退牧還草工程效益評(píng)價(jià)中多屬性決策模型的構(gòu)建

豐 驍，牛雪娜

（1.天水市秦州區(qū)畜牧獸醫(yī)局，甘肅 天水 741000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院數(shù)量生物學(xué)研究中心，甘肅 蘭州 730070）

隨著環(huán)境氣候變化的影響和濫墾、濫伐超載過牧等人類活動(dòng)的破壞，我國(guó)天然和人工草地出現(xiàn)了不同程度的退化、沙化和鹽漬化，導(dǎo)致沙塵暴頻發(fā)、水土流失加劇，草地生產(chǎn)力低下等生態(tài)問題。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)欠發(fā)達(dá)、自然生態(tài)條件脆弱的西部地區(qū)表現(xiàn)尤為突出，為遏制草地生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家于2002年末正式批準(zhǔn)在西部11個(gè)省區(qū)內(nèi)實(shí)施退牧還草工程，以保護(hù)和恢復(fù)退化的草地植被，建立綠色生態(tài)屏障，實(shí)現(xiàn)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為給項(xiàng)目管理和實(shí)施部門提供合理可行的決策依據(jù)，項(xiàng)目的評(píng)價(jià)必不可少。許多專家學(xué)者對(duì)項(xiàng)目的效益評(píng)價(jià)[1-3]和項(xiàng)目實(shí)施對(duì)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活的影響[4-6]作了深入的研究。趙成章[7,8]等構(gòu)建了退牧還草工程綜合效益評(píng)價(jià)體系，并作了相應(yīng)的實(shí)證研究；王靜等[2]從草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變換角度研究了退牧還草工程的生態(tài)效益；張鶴[1]、趙春花[3]等選取了特定的項(xiàng)目執(zhí)行區(qū)，結(jié)合實(shí)證分析，對(duì)項(xiàng)目工程效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)；李新[4]、王艷艷[5]、李善堂[6]等就退牧還草工程對(duì)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活的影響作了相關(guān)研究。雖然已有學(xué)者從不同角度對(duì)退牧還草工程效益評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究，但目前為止尚未形成一套公認(rèn)、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，況且既有指標(biāo)體系過于繁雜，致使后續(xù)的數(shù)據(jù)收集及定量分析研究變得復(fù)雜和難以實(shí)施。

評(píng)價(jià)或評(píng)估是項(xiàng)目決策過程中的重要步驟，甚至是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)的結(jié)果可以直接作為項(xiàng)目管理決策者的決策依據(jù)。退牧還草工程是一項(xiàng)龐雜的系統(tǒng)工程，其評(píng)價(jià)系統(tǒng)往往分多個(gè)層次，每個(gè)層次又包含多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，退牧還草的效益評(píng)價(jià)涉及多準(zhǔn)則或多屬性問題。首先根據(jù)指標(biāo)體系所具有的層級(jí)結(jié)構(gòu)，考慮構(gòu)建能較為準(zhǔn)確反映項(xiàng)目工程效益的指標(biāo)體系，并使用層次分析法確定出各指標(biāo)權(quán)重。然后建立退牧還草工程效益評(píng)價(jià)的多屬性決策模型對(duì)工程效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)用該模型也可對(duì)其他項(xiàng)目的生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，此模型具有可操作性強(qiáng)，普遍適用的特點(diǎn)。

1 評(píng)價(jià)的內(nèi)涵和原則

1.1 內(nèi)涵

生態(tài)工程項(xiàng)目除具有一般工程項(xiàng)目的共性外，還應(yīng)具有生態(tài)特性。以生態(tài)學(xué)理論為依據(jù)，在注重生態(tài)效益同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益對(duì)生態(tài)項(xiàng)目進(jìn)行一種系統(tǒng)客觀的分析評(píng)價(jià)，以確定項(xiàng)目的效果、效益和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。與一般工程項(xiàng)目類似，生態(tài)工程項(xiàng)目評(píng)價(jià)也分為兩類，一類為對(duì)現(xiàn)存或正在實(shí)施的項(xiàng)目系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)級(jí)，以判定和測(cè)量被評(píng)系統(tǒng)的性能和質(zhì)量[9,10]；另一類為項(xiàng)目后評(píng)價(jià)，在項(xiàng)目實(shí)施后根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)資料進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估，以獲取決策依據(jù)并修正后續(xù)的決策計(jì)劃。建立多屬性決策模型對(duì)退牧還草工程進(jìn)行效益評(píng)價(jià)屬于項(xiàng)目后評(píng)價(jià)。

1.2 原則

作為一種特殊的工程項(xiàng)目，生態(tài)工程項(xiàng)目在組織和實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下基本原則：

（1）客觀性。在項(xiàng)目評(píng)價(jià)中要尊重客觀規(guī)律，避免主觀隨意性。

（2）科學(xué)性。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)體系及定性和定量的分析方法應(yīng)符合客觀實(shí)際，全面體現(xiàn)系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)。

（3）系統(tǒng)性。在實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)要建立系統(tǒng)觀念，將待評(píng)價(jià)生態(tài)項(xiàng)目作為一個(gè)開放系統(tǒng)對(duì)待。用系統(tǒng)的方法進(jìn)行全面的分析評(píng)價(jià)。

（4）效益性。生態(tài)項(xiàng)目有其特殊性，在注重生態(tài)效益同時(shí)對(duì)其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。

（5）動(dòng)態(tài)性。對(duì)生態(tài)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，既要對(duì)它的現(xiàn)狀作出評(píng)價(jià)，也應(yīng)對(duì)其未來的影響給出一定的評(píng)判。在評(píng)價(jià)生態(tài)項(xiàng)目時(shí)須具動(dòng)態(tài)的眼光。

2 指標(biāo)體系建立及權(quán)重確定

2.1 指標(biāo)選取準(zhǔn)則

退牧還草工程效益評(píng)價(jià)的指標(biāo)選取應(yīng)遵循客觀性、系統(tǒng)性、科學(xué)性和可行性，兼顧生態(tài)工程的特殊性。指標(biāo)的選取應(yīng)遵循以下原則：

（1）反映草地生態(tài)修復(fù)工程的動(dòng)態(tài)性與可識(shí)別性。

（2）須全面反映工程的綜合效益，如生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）其標(biāo)志值易于觀察和測(cè)量。

表1 退牧還草工程效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（4）具有分層性，說明不同時(shí)空間尺度上的相互依賴關(guān)系。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

為了體現(xiàn)退牧還草工程的系統(tǒng)性和生態(tài)性，結(jié)合生態(tài)評(píng)價(jià)概念及指標(biāo)選取準(zhǔn)則，本研究運(yùn)用層次分析法建立3個(gè)層次的退牧還草工程效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。第1層為目標(biāo)層，表示退牧還草工程綜合效益指數(shù)；第2層為準(zhǔn)則層，用生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益刻畫目標(biāo)；第3層為指標(biāo)層，由表達(dá)每一個(gè)相應(yīng)準(zhǔn)則的具體指標(biāo)構(gòu)成。退牧還草工程效益評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系見表1。

2.3 指標(biāo)權(quán)重確定

2.3.1 層次分析法確定權(quán)重

每一項(xiàng)指標(biāo)在指標(biāo)體系中的重要性不同，在實(shí)際問題中往往引入權(quán)重來表示其差異性。當(dāng)指標(biāo)體系的指標(biāo)較多，且具有分層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以考慮使用層次分析法來確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。大體可以分為以下四個(gè)步驟：

（1）劃分層次結(jié)構(gòu)。

（2）根據(jù)Saaty[11]給出的1-9標(biāo)度方法結(jié)合專家意見構(gòu)造反映各指標(biāo)間重要性程度的判斷(成對(duì)比較)矩陣。

（3）求得上述矩陣最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，作為本層指標(biāo)相對(duì)于上一層指標(biāo)的權(quán)重，由此完成層次單排序。并由一致性指標(biāo)CI和一致性比率CR進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（4）根據(jù)分層指標(biāo)間的層級(jí)關(guān)系，求出最底層指標(biāo)相對(duì)于最高層目標(biāo)的權(quán)重，完成層次總排序，并作相應(yīng)的一致性檢驗(yàn)。

2.3.2 指標(biāo)體系權(quán)重確定

首先構(gòu)造準(zhǔn)則層中三個(gè)準(zhǔn)則兩兩比較的判斷矩陣（式1）確定各準(zhǔn)則對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重，判斷矩陣的元素aij由Saaty[11]的1-9標(biāo)度方法結(jié)合專家意見給出，這里aij表示了第i個(gè)準(zhǔn)則相對(duì)于第j個(gè)準(zhǔn)則的重要性，由此得如下判斷矩陣：

式（1）中 Z，E，S分別表示三個(gè)準(zhǔn)則，矩陣中數(shù)字刻畫了一個(gè)準(zhǔn)則相對(duì)于另一個(gè)準(zhǔn)則的重要性程度。

然后使用Matlab軟件求得矩陣A的最大特征值λmax=3.05，其次解出λmax對(duì)應(yīng)特征向量，做歸一化處理得各準(zhǔn)則對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重：生態(tài)效益權(quán)重為w1=0.49，經(jīng)濟(jì)效益權(quán)重為w2=0.20，社會(huì)效益權(quán)重為w3=0.31。查Saaty[11]給出的判斷矩陣的隨機(jī)指標(biāo)RI值(3階方陣的RI=0.58)，計(jì)算CR=CI/RI=0.0462＜0.1通過一致性檢驗(yàn)。

用同樣的方法計(jì)算出指標(biāo)層中每個(gè)指標(biāo)相對(duì)于其上一級(jí)準(zhǔn)則的權(quán)重wij(i=1,2,3;j∈Λ)，這里Λ是各準(zhǔn)則下指標(biāo)的指標(biāo)集合。由所劃分的層次結(jié)構(gòu)，求wiwij即為最底層第j個(gè)指標(biāo)相對(duì)于最高層目標(biāo)的權(quán)重，經(jīng)歸一化處理和一致性檢驗(yàn)后，得最終權(quán)重結(jié)果見表2。

表2 指標(biāo)體系各層的權(quán)重系數(shù)

3 多屬性決策模型構(gòu)建

3.1 基本理論

多屬性決策是多準(zhǔn)則決策問題的一種，有時(shí)也稱有限方案多目標(biāo)決策，指在考慮多個(gè)屬性的情況下，選擇最優(yōu)備選方案或進(jìn)行方案排序的決策問題[9,10]。記一個(gè)多屬性決策問題為MA，X={x1, x2,…,xm}是可供選擇的方案集,G={f1,f2,…, fn}是屬性（目標(biāo)）集。而 yij=fj(xi)(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)是方案xi在目標(biāo)fj下的屬性值, 矩陣

表示方案集X關(guān)于目標(biāo)集G 的“決策矩陣”或?qū)傩跃仃嚕@里屬性值一般分為效益型、成本型、固定型、區(qū)間型和偏離型等。求解多屬性決策問題，一般是決策者依據(jù)決策矩陣，并結(jié)合各屬性權(quán)重，采取一定的決策方法從方案集X中選擇M（M＜m）個(gè)最滿意方案或進(jìn)行方案集X的排序問題。

3.2 模型的建立與求解

3.2.1 模型的建立

根據(jù)已構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立退牧還草工程效益評(píng)價(jià)的多屬性決策模型：

其中，X={x1, x2,…,xm}表示m個(gè)方案的集合。G={f1, f2,…, f15}表示指標(biāo)體系中15個(gè)屬性（指標(biāo)）集合，用w=(w1,w2,…,w15)T表示各屬性相對(duì)于最高層的權(quán)重向量。在實(shí)際評(píng)價(jià)中，結(jié)合有關(guān)多屬性決策方法，選擇最優(yōu)方案或?qū)λ蟹桨高M(jìn)行排序，完成退牧還草工程的效益評(píng)價(jià)。

3.2.2 求解步驟

退牧還草工程的項(xiàng)目管理和實(shí)施者運(yùn)用多屬性決策模型對(duì)工程效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，需完成以下步驟：

（1）構(gòu)造決策矩陣Y。選擇m個(gè)實(shí)施評(píng)價(jià)項(xiàng)目執(zhí)行區(qū)作為備選方案，對(duì)應(yīng)于表1中的15個(gè)屬性，收集各項(xiàng)目區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取每個(gè)方案在相應(yīng)目標(biāo)下的屬性值yij，形成決策矩陣Y=(yij)m×15。

（2）規(guī)范矩陣Y。運(yùn)用數(shù)據(jù)預(yù)處理方法獲取無量綱的規(guī)范化決策矩陣R=(y’ij)m×15。

（3）建立模型。據(jù)式(3)和規(guī)范化決策矩陣R，結(jié)合表2中各屬性權(quán)重值，建立針對(duì)m個(gè)項(xiàng)目區(qū)效益評(píng)價(jià)的多屬性決策模型。

（4）應(yīng)用層次分析法 (AHP)、逼近理想解的排序法(TOPSIS)和ELECTRE法等常見的多屬性決策方法完成各備選方案的優(yōu)選和排序，完成退牧還草工程效益的評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

當(dāng)前環(huán)境問題日益突出，政府主導(dǎo)實(shí)施的退耕還林、退牧還草和自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)環(huán)境治理與保護(hù)顯得極為重要。作為工程實(shí)施中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，工程效益的評(píng)價(jià)在工程實(shí)施中必不可少。但生態(tài)恢復(fù)工程是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜的工程，影響工程效益的因素多種多樣，而且不同的項(xiàng)目決策者帶有不同的偏好，退牧還草工程效益的評(píng)價(jià)始終沒有形成一套公認(rèn)、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法。

本研究從常用的衡量生態(tài)工程效益的三個(gè)指標(biāo)：生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益出發(fā)，結(jié)合層次分析思想，將表示工程效益的指標(biāo)分為三層，第一層為目標(biāo)層，第二層為生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益構(gòu)成的準(zhǔn)則層，第三層為常用的各自刻畫三大效益的指標(biāo)構(gòu)成的指標(biāo)層，并依此建立評(píng)價(jià)退牧還草工程效益的指標(biāo)體系。考慮到退牧還草工程效益的評(píng)價(jià)涉及多方案的多準(zhǔn)則或多屬性問題，本研究提出多屬性決策模型對(duì)退牧還草工程效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。基于其實(shí)用性和可操作性，在實(shí)際問題中可作為一種有效的方法評(píng)價(jià)工程實(shí)施的效益。在指標(biāo)體系的建立中，選取的度量三大效益的指標(biāo)只考慮了具代表性、數(shù)據(jù)易采集性的指標(biāo)，選取的指標(biāo)不夠全面。在設(shè)定指標(biāo)體系權(quán)重時(shí)，將其設(shè)定為樹狀結(jié)構(gòu)而非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，缺少現(xiàn)實(shí)性。比如草原旅游收入（S5）也能用來度量經(jīng)濟(jì)效益。總之，探討如何建立一套完善、統(tǒng)一的退牧還草工程效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系仍是工程效益評(píng)價(jià)的一個(gè)難題。