遼寧土石山區(qū)侵蝕溝道綜合治理效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)技術(shù)研究

朱淼淼

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

侵蝕溝具有發(fā)展快、侵蝕量大等特點(diǎn)，對(duì)機(jī)械耕作、河道水庫(kù)、土地資源、農(nóng)村生產(chǎn)生活等都會(huì)造成嚴(yán)重危害[1]。侵蝕溝綜合治理水土保持效果評(píng)估和判定主要可判斷所布設(shè)的水土保持措施是否達(dá)到預(yù)期的治理效果。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)侵蝕溝綜合治理水土保持效益評(píng)價(jià)體系的研究較為薄弱，人們對(duì)侵蝕溝治理的重視程度有待提高，因此開(kāi)展侵蝕溝道水土保持效益評(píng)價(jià)具有重要意義。本研究選取遼寧土石山區(qū)72個(gè)縣(區(qū))2011—2017年的侵蝕溝道治理工程相關(guān)數(shù)據(jù)，開(kāi)展侵蝕溝道綜合治理效益分析與評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

國(guó)內(nèi)對(duì)水土保持治理綜合效益的評(píng)價(jià)大多包含水土流失治理的整體措施[2]，針對(duì)侵蝕溝的水土流失治理評(píng)價(jià)研究尚不充分，但研究侵蝕溝綜合治理效益有助于分析評(píng)價(jià)流域水土保持工作，為優(yōu)化土石山區(qū)乃至全省水土保持措施提供對(duì)策建議?！皩哟畏置鳌㈥P(guān)系清晰”是評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型合理的關(guān)鍵，各個(gè)層次的指標(biāo)和項(xiàng)目應(yīng)全面而簡(jiǎn)潔。為了保證效益評(píng)價(jià)的全面性與綜合性，選取了水土保持的調(diào)水保土效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益作為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層[3]。指標(biāo)體系的最底層為指標(biāo)層，為各效益種類在進(jìn)行具體評(píng)價(jià)時(shí)需要調(diào)查和計(jì)算的指標(biāo)。

1.1 基于主成分分析法的評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

由于水土保持效益評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，而且十分復(fù)雜，各指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，因此需要找到一個(gè)合適的方法，在減少分析指標(biāo)的同時(shí)，盡量減少原指標(biāo)包含信息的損失，以對(duì)所收集的所有指標(biāo)進(jìn)行全面的分析[4]。主成分分析法是目前常用的綜合評(píng)價(jià)方法，是在多指標(biāo)分析評(píng)價(jià)的條件下，依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的原理和方法來(lái)優(yōu)化選擇其中最具代表性但是彼此不相關(guān)的主要指標(biāo)來(lái)代表其原指標(biāo)所有信息的統(tǒng)計(jì)分析方法。故本研究選用主成分分析法，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采取標(biāo)準(zhǔn)化處理后，結(jié)合SPSS軟件，對(duì)侵蝕溝綜合治理效益評(píng)價(jià)初選指標(biāo)進(jìn)行篩選。

首先，初步選取21個(gè)水保效益評(píng)價(jià)相關(guān)因子，其中調(diào)水保土效益選取減少侵蝕模數(shù)、侵蝕溝治理面積、減蝕總量、減流總量等4項(xiàng)指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)效益選取糧食增產(chǎn)量、果品增產(chǎn)量、活立木增產(chǎn)量、枝條增產(chǎn)量、單位面積投資、產(chǎn)投比等6項(xiàng)指標(biāo)；社會(huì)效益選取受益人口、農(nóng)業(yè)人均純收入、幸福指數(shù)、保護(hù)耕地面積、人均產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)人均糧食產(chǎn)量等6項(xiàng)指標(biāo)；生態(tài)效益選取新增林草覆蓋率、植物固碳量、植物釋放氧氣量、植被滯塵量、物種保育價(jià)值等5項(xiàng)指標(biāo)。

1.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各指標(biāo)的單位不同，無(wú)法進(jìn)行對(duì)比，因此需要?dú)w一化，使其轉(zhuǎn)變成無(wú)量綱的表達(dá)形式，便于指標(biāo)間進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)計(jì)算，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化后的標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表1～表4。

表1 調(diào)水保土效益相關(guān)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值

表2 經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值

表3 社會(huì)效益相關(guān)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值

表4 生態(tài)效益相關(guān)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值

1.1.2 主成分分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)降維、因子分析，采用主成分分析法確定Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z20、Z21共19個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中包括調(diào)水保土效益評(píng)價(jià)指標(biāo)4個(gè)、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)5個(gè)、社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)5個(gè)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)5個(gè)，篩除了產(chǎn)投比(Z10)、農(nóng)業(yè)人均糧食產(chǎn)量(Z16)兩項(xiàng)指標(biāo)，建立了以調(diào)水保土效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益4項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成準(zhǔn)則層以及由減蝕量、減流量等19項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)層的遼寧土石山區(qū)侵蝕溝治理效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確立了指標(biāo)量化與篩選的方法，得出調(diào)水保土效益、生態(tài)效益為侵蝕溝治理主要效益的結(jié)論。

1.2 采用綜合集成賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

合理的權(quán)重賦值對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性與合理性起著重要的作用，直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果[5]。在縱向上，指標(biāo)權(quán)重反映了該指標(biāo)變化對(duì)綜合效益變化所起作用的大小；在橫向上，指標(biāo)權(quán)重表示了該指標(biāo)在同一評(píng)價(jià)指標(biāo)層次中所處的地位高低。因此，需要尋求合理的賦權(quán)方法，使得權(quán)重系數(shù)科學(xué)、客觀地反映指標(biāo)在評(píng)價(jià)中的重要程度[6]。

本研究首次將基于單位化約束條件的綜合集成賦權(quán)法[7]應(yīng)用于侵蝕溝道綜合治理效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重的確立。鑒于主客觀集成賦權(quán)法算法雖復(fù)雜，在水土保持效益分析領(lǐng)域應(yīng)用較少，但其數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)相對(duì)比較完整，而基于單位化約束條件的綜合集成賦權(quán)法在水土保持綜合效益評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用更為空白，本研究通過(guò)組合方法計(jì)算權(quán)重，結(jié)合優(yōu)化模型，確定的指標(biāo)權(quán)重科學(xué)合理。具體方法如下：

(1)層次分析法。層次分析法主要根據(jù)水土保持學(xué)、農(nóng)田水利學(xué)等方面9位專家的打分來(lái)構(gòu)建判斷矩陣，打分完成后綜合各專家的意見(jiàn)得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，形成判斷矩陣。

(2)熵值法。熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的度量，可以用于度量已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量和確定權(quán)重。熵越小，系統(tǒng)的無(wú)序化程度越大，其權(quán)重越大，所含信息量也越大；熵越大，系統(tǒng)的無(wú)序化程度越小，其權(quán)重越小，所含信息量也越小。用熵值法求權(quán)重，首先要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后利用公式計(jì)算指標(biāo)的熵值和權(quán)重值。

第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值Ej為

(1)

式中：m為采樣點(diǎn)數(shù)量，本研究取2011—2017年共計(jì)7 a的數(shù)據(jù)，故m=7；yij為第i年的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

信息效用值越大，表明指標(biāo)越重要，對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大。信息效用值Dj的計(jì)算公式為

Dj=1-Ej

(2)

采用公式

(3)

最終可得到第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重Wj。

W=αW′+βW″

(4)

這就是本研究采用的主客觀綜合賦權(quán)法確定的權(quán)重，關(guān)鍵是確定α、β的值。設(shè)α、β滿足單位化約束條件[11]，即

α2+β2=1

(5)

(6)

(7)

式中:bij為各評(píng)價(jià)指標(biāo)值。

根據(jù)多屬性決策分析的加權(quán)法則，可求得各評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)目標(biāo)值為[10]

(8)

通過(guò)計(jì)算，α在調(diào)水保土效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益的值分別為0.501、0.503、0.484、0.479，β在調(diào)水保土效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益的值分別為0.499、0.497、0.516、0.521。

通過(guò)上述方法，計(jì)算確定最終指標(biāo)權(quán)重，見(jiàn)表5。

表5 綜合集成賦權(quán)法確定的各指標(biāo)權(quán)重

1.3 綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

利用指標(biāo)層歸一化的標(biāo)準(zhǔn)值乘以對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)則層調(diào)水保土、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的對(duì)應(yīng)權(quán)重，即可得到調(diào)水保土、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的評(píng)價(jià)值。同理可得出綜合效益的評(píng)價(jià)值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 目標(biāo)層、準(zhǔn)則層各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)值

2 效益評(píng)價(jià)分析

2.1 調(diào)水保土效益評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由圖1可知，調(diào)水保土效益與綜合效益的整體走向相近，說(shuō)明調(diào)水保土效益指標(biāo)在綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中占主導(dǎo)地位。同時(shí)，2011、2014、2016年相對(duì)其他年份評(píng)價(jià)值較高，這與其當(dāng)年治理面積大有關(guān)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)侵蝕溝治理，項(xiàng)目區(qū)及周邊環(huán)境的水土流失狀況得到改善，治理面積越大調(diào)水保土效益越大。

圖1 調(diào)水保土效益變化趨勢(shì)

2.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由圖2可知，經(jīng)濟(jì)效益相較2011年整體呈上升趨勢(shì)，2017年尤為突出，整體經(jīng)濟(jì)效益顯著。

圖2 經(jīng)濟(jì)效益變化趨勢(shì)

通過(guò)侵蝕溝治理措施改造原有低利用率的土地，增加可利用土地面積，能夠提高糧食產(chǎn)量，植樹(shù)造林增加了林產(chǎn)品產(chǎn)量，這些都是與當(dāng)?shù)鼐用窭嫦⑾⑾嚓P(guān)的經(jīng)濟(jì)收入。而經(jīng)濟(jì)林、水保林等林草措施在經(jīng)歷本身生長(zhǎng)質(zhì)量差和種植技術(shù)不成熟后，逐漸走入正軌，這從2017年經(jīng)濟(jì)效益尤為突出可以體現(xiàn)。由于當(dāng)年降雨等自然條件太差，因此2011年雖治理面積最大，但經(jīng)濟(jì)效益不明顯，隨后則持續(xù)增加。

2.3 社會(huì)效益評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由圖3可以看出，侵蝕溝水土保持措施的實(shí)施與開(kāi)展為當(dāng)?shù)貛?lái)了一定的社會(huì)效益，各年度社會(huì)效益值相對(duì)2011年均有不同程度的增加，說(shuō)明侵蝕溝治理有顯著的社會(huì)效益。

圖3 社會(huì)效益變化趨勢(shì)

侵蝕溝治理措施的實(shí)施能夠修護(hù)危險(xiǎn)坡面，減少滑坡、泥石流等災(zāi)害的發(fā)生，保障當(dāng)?shù)鼐用裆瞽h(huán)境安全，并且減少洪水災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)能夠蓄水減輕旱災(zāi)，控制面源污染，提高土地生產(chǎn)率。隨著侵蝕溝治理面積的增加，社會(huì)效益呈持續(xù)增加趨勢(shì)，說(shuō)明隨著各項(xiàng)水土保持措施的實(shí)施，其作用逐漸發(fā)揮出來(lái)，改善了當(dāng)?shù)厣瞽h(huán)境，帶來(lái)了較高的社會(huì)效益。

2.4 生態(tài)效益評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由圖4可以看出，在水土保持的調(diào)控作用下，各年度的水土保持生態(tài)效益評(píng)價(jià)值與綜合效益評(píng)價(jià)值整體趨勢(shì)接近，說(shuō)明生態(tài)效益在綜合效益評(píng)價(jià)中權(quán)重較大。

圖4 生態(tài)效益變化趨勢(shì)

侵蝕溝治理通過(guò)在溝底邊坡植樹(shù)種草，防止溝頭下切及坡面擴(kuò)張，增加農(nóng)田面積，提高土地覆蓋率，從而防止地區(qū)水土流失惡化，逐漸改善原有生態(tài)環(huán)境，提高物種多樣性，發(fā)展當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)其生態(tài)效益。經(jīng)過(guò)治理，項(xiàng)目區(qū)的水土流失狀況得到改善，生態(tài)環(huán)境也在不斷改善與優(yōu)化。

3 結(jié) 語(yǔ)

溝道治理是一項(xiàng)投資期長(zhǎng)、投資大且需要資金支持與技術(shù)保證的系統(tǒng)工程。通過(guò)對(duì)侵蝕溝道治理工程產(chǎn)生的水土保持效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以將無(wú)形的效益直觀化，在體現(xiàn)該項(xiàng)工作投資價(jià)值的同時(shí)，也使得有關(guān)政府部門或機(jī)構(gòu)可以根據(jù)結(jié)果做出正確決策并給予適當(dāng)?shù)闹卫硗顿Y。侵蝕溝道治理效益不僅直接體現(xiàn)在防治水土流失、保護(hù)水土資源、提高土地生產(chǎn)力方面，還有利于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，因此，開(kāi)展水土保持效益評(píng)價(jià)工作十分重要和必要。