朝陽縣石質(zhì)山區(qū)小流域水土保持綜合治理效益評價(jià)

王萬香

(朝陽縣水土保持局，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和生態(tài)保護(hù)意識的增強(qiáng)，使得人們對環(huán)境質(zhì)量的要求逐漸提升，水土保持治理的工程投資也不斷的增加。以小流域?yàn)榛締卧_展治理工程效益評價(jià)，可為今后水土保持規(guī)劃和掌握治理工程成效提供科學(xué)指導(dǎo)，準(zhǔn)確評價(jià)工程效益為水土流失治理的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，定量和定性分析為效益評價(jià)的主要方法，為準(zhǔn)確地評估工程效益通常將2種方法相結(jié)合利用，定量分析為早期效益評價(jià)的主要方法[1]。目前，應(yīng)用比較多的是對治理區(qū)水保效益利用綜合指標(biāo)體系分析，通過篩選出典型指標(biāo)和加權(quán)求和運(yùn)算，確定最終的效益投影值大小。該方法的優(yōu)點(diǎn)是通過比較不同治理目標(biāo)效益或各部分效益投影值，較為直觀的體現(xiàn)效益評價(jià)中各指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。然而，對于小流域治理的直接經(jīng)濟(jì)效益無法準(zhǔn)確的計(jì)算，最新的水保效益評價(jià)方法有TOPSIS法、未確知測度法、組合賦權(quán)-云模型、灰關(guān)聯(lián)法及主成分分析法等[2-6]。針對石漠化地區(qū)生態(tài)治理國內(nèi)許多學(xué)者開展了相應(yīng)研究，如顏萍、李昂等采用篩選法確定了石漠化地區(qū)水土流失監(jiān)測指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的效益評價(jià)體系；柏勇等采用科學(xué)的方法評估了治理措施的生態(tài)服務(wù)功能。然而，水土流失治理屬于一項(xiàng)投資工程，經(jīng)濟(jì)效益在評估過程中占據(jù)重要地位[7-9]。考慮各項(xiàng)措施增加面積、運(yùn)行費(fèi)用、投資額和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量等參數(shù)，通過計(jì)算分析能夠較為直觀的體現(xiàn)治理工程投資及其經(jīng)濟(jì)效益。因此，為提高評估結(jié)果的準(zhǔn)確度將定量與定性法相結(jié)合用于水保效益評估。

1 項(xiàng)目實(shí)施概況

朝陽縣地處遼西山地丘陵區(qū)，大凌河中上游，該地區(qū)山脈縱貫，分布有連綿起伏的中低山和溝壑縱橫的丘陵，丘陵地區(qū)和山區(qū)高差為300-600m，平原面積較少，地貌形態(tài)多樣。由于歷史上植被破壞嚴(yán)重、干旱少雨及土地利用不合理，加之植被稀少、土質(zhì)疏松、土壤貧瘠、抗侵蝕力差等因素，朝陽縣水土流失問題十分突出，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，屬于國家重點(diǎn)水土流失治理區(qū)[10-13]。為保護(hù)當(dāng)?shù)卣滟F的黑土資源和改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，穩(wěn)步促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和增大農(nóng)民收入，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和居民生活條件，降低江河泥沙淤積和水土流失危害程度，經(jīng)實(shí)地勘查，朝陽縣縣水保部門選定六家子、單家店、下洼小流域作為治理對象，針對3條小流域?qū)嵤┝艘幌盗泄こ讨卫泶胧?，具體如下：

①六家子小流域治理工程期限為2014年的1年，整治面積為1224.53hm2，其中果樹臺田、封育治理、水保林、經(jīng)濟(jì)林、保土耕作面積分別為107.66、458.20、12.24、246.27、400.16hm2；圍欄7155m，標(biāo)志牌1個，公示牌5個，作業(yè)路6.45km，修建谷坊10座。工程總用機(jī)械2806臺時，總用工6.94萬工日，動用土石方29.99萬m3，項(xiàng)目投資500.34萬元，單位治理面積投資40.86萬元/km2。②單家店小流域治理工程期限為2014年4月-12月，治理面積1307.11hm2，其中保土耕作、果樹臺田、水保林(魚鱗坑)、經(jīng)濟(jì)林(水平槽)、封育治理工程387.15、46.36、22.44、324.51、526.65hm2，圍欄2930m，公示牌3個，標(biāo)志碑1個，修建土谷坊4座，作業(yè)路3.55km。動用土石方33.58萬m3，總用機(jī)械1818.65臺時，總用工9.06萬工日，項(xiàng)目投資534.04萬元，單位治理面積投資40.86萬元/km2。③下洼小流域治理工程期限為2018年的1年，治理面積250.00hm2，其中經(jīng)濟(jì)林(水平槽)、保土耕作、封育治理分別為50.00、108.96、91.04hm2，圍欄2965m，作業(yè)路 4.06km，溝道治理1條，工程總用工1.39萬工日，項(xiàng)目投資100.00萬元，單位治理面積投資40.00萬元/km2。

本研究基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)源為1∶10萬水文地質(zhì)圖、1∶1萬地形圖，由朝陽縣水利局2012年提供的相關(guān)設(shè)計(jì)文件和實(shí)地調(diào)查資料提取治理前的數(shù)據(jù)，采用實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和2019年度遙感影像獲取治理后的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，根據(jù)課題組2015-2019年對小流域室內(nèi)化驗(yàn)、樣本跟蹤觀測和實(shí)地調(diào)查資料提取土壤、林分、泥沙及經(jīng)濟(jì)狀況等參數(shù)值。

2 效益分析

2.1 社會效益分析

2.1.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地利用結(jié)構(gòu)改善

造成土壤侵蝕的關(guān)鍵因素為不合理的土地利用，因此水土保持的根本目的是不斷的優(yōu)化、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)。在治理過程中3條小流域通過坡改梯、封禁治理、退耕還林和營造水土保持林等措施，優(yōu)化調(diào)整了流域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)。治理前六家子小流域的荒山荒坡、林地、其他用地和農(nóng)地面積比為0.58∶0.79∶0.06∶1.00，綜合治理項(xiàng)目實(shí)施后優(yōu)化為0.12∶4.05∶0.08∶1.00；治理前單家店小流域的荒山荒坡、林地、其他用地和農(nóng)地面積比為0.28∶2.4∶0.04∶1.00，綜合治理項(xiàng)目實(shí)施后優(yōu)化為0.19∶1.52∶0.14∶1.00；治理前下洼小流域的荒山荒坡、林地、其他用地和農(nóng)地面積比為0.35∶2.67∶0.04∶1.00，綜合治理項(xiàng)目實(shí)施后優(yōu)化為0.12∶3.14∶0.36∶1.00。項(xiàng)目的實(shí)施均大幅度提升了3條流域的林地面積比，流域內(nèi)農(nóng)地面積占比由于封禁治理、退耕還林等措施有所下降。地面經(jīng)濟(jì)林和水源涵養(yǎng)林覆蓋面積的增大有效減少了土地表面的水土流失，增強(qiáng)了根系的固土能力。同時，林草措施中的經(jīng)濟(jì)林的增加可為當(dāng)?shù)鼐用駧斫?jīng)濟(jì)收益，且有助于改善生態(tài)狀況。統(tǒng)計(jì)整理治理前后3條流域的不同用地類型占比，如表1所示。

表1 治理前后不同用地類型面積變化 hm2

2.1.2 農(nóng)民生活水平提升

實(shí)踐表明，小流域治理工程可優(yōu)化調(diào)整當(dāng)?shù)厝丝诰蜆I(yè)結(jié)構(gòu)，提升農(nóng)民收入和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。朝陽地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后且生態(tài)環(huán)境脆弱，居民參與治理的積極性與治理工程能否帶來直接經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)。結(jié)合實(shí)地調(diào)查結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，小流域治理工程的實(shí)施在一定程度上減少了流域內(nèi)貧困人口數(shù)。項(xiàng)目實(shí)施前六家子、單家店、下洼小流域內(nèi)的貧困人口比例為35.2%、30.8%、37.6%，綜合治理工程實(shí)施后下降至28.5%、23.4%、26.0%，流域內(nèi)農(nóng)民人均純收入增加285、261、297元/a。人均純收入、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和人均糧食產(chǎn)量等指標(biāo)均呈一定程度的增長，且人均耕地和貧困人口比也有不同程度的下降，詳見表2。

表2 經(jīng)濟(jì)社會情況變化情況

2.2 生態(tài)效益分析

提高當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活水平、改善生態(tài)環(huán)境和減少水土流失為實(shí)施小流域治理項(xiàng)目的主要目標(biāo)，3條小流域建設(shè)實(shí)施了一系列重點(diǎn)治理、生態(tài)修復(fù)和預(yù)防保護(hù)等工程，其治理成效較為顯著。六家子、單家店、下洼3條小流域的水土流失面積為1791.14、1691.01、340.76hm2，占流域總面積的52.19、45.46、79.20%，一系列工程治理措施的實(shí)施顯著改善了流域內(nèi)的生態(tài)面貌。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，治理后各小流域侵蝕模數(shù)均呈下降趨勢，詳見表3。

表3 治理前后的侵蝕模數(shù)變化

根據(jù)表3可知，六家子、單家店、下洼3條小流域治理前的侵蝕模數(shù)為2746、2605、2691t/km2·a，治理后分別下降至915、832、9701t/km2·a。

為了更加直觀的對比水保措施實(shí)施后3條小流域的治理成效，引入綜合治理生態(tài)效益H、林地面積增加率X、水土流失面積治理率Y和土壤侵蝕模數(shù)降低率Z4個因子，其計(jì)算式分別如下：

(1)

(2)

(3)

Hi=0.521Zi+0.137Yi+0.341Xi

(4)

式中：z1i、z2i為項(xiàng)目實(shí)施前、后的侵蝕模數(shù)，其中i=1,2,3代表六家子、單家店、下洼3條小流域；x1i、x2i為項(xiàng)目實(shí)施前、后的林地面積；y1i、y2i為項(xiàng)目實(shí)施前、后的水土流失面積。其中，0.521、0.137、0.341為3個評價(jià)因子的權(quán)重，采用加權(quán)求和法確定治理效益參數(shù)H值，H值越大則小流域生態(tài)效益越高。

根據(jù)以上計(jì)算式求解六家子，單家店，下洼3條小流域的Zi、Yi、Xi值為(0.662、0.830、1.36)，(0.685、0.375、0.227)，(0.633、0.811、0.106)，最終確定3條小流域的H值，如表4所示。借鑒韓富貴等文獻(xiàn)資料，按照H值越大治理效果越優(yōu)的原則將評價(jià)等級劃分為優(yōu)、良、一般3個等級，所對應(yīng)的H值取值為：0.535≤H<1、0.337≤H<0.535、H<0.337。依據(jù)等級劃分和計(jì)算結(jié)果，從小到大排列各流域生態(tài)效益為：B下洼

表4 小流域生態(tài)效益評價(jià)

2.3 水保措施的經(jīng)濟(jì)效益分析

改善人類的生活環(huán)境為實(shí)施各項(xiàng)治理措施的主要目的，且該治理工程屬于一種投資行為，必須對其經(jīng)濟(jì)效益和成本進(jìn)行研究。良好的經(jīng)濟(jì)效益和改善生態(tài)環(huán)境可增加農(nóng)民參與治理的積極性，有助于實(shí)施相應(yīng)的工程。本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范和已有計(jì)算方法，對3條小流域經(jīng)濟(jì)效益利用靜態(tài)分析法評價(jià)，通過比較和評估治理后的經(jīng)濟(jì)效益，為今后水土保持規(guī)劃和治理措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。假設(shè)各項(xiàng)治理措施開始發(fā)揮作用至效應(yīng)期結(jié)束為靜態(tài)的，該條件為效益評價(jià)的基本前提。

2.3.1 積累有效面積和經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

結(jié)合各項(xiàng)治理措施的實(shí)際情況和綜合效益計(jì)算方法，確定種草、封禁治理、薪材林、果木林和其他措施的效益期為8a、5a、15a、15a、20a。不同措施的效益年限存在較大差異，考慮朝陽縣具體情況合理獲取起效期，如表5所示。

表5 不同措施的始效期

將各項(xiàng)效益利用規(guī)范計(jì)算法轉(zhuǎn)化為貨幣，評價(jià)分析各小流域治理經(jīng)濟(jì)成效，利用規(guī)范推薦的計(jì)算公式確定效益期有效累計(jì)面積如下：

(5)

B=FC

(6)

式中：F、f為計(jì)算期和規(guī)劃期末的內(nèi)單項(xiàng)措施的有效面積，hm2；R、B為有效面積積累系數(shù)和單項(xiàng)措施累積效益；t、n為前期效益年限和經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算期，a；C、a為單位凈效益指標(biāo)和始效期，元/hm2·a、a。

將單位效益指標(biāo)與各項(xiàng)措施效益計(jì)算年限相乘獲取計(jì)算期內(nèi)單項(xiàng)措施累計(jì)效益，結(jié)合市場統(tǒng)計(jì)價(jià)格、當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和當(dāng)?shù)厮２块T的多年監(jiān)測結(jié)果，確定其平均值如表6所示。

表6 不同措施的單位效益指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益值

在效益計(jì)算期內(nèi)各項(xiàng)措施的累積效益利用表1中各措施治理期末增加值確定，以六家子小流域總積累效益B總1和果木林有效面積F果1為例，說明其計(jì)算過程為：

(7)

B總1=F水1C水+F梯1C梯+F保1C保+
F果1C果+F薪1C薪+F育1C育

(8)

采用以上計(jì)算公式，確定計(jì)算期內(nèi)各項(xiàng)治理措施關(guān)于六家子、下洼和單家店小流域的總經(jīng)濟(jì)效益依次為B總1、B總2、B總3值為1655.2、285.4、841.6萬元。根據(jù)計(jì)算期各項(xiàng)措施累積總效益值、單位效益指標(biāo)和相應(yīng)措施的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算期，可求解3個小流域的累積效益多年平均值為B1、B2、B3為99.5、18.6、42.3萬元。另外，為保證各項(xiàng)工程措施的正常發(fā)揮，運(yùn)行期間各項(xiàng)措施需要投入管理費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等，投入的資金中不考慮促進(jìn)產(chǎn)量增加的費(fèi)用。運(yùn)用效益運(yùn)行費(fèi)率確定運(yùn)行費(fèi)用，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查結(jié)果確定封禁治理、薪材林、果木林、水保林、梯地、水田的具體費(fèi)率為3%、8%、15%、5%、12%、10%，從而確定六家子、下洼和單家店小流域的效益計(jì)算期投入的資金為依次為K總1、K總2、K總3值為214.5萬元、35.2%、80.6萬元，在此基礎(chǔ)上確定各小流域年均運(yùn)行費(fèi)用為K1、K2、K3為12.5萬元、2.2萬元、5.1萬元。群眾投資折資、地方配套和國家補(bǔ)助為治理工程投資的主要來源，按照20元/d計(jì)算當(dāng)?shù)毓凸ね秳谕顿Y。根據(jù)各個部分投資確定結(jié)束時工程的總投資額D總1、D總2、D總3為751.2萬元、120.4萬元、353.6萬元。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)分析

根據(jù)運(yùn)行成本、效益和投資額計(jì)算結(jié)果，對3條小流域治理工程投資的經(jīng)濟(jì)可行性利用還本年限、經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)、經(jīng)效益和效益費(fèi)用比等參數(shù)評價(jià)，其中效益費(fèi)用比r、還本年限A、效益系數(shù)P和累計(jì)凈效益J計(jì)算公式如下：

(9)

(10)

(11)

Ji=B總i-(D投i+K總i)

(12)

式中：B總i、D總i、K總i為流域總效益、投資額和總運(yùn)行費(fèi)；Bi、Ki為年均累積效益和運(yùn)行費(fèi)用。

通過敏感性分析S檢驗(yàn)3條小流域水土流失治理措施的抗風(fēng)險(xiǎn)水平，采用產(chǎn)投比預(yù)測綜合治理效益的風(fēng)險(xiǎn)水平，其表達(dá)式為：

(13)

采用上述計(jì)算式求解的各參數(shù)值如表7所示，結(jié)合水利工程經(jīng)濟(jì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定符合要求的小流域有單家店、六家子小流域，可見單家店、六家子綜合治理工程成效顯著，能夠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和改善生態(tài)環(huán)境。下洼小流域的P值為0.07，達(dá)到1.0-0.08等級，其它參數(shù)能夠滿足規(guī)范要求，下洼小流域薪材林、水保林和封禁治理面積較大，較其它治理措施其效益回收年限長，因此年均效益較低。

表7 經(jīng)濟(jì)參數(shù)分析結(jié)果

3 結(jié)論

1)采取薪材林、果木林措施不僅可優(yōu)化調(diào)整小流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，而且可改善生態(tài)環(huán)境和增加林草覆蓋面積，對于提高居民收入和優(yōu)化用地類型等方面具有積極作用，該評價(jià)結(jié)果與其它類似研究保持一致。

2)采用4個評價(jià)因子分析了六家子、單家店和下洼小流域的生態(tài)效益指數(shù)值為0.922、0.575、0.481，分別隸屬于優(yōu)、良、良評價(jià)等級，其中生態(tài)效益最為的為六家子，其次為單家店小流域，下洼最低。

3)經(jīng)濟(jì)參數(shù)研究表明，能夠達(dá)到規(guī)范要求的小流域有單家店、六家子小流域，六家子小流域回本年限最小為7a，下洼小流域的回本年限最長且經(jīng)濟(jì)系數(shù)略低于規(guī)范要求，但其效益費(fèi)用和抗風(fēng)險(xiǎn)能力具有一定優(yōu)勢。