基于綜合效益的北票市白石廠小流域水土保持評價

劉 菲

(北票市水土保持局，遼寧 朝陽 122100)

0 引 言

我國屬于水土流失危害最為嚴重的區域之一，據統計全國約1/3的地區均受到不同程度的水土流失危害，每年由于水土流失造成的經濟損失十分巨大，并對當地農業發展和自然環境造成嚴重威脅，尤其是小流域水土保持綜合治理形式更加嚴峻[1]。

隨著人們對生態環保意識的增強和經濟社會的不斷發展，關于水土流失治理問題越來越引起人們的重視，以小流域為基本單元的治理模式逐漸成為區域水土保持規劃的重要依據。一直以來，對于小流域治理方案的優化設計、治理措施的適宜性分析等為國內外研究的主要內容，并在生態環境保護和治理效益評價方面取得了一些成果[2-4]。水土保持評價經歷了由最初的單因素定性分析到現在的多目標、多因素的綜合評價，越來越多的新技術和新方法被應用于小流域治理工程中，這對于促進治理項目的穩步實施、治理方案的優化設計以及工程效益的科學評價提供了重要依據。

水土保持治理在促進生態系統良性循環、改良和保護水土資源、預防及減少水土流失等方面發揮著重要作用[5]。關于治理效益的評價研究雖然已獲得一些的成果，積累了一定的經驗，由于效益評價的復雜性目前仍存在許多不足之處，如不同水保措施的生態效應作用機制存在差異，從而導致評價體系的構建不夠系統、全面[6-9]。鑒于此，本文綜合考慮生態、社會和經濟等多因素影響，系統評價了北票市白石廠小流域的水保措施的綜合效益，以期為協調好人類活動、經濟、社會與生態環境間的關系和區域水土保持規劃提供一定借鑒。

1 建立指標體系

本文遵循系統性、科學性、可獲取性、合理性和客觀性等原則，結合北票市地形地貌特征、經濟社會發展狀況和前人研究成果，綜合考慮小流域水土流失的特點及水保治理的復雜性特征，從社會、經濟和生態3個方面選擇了治理度、侵蝕模數、經濟內部回收率、勞動生產率、基本農田等10個指標，然后按一定的原則構造了包含因素層、系統層和目標層的梯階框架體系，如表1所示。

2 多層次模糊綜合評判模型

水保效益的科學評價可為小流域水土保持規劃和治理方案的優化提供重要的指導，經過長期的工程實踐和研究發展水保治理計算方法較多。對于存在模糊性、隨機性特征的研究對象，目前比較常用的方法為模糊數學法，其評價過程即為小流域水保治理效益的綜合評判。將研究對象按照影響因素的不同可分為一級或多級，當考慮存在多層次、多參數的評價體系時，采用一級模糊評價往往難以系統、全面的反映評價結果，因此對小流域綜合效益的評價分析考慮利用多層次模糊數學法。

表1 水土保持綜合效益評價體系

2.1 評判因子集

依據某一屬性c將評判集合U劃分為m個子集，且符合如下條件：

(1)

通過以上處理可確定二級評判因子集合，即U/c={U1,U2,…,Um}，其中，U{uik},i=1,2,…,nk。

2.2 綜合評判模型

依據單層次模糊綜合評判模型對子集Ui中的nk個評判因素進行計算，結合各因素的重要性程度賦予相應的權重Ai，由此可構造水土保持綜合效益評價決策矩陣Ri，子集Ui的評價結果如下：

Bi=AioRi[bi1,bi2,…,bim]

(2)

對于二級模糊評判矩陣可由生成的一級評價參數組成，在二級評價過程中判斷矩陣如下：

(3)

設小流域水土保持效益評價U/c中的各因素子集的權重為A，則依據以上計算結果可確定綜合效益評價值為：

B=A·R=(b1,b2,…,bm)

(4)

式中：B為U/c的綜合評判值和U中各評判因素的評價結果。

3 小流域水土保持效益評價

3.1 流域概況

北票市處于遼西山地丘陵區，該區域人類生產活動頻繁且生態環境脆弱屬于國家重點水土流失治理區。由于歷史上干旱少雨、土地不合理利用、植被過度砍伐等不利因素影響，境內土壤較為貧瘠，植被稀少，土壤抗侵蝕力差，水土流失和生態環境破壞問題十分突出。隨著經濟的發展和城鎮化建設的持續推進，原有生態系統因土地開發利用被嚴重破壞，加之河道防洪安全、河道淤積等影響，嚴重制約著當地可持續發展和城市生態環境保護，城市生態安全和人居環境面臨著嚴峻挑戰。為改善當地自然生態環境和農業生產條件，加強荒山緩坡的治理力度，促進農民增收和帶動地方經濟發展，就必須將地方經濟發展規劃與水土流失治理、污染控制、自然環境治理有效結合，開展以田園路村、山水林草為主的小流域綜合治理。北票市水保部門和生態環境工程技術服務企業，依據治理措施配置、經濟社會條件、水土流失類型、地形地貌特征以及自然狀況等勘察資料，經過實地勘察選定白石廠小流域進行水土保持綜合治理。

白石廠小流域位于北票市西官營鎮境內，地理位置為東經120°3232″-120°32′43″、北緯41°52′32″-41°50′24″之間，屬大凌河支流西官河中游。項目治理區屬于半干旱、半濕潤大陸性季風氣候，地處遼寧省西北部低山丘陵區，年均降水量509mm，其中7、8、9三個月的降水比較集中。氣候特征為溫差較大、雨熱同期、春季干旱、日照充足，年均氣溫溫8.8℃，無霜期150d。白石廠小流域總面積852.88hm2，其中林地、設施農業、坡耕地、荒地、城鎮居民及工況用地分別為341.03、8.38、309.74、165.67、28.05hm2。由于地形地貌、自然環境等條件限制，加之不合理的開發利用，使得治理區內水土流失災害影響范圍廣、面積大且農林牧副業生產發展極不平衡。項目治理區以水力侵蝕為主，且屬于土石質中度侵蝕區，其中中度和輕度侵蝕面積分別為165.67、310.02hm2，土壤侵蝕模數3462t/km2·a。

3.2 治理措施

根據流域內的地形地貌特征、水土流失特點及土壤侵蝕類型，結合現有技術條件以水土資源合理開發利用為原則，以坡耕地改造與保護、植被恢復為重點，以糧食安全生成為中心開展小流域水土流失綜合治理。計劃完成治理面積332.83hm2，其中作業路面2.00km，保土耕作213.89hm2，果樹臺田118.94km2，工程總用工1.37萬工日，動用土石方6.24 萬m3，工程總用機械427.78臺時。

通過建設實施保土耕作、水平梯田等工程措施減少坡耕地的水土流失，從而實現對降雨徑流的有效調節，對于無法修建梯田的坡度為5°-15°的坡耕地采取沿等高線耕作的方式，由此達到攔截部分徑流、蓄水保墑的目的；為減少水土流失提高蓄水保土能力，將橫向攔水埂間隔設置于田間壟向；為改善荒山荒坡的立地條件采取魚鱗坑、水平槽等措施，可為生態環境的恢復提供有利條件；采取封育治理措施提高疏林地的林草覆蓋率，建設谷坊工程遏制溝蝕的進一步發展。

3.3 綜合效益分析

1)評價要素集和評語集。根據所建立的梯階框架評價體系建立系統層、因素層的評價因子集為：U={U1,U2,U3}={生態效益，經濟效益，社會效益}、U1={u11,u12,u13,u14}、U2={u21,u22,u23,u24}、U3={u31,u32}。然后根據相關學者的研究成果和土壤侵蝕強度分級標準，將水土保持效益評價標準劃分四個等級，即V={v1,v2,v3,v4}={好，較好，一般，差}。

2)確定決策矩陣。采用模糊數學法定量估算各評價指標確定各單要素子集Ui的決策矩陣Ri，對各個評價指標依據劃分的等級標準進行計算。根據北票市白石廠小流域治理項目的實際情況，確定不同等級標準下各參數的特征值如表2所示。

表2 小流域水土保持綜合效益評價等級

根據以上分級標準，可確定決策矩陣Ri的計算公式如下：

Ri=(rijk)

(5)

式中：i、j分別為單要素子集數及其包含的評價指標數；

k為評價等級數。

3) 確定權重。當前，針對水土保持措施改善大氣環境、恢復植被、改良土壤和涵養水源的成效機制研究仍存在一定的局限性，為獲取客觀、準確的評價結果必須采取合適的方法確定各參數權重。關于上層某一指標而言下一層級各指標的影響程度不同，因此可采用貢獻率法確定各單要素的權重系數向量Wi，其表達式為：

ui=xi/si

(6)

Wi=ui/∑ui

(7)

式中：si、xi分別為指標i的標準值與實測值；

Wi、ui為指標i的權重及其超標倍數。

采用專家咨詢和主觀判斷相結合的方法確定各自己的權重向量系數W，最終求得計算結果為W=[0.37、0.35、0.28]。

4) 綜合評價。依據合成運算法則和普通的矩陣乘法確定社會、經濟與生態子集Ui的評判結果如下：

B1=[0.292,0.127,0.445,0.136]；

B2=[0.862,0.083,0.051,0]；

B3=[0.698,0.302,0,0]

由此，可建立各系統層的評判矩陣如下：

根據文中計算公式確定最終的評價結果為B=WoR=[0.60,0.16,0.19,0.05]，研究表明白石廠小流域水土保持治理取得了較好的綜合效益。根據實地考察和現場測量結果，該評價結果與區域實際狀況基本吻合，由此進一步說明水土保持治理項目的實施發揮了明顯的成效。另外，根據社會、經濟、生態子系統評判結果可知，治理項目的實施發揮著重要的積極作用，在改善當地生態環境、增大林草覆蓋率方面具有明顯的效應。

4 結 論

本文結合北票市白石廠小流域水保治理項目和當前水土保持效益評價研究成果，對項目區綜合效益利用多層次模糊數學法進行了評價，可為解決水土流失治理過程中存在的問題，揭示各項治理措施的作用機理及其區域適宜性，進一步完善并修訂綜合治理方案提供一定指導作用。在評價體系選取時借鑒了相關研究資料，關于各指標的實用性、前瞻性和非一致性問題的優化處理等問題仍需要進一步深入研究。