)環(huán)境越好。所有分析單元的統(tǒng)計(jì)分類可以得到研究區(qū)的環(huán)境質(zhì)量狀況和空間分布特征。

通過多源空間數(shù)據(jù)疊加分析和統(tǒng)計(jì)分析，客觀地了解面向區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布格局及其分布特征。對于合理利用資源和制定環(huán)境保護(hù)措施的指導(dǎo)十分重要。

4 數(shù)據(jù)分析

相鄰層次的流域生態(tài)環(huán)境評估合并，形成5個(gè)層次，如圖1所示。其中，三級(環(huán)評指標(biāo)5,6)占比較大，2007年三級占總面積的56.09%，2010年，2012年和2014年分別為57.178%，52.916%和51.816%，占總面積的一半以上，表明自然環(huán)境仍以中度環(huán)境為主。二、四級總面積百分比在四年內(nèi)波動(dòng)，二級是生態(tài)環(huán)境指標(biāo)3和4的結(jié)合，四級是生態(tài)環(huán)境指數(shù)7和8合計(jì)，2007年的二級分別比四年級高出27.273%和15.024%。等級越小，流域面積越小。2010年和2012年二，四級差距越大，優(yōu)等比例越高，四級從2010年的12.752%下降到2012年的9.621%，差距越來越大，從2010年的28.542%上升到2012年的36.116%，表明改革開放以來，自然環(huán)境不斷發(fā)展，人為造成了嚴(yán)重的自然環(huán)境破壞，水土流失嚴(yán)重，自然環(huán)境惡化。自2014年以來，占主導(dǎo)地位的情況發(fā)生了變化。四級上升了25.627%，二級下降到19.945%，表明梁山小流域從2012年起全面管理生態(tài)環(huán)境逐步取得一定成效。一級(環(huán)評指標(biāo)1和2)和五級(環(huán)評指標(biāo)大于9)的比例多年來相對穩(wěn)定，相對較少。其中，四級分別為1.036%，1.050%，1.190%和1.056%，說明小流域生態(tài)環(huán)境惡劣程度較小，隨著小生態(tài)環(huán)境的綜合治理，分水嶺。生態(tài)環(huán)境良好的五年級分別為0.577%，0.486%，0.158%和1.550%?？梢钥闯觯?007年到2012年，生態(tài)環(huán)境良好的環(huán)境也逐漸下降，2014年的增長率為1.550%，這也反映出綜合生態(tài)環(huán)境經(jīng)過處理后，小流域生態(tài)環(huán)境已經(jīng)有了一定的改善程度。

圖1 小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)等級面積所占百分比

5 結(jié)語

(1)針對小流域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，采用層次分析法建立小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。為了全面反映小流域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，并考慮到各種水土保持

措施，小流域氣象氣候特征，地形等信息，土地利用，植被覆蓋，水土流失和景觀形態(tài)分別為在此基礎(chǔ)上，分別評估了土地覆蓋/利用類型，植被覆蓋度，土壤侵蝕強(qiáng)度，海拔高度，地形坡度，年降水量，溫度> 0℃和景觀指數(shù)等10個(gè)指標(biāo)。

(2)小流域結(jié)構(gòu)類型不合理，優(yōu)質(zhì)草地比例偏低，未利用地特別是野生草地比例大，不利于水土保持和自然環(huán)境恢復(fù)在小流域。要進(jìn)一步提高草地質(zhì)量和覆蓋面積，以減少草地覆蓋率低的裸地覆蓋，以維持該地區(qū)的水土流失。同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化耕地結(jié)構(gòu)和布局。

(3)小流域整體生態(tài)環(huán)境逐步好轉(zhuǎn)，但管理區(qū)生態(tài)環(huán)境仍十分脆弱。今后要加強(qiáng)小流域的管理和監(jiān)測。及時(shí)抓好治理出現(xiàn)的問題和對周邊人民的教育，宣傳小流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，防止人為因素對小流域造成損害，及時(shí)調(diào)整不合理的治理措施。

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