凌源市宋仗子鎮平房小流域治理效益評估

李志環

(遼寧省朝陽市凌源市宋杖子鎮人民政府，遼寧 朝陽 122524)

近年來，隨著人們對生態環境要求的提升以及水土保持治理工程投資的增加，以小流域為單元的治理效益評估，逐漸成為區域水土保持規劃的重要依據。科學評估工程的治理效益，既能客觀地鑒定其對保障生態安全、促進農業經濟宏觀發展和水資源持續利用的作用，系統反映流域的整體改善情況，又能準確明晰水保措施的適用性與可靠性，并為小流域未來治理提供長期科學指導，通過對現有治理模式、經驗的總結更加科學化規劃決策，切實提升小流域治理的規范化水平，故小流域治理效益評估具有極其重要的意義。然而，效益評估涉及到社會、經濟、自然和人文等一系列因素，它屬于一項多因素耦合的復雜性系統問題。評估過程中，若僅考慮單一因素勢必會造成較大的偏差，使得重要信息發生遺漏，加之其較強的不相容性和較高的獨立性，難以全面準確的反映小流域治理情況。針對以上問題，有關學者給出了綜合指數法、模糊判斷法、層次分析法(AHP)等，其中綜合指數法與層次分析法具有較強的主觀性，在指標權重賦值時未考慮數據的客觀性特征，故其主觀性較為明顯；由于極值的過度強調，使得模糊判斷法應用時易丟失有效信息[1-2]。因此，考慮對各指標權重利用AHP法耦合的熵值法來計算，并以凌源市平房小流域為例，對其治理效益運用改進TOPSIS模型評估，以此驗證改進方法的科學適用性。

1 改進TOPSIS模型

1.1 指標組合賦權

實行目標決策與效益評估的重要前提是合理計算各指標權重，其中主、客觀法為目前較常用的兩類賦權法。熵值法為典型的客觀法，它是以數學理論為基礎實現權重計算的方法；AHP法為典型的主觀法，能夠以定量數據實現復雜定性問題的轉化處理，對于多因素復雜問題的處理具有較強的實用性，但評價結果受主觀判斷的影響較大，其具有較強的主觀性。所以，文章考慮將AHP法與熵值法相耦合形成組合賦權法，以此保證指標權重的客觀性和簡易性，其實現步驟為：

步驟1：結合小流域治理實際情況和專家意見構造判斷矩陣，經一致性檢驗獲取各參評因素的主觀權向量。

步驟2：將判斷矩陣做標準化處理，并對所有參評因素利用熵值法賦權，從而獲取相應的客觀權重。

步驟3：通過加權耦合運算確定各因素的綜合權重。

1.2 效益評價流程

灰色關聯法是以幾何曲線間的相似程度為基準，利用數學方法求解關聯度，比較數列Xi={xi(k)/k=1,2.Λ,n}與參考數列X0={x0(k)/k=1,2,λ,n}的相似程度越高，則兩者的關聯性越強，其中xi(k)為無量綱化處理后的參評因子k的標準值，i為評價標準級別。對于對因素、多準則評估方案，若最佳方案與決策方案的關聯度越大，則決策方案的趨近理想狀態的程度越高，方案的性能越優。針對隨機性、不確定性問題的處理灰色關聯模型具有較強的適用性，現已在農業、工業、經濟、地質、能源、石油、社會等領域得到廣泛應用，對解決科學研究、生產生活等問題起到重要作用。改進TOPSIS模型能夠全面考慮各類因素，運用歐式距離衡量最劣、最優與決策方案間的關系，最終完成決策評估，其實現流程如下：

步驟1：構造標準加權矩陣。采用乘積法對各參評因子的組合權重與標準化處理后的樣本矩陣進行處理，從而構造標準加權矩陣。

步驟2：生成最優、最劣方案。為準確獲取最優(劣)方案要充分比較各決策數列間的關系，以負向指標的極小值與正向指標的極大值生成最優方案，并以反向指標生成最劣方案。

(1)

步驟4：計算關聯系數。然后利用下式求解比較與參考數列之間的關聯系數ξ，其表達式為：

(2)

步驟5：求解關聯度。關聯系數越多則方案整體評價的關聯程度越復雜，從而獲取的數據信息越分散，所以有必要引入一個關聯度值衡量每個關聯系數的總體情況，以平均值作為最終的評價關聯度，即：

(3)

步驟6：優劣排序。結合關聯度最終的計算結果，確定比較數列隸屬于參考數列的“優劣程度”，在此基礎上獲取所有參評樣本的效益等級。

2 實例應用

2.1 流域概況

研究小流域位于凌源市南部的宋杖子鎮境內，流域內農民收入主要以農業耕種為主，多年來廣種薄收的耕作理念導致大面積的毀林開荒，造成嚴重的水土流失。此外，不合理的種植觀念直接影響土地生產力的提高，土地資源不能得以因地制宜的利用，難以提高生產潛能并制約當地經濟的發展。考慮到流域內現有植物資源豐富，生態環境較好，且所處的大凌河流域具有巨大的生態旅游開發潛力。因此，實施水土保持綜合治理措施，進一步優化土地利用結構，可以有效提高經濟增長指數，這是改善群眾農業生產條件與貧困落后的面貌、加強農業基礎設施建設、有效治理水土流失、提高生產力的一項重要舉措，也是保障防洪、生態、糧食安全和促進生態文明建設的必然選擇。所以，保護和恢復項目區及周邊地區的生態環境顯得尤為重要[3-5]。

近年來，在各級黨委政府領導下流域內廣大群眾干部艱苦奮斗、自力更生，掀起了大規模治山治水、改善生態環境的熱潮，區域內植被覆蓋度不斷增加，生態環境與生產條件得到較大改善，群眾生活水平大大提高。

2.2 水保措施設計原則

1)水平梯田。①考慮土地利用規劃，選擇坡度3°-15°之間、土質肥沃、土層厚的坡耕地修筑，沿等高線布設田坎，田面呈長方形或帶形，遵循小彎取直、大彎就勢的原則。②以少占耕地、修筑省工、集中連片、工作方便為要求，考慮地形條件及機械化作業的要求，地塊長短不一，一般在200m左右，以便于耕作。③交通方便、靠近水源、便于灌溉和機耕。④梯田的斷面設計一般是坡度越陡、田面越窄，相應的田坎越高；坡度越緩則相反。根據朝陽地區多年修建梯田的經驗，田坎低于1m的梯田在耕作過程中經常出現損毀現象，而高于1.5m田坎的梯田相對保存完好，使用年限長，所以本工程田坎高度最低1.5m，最高不高于3m。

2)水平槽。水平槽介于水平臺田與魚鱗坑之間，工程適用于土質、土石質荒山整地時采用，結合凌源市多年栽植水保林工程實踐經驗，布設水平槽的地塊坡度介于15°-45°之間，要沿等高線布置。

3)果樹臺田。從早受益、集約化經營和商品生產的角度，因地制宜的布設果樹臺田措施，考慮立地條件發揮自然資源優勢，果樹臺田措施設計還要滿足方便管理、兼顧周邊、布局合理、相對集中的原則。果樹臺田一般選在5°-25°的坡地上或無工程果園內，對于較大的溝壑和向陽背風的暖坡地及地塊比較分散的坡、溝地也可作為果樹臺田用地。

4)魚鱗坑。魚鱗坑通常被作為陡坡地(45°)或者被沖溝切割破碎的坡面上(坡度15°-45°)的植樹造林的整地工程。受截水溝修筑條件限制，對坡面徑流擬利用挖坑的方式分散截流，從而遏制水土流失[6]。

5)作業路面。流域內作業路可以方便運輸及經營管理，改善農民生產生活條件，同時還可以作為流域內部的山間游道。

2.3 效益評價體系

考慮小流域土壤侵蝕現狀和特征，遵循可行性、獨立性、科學性、有效性等原則選擇6項參評因子，即水平梯田、水平槽、果樹臺田、魚鱗坑、封育治理、修作業路指標，如表1所示。

表1 2010-2019年統計數據與指標權重

2.4 結果與分析

結合前文所述運算流程，對各參評因子權重利用AHP法和熵權法求解，經過耦合計算確定相應的組合權重，見表1。然后將初始數據利用標準化公式處理，通過加權運算構造標準矩陣E：

(4)

運用文中所述公式(1)分別求解出最優(劣)方案與決策方案之間的歐式距離，結果結果為：Li+=(0.862，0.868，0.901，0.995)；Li-=(0.981，0.946，0.895，0.852)；然后利用公式(2)求解關聯系數ξi=(0.315，0.326，0.441，0.627)，并采用公式(3)獲取各方案的最終關聯度為：Yi=(0.315，0.352，0.561，0.774)。小流域治理效益變化趨勢如圖1，研究表明2010-2013年流域內的水保效益變化不顯著，而后呈現出快速上升的變化特征，截止2019年效益評價值達到初始狀態2倍。由此可見，隨著時間的推移各項水保措施開始發揮效應，對改善區域生態環境、保持水土等發揮著明顯成效。

圖1 變化趨勢圖

根據平原小流域治理工程有關資料，各項措施均以減少土壤侵蝕、改善自然環境為主，不增加經濟效益，故評估僅包括蓄水保土、生態與社會效益三個部分。

1)經濟效益：經計算各項治理措施的實施能夠提高治理程度到79.57%，2019年各項新增措施年蓄水總量達68.59萬m3，保土達13190t，年產生間接經濟效益143.77萬元。

2)生態效益：①通過對工程區實施大面積的水保治理，流域內的降雨得到有效攔截、分散、滯緩，增大了常水流量；由于保水保土能力的大幅度提升明顯改善了土壤生態系統，對提高地力、減少養分流失具有積極作用。

一方面,攔截地表徑流，增加土壤含水量，涵養水源，可有效遏制水土流失；另一方面，增加入滲量，提高地下水位，使干旱現象得到緩解，從而減輕洪旱災害。②改善土壤物理化學性質：各項水土保持措施實施后，在2-5a內能大幅度提高土壤蓄水保墑能力，土壤理化性質和土壤能力得到相應提高，增強土壤抗沖性、抗蝕性和透水性，提高土壤氮磷鉀等有機質含量。③其它生態效益，可使流域內生態環境得到改善，對減少水質污染、改善調節小氣候、凈化空氣、美化環境、保護野生植物等方面將發揮巨大的作用，同時進一步加快流域內水土流失的治理步伐，優化土地利用結構，農業生產條件得到改善，該地區經濟發展潛力及人們的生活水平也將得到很大提高，也為生態系統的逐步恢復創造有利的條件。

3)社會效益：①經過水土保持開發性治理措施的實施，合理的調整土地利用結構，水土流失得到有效控制，保護土地肥力，提高土壤水分和土地生產能力，增強項目區的抗旱能力，有效地調節河川徑流，降低泥沙含量，減輕洪澇災害給當地造成的損失。②優化土地利用結構迅速提升農業產值，從根本上改善工程區地產低效的現狀，拓寬農村勞動就業門路以及帶動其它產業發展，隨著農民收入的提高，生活水平明顯改善，加快向現代化農業的轉變，推動科技文化發展，由此實現社會進步和流域內的經濟進一步發展。

3 結 論

1)以凌源市宋仗子鎮平房小流域為例，為挖掘初始數據的內在規律引入灰色關聯度法，并利用各決策樣本和最(劣)方案的序列數據構造標準加權矩陣，科學評價決策方案的優劣程度。結果表明，對于小流域水保治理效益的評估改進TOPSIS模型表現出較強的適用性、有效性，模型原理清晰、計算簡單且能夠考慮各類因素。

2)根據小流域治理相關資料，對小流域水保效益利用改進TOPSIS模型評估能夠客觀、真實的反映其變化情況。水保措施的實施發揮著顯著的蓄水保土、生態和社會效益，可為流域宏觀調控、決策管理和治理規劃提供科學指導。