基于模糊層次分析法的西廒溝淤地壩壩系效益評價研究

［關鍵詞］ 層次分析法；模糊模型；評價指標；淤地壩；壩系效益；鄉寧縣；山西省

［摘要］ 通過查閱資料及專家咨詢等方式，建立了鄉寧縣西廒溝小流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系。該指標體系由目標層、準則層、指標層3個層次組成，其中目標層為壩系綜合效益，準則層由生態效益、經濟效益、社會效益3個一級指標組成，指標層是準則層各個指標的細分，共有15個二級指標。通過層次分析法確定指標的權重，構建了模糊數學評價模型，對西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益進行評價，得到其生態、經濟、社會效益的具體分值分別為82.40、83.09、80.40，綜合效益得分為81.96，達到了優等級，說明該淤地壩壩系取得了良好的綜合效益。

［中圖分類號］ S157[文獻標識碼] ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.04.013

［引用格式］ 習玉森，楊軍，孫雪姣，等.基于模糊層次分析法的西廒溝淤地壩壩系效益評價研究[J].中國水土保持，2024（4）：45-48.

黃土高原地區地理位置和氣候條件獨特，在自然和人為因素的影響下，水土流失問題嚴重[1]。淤地壩具有攔蓄溝谷地和坡面產沙[2]、調整土地利用結構[3]、改善農業生產條件[4]等作用，是防治水土流失的重要工程措施。山西省地處黃河中上游的黃土高原地區，在多年的水土流失綜合治理中積累了豐富的淤地壩建設經驗。開展淤地壩各方面的定量、定性評估，是衡量其建設科學性和合理性的重要依據[5]。考慮到已有研究成果中對淤地壩的評價研究多集中在潰壩風險等方面[6-9]，在淤地壩效益評價方面研究較少，本研究以位于黃土高原地區的典型代表區域黃土殘垣溝壑區的山西省臨汾市鄉寧縣西廒溝淤地壩壩系工程為例，通過建立淤地壩效益評價指標體系，采用模糊層次分析法進行壩系效益綜合評價，希望能為黃土高原地區淤地壩壩系高標準建設、黃河流域生態文明建設高質量發展提供參考。

1研究區概況 西廒溝流域位于鄉寧縣昌寧鎮境內，是黃河一級支流鄂河的一級支溝，屬于黃土丘陵溝壑區，溝道內黃土層深厚，沒有基巖出露，有長流水，兩岸被黃土覆蓋。地處溫帶大陸性氣候區，春季干旱多風，夏季溫度較高，有伏旱，冬季寒冷干燥，年均氣溫9.9 ℃，最高氣溫35.7 ℃，最低氣溫-21.0 ℃，年均日照時數2 588 h，無霜期為160～200 d，年均降水量514 mm。流域總面積17.82 km2，平均侵蝕模數6 600 t/（km2·a）。目前流域內共有淤地壩10座，包括骨干壩3座、中型壩7座，其中3座骨干壩已于2016年完成除險加固，現均由“三大件”構成。西廒溝流域淤地壩壩系自2000年開始建設，2008年完成全部驗收工作，壩地主要種植農作物為玉米[10]。

2評價指標體系構建以相關研究成果為基礎，根據西廒溝流域淤地壩壩系的特點，在查閱大量資料、現場調研及咨詢專家后，采用層次分析法，構建了由目標層、準則層、指標層3個層次組成的評價指標體系，其中目標層為壩系綜合效益，準則層由生態效益、經濟效益、社會效益3個一級指標組成，指標層為3個一級指標細分出來的15個二級指標。西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系見圖1。圖1西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系

1）生態效益。①攔蓄泥沙。據調查，流域內大、中、小型淤地壩每淤積667 m2壩地平均可攔泥8 000、6 000、3 000 t，結合使用可有效攔蓄泥沙。②減少土壤侵蝕。淤地壩建成后，可以降低流域內土壤侵蝕模數，減蝕作用明顯。③提高水資源利用率。淤地壩可有效攔蓄汛期降水，涵養水源，增加非汛期流量。④減少地表徑流。淤地壩等工程措施實施后，配合林草措施，可有效減少地表徑流。⑤固碳釋氧。在溝道內實施了植物措施，植物是固碳釋氧的主體。2）經濟效益。①種植效益。壩地種植效益是在淤地壩淤積產生的壩地上種植農作物等獲得的經濟收益。根據實地調查和資料統計，流域內壩地保收率取80%，按2022年當地玉米價格1.2元/kg估算，壩地的種植效益約為154萬元/a。②養殖效益。流域內7#中型壩的下游有2處魚塘，總蓄水量6 500 m3，2022年養殖收入約為20萬元。③灌溉效益。灌溉效益是指用壩庫蓄水灌溉下游水澆地產生的收益，淤地壩建設第二年即可蓄水。據調查，流域內壩地糧食增產量按1 500 kg/hm2計算，糧食單價按玉米價格1.2元/kg計算，2022年灌溉效益約為32.4萬元。④淤地壩投入產出比。淤地壩投入產出比是淤地壩投入的金額占產生效益的百分比。據測算，該流域淤地壩壩系的投入產出比約為78.5%。⑤壩地利用率。壩地利用率是指壩地的利用面積與壩地實際面積的比值。據測算，流域內壩地利用率約為83%。3）社會效益。①防洪減災。淤地壩可通過滯洪蓄洪減輕洪水危害，為當地農用生產和群眾生活安全提供保障。②改善農業生產條件。淤地壩建成后，除了壩頂可作為連接兩岸的橋梁，改善農村交通條件，淤地壩本身具備的水資源調節利用功能還有助于改善農業生產條件。③土地利用結構合理。淤地壩建成后可有效增加壩地面積，壩地土壤有機質含量高、抗旱能力強、作物產量高，從而改善了土地利用結構。④增加農民收入。淤地壩建成后，通過實施科學種田、農林牧副漁業并舉、種養結合，當地農民收入普遍提高。⑤促進區域經濟發展。淤地壩建設和使用增加了農民收入，改善了農民居住和衛生條件，促進了區域經濟發展。

3綜合效益評價的模糊層次數學模型

3.1模糊比較矩陣的構建淤地壩效益評價指標體系建立后，確立了上下級的隸屬關系，根據兩兩打分比較，得出比較矩陣A為A=A11…A1nAn1…Ann（1）式中：Aij為指標i與j相比的重要性，當j比i重要時，Aij=0，當i和j一樣重要時，Aij=1，當i比j重要時，Aij=2。傳統的層次分析法一般采用0～9標度法。本研究在參考相關研究文獻的基礎上，選擇了0～2標度法，即改進的層次分析法來進行專家咨詢打分[11]。此方法克服了主觀判斷的模糊性，不需對矩陣進行一致性檢驗，較為簡便實用。

3.2指標權重的計算各個指標的權重可以通過一系列的計算方法[12-13]得到。1）構建判斷矩陣。判斷矩陣B是對每一層次各因素相對重要性給出的判斷，其計算公式為Bij=ri－rjrmax－rmin（ km-1）+1（ri≥rj）rj－rirmax－rmin（km－1）+1-1（rj＞ri）（2）其中km= rmax /rmin（3）式中：ri為比較矩陣中第i行因素之和；rmax=max（ri）；rmin=min（ri）；i，j=1，2，…，n。2）構建最優傳遞矩陣。根據判斷矩陣B計算出傳遞矩陣C，進而得到最優傳遞矩陣D，即通過優化算法計算出一個矩陣，使得各個目標之間的權重最大化或最小化，其計算公式分別為Cij=lg Bij（4）Dij=1n∑nk=1Cik－Cjk（5）3）構建擬優一致矩陣。構建擬優一致矩陣D′，使得目標函數在擬優一致約束下達到最優值，其計算公式為D′ij=10Dij （6）4）計算權重。權重反映了每個指標在整體評價中的相對重要程度。利用方根法，計算各效益評價指標的權重。步驟如下： 習玉森等：基于模糊層次分析法的西廒溝淤地壩壩系效益評價研究先將擬優一致矩陣的各元素按行相乘，得到Mi=∏nj=1D′ij（i=1，2，…，n） ；然后對Mi開n次方，即Wi=nMi ，得到W=（W1，W2，…，Wn）T；最后對W進行歸一化處理，得到權重值Wi′=Wi/∑ni=1Wi 。根據計算規則，對生態效益U1、經濟效益U2、社會效益U3進行兩兩比較判斷打分，得出對總目標綜合效益U的相對重要程度比較矩陣（見表1）。對攔蓄泥沙U11、減少土壤侵蝕U12、提高水資源利用率U13、減少地表徑流U14、固碳釋氧U15進行兩兩比較判斷打分，得出對生態效益U1的相對重要程度比較矩陣（見表2）。

4結果分析在構建的指標體系中，根據改進的層次分析法計算出準則層中生態效益U1、經濟效益U2、社會效益U33個指標的權重分別為0.637 0、0.104 7、0.258 3，說明流域內的淤地壩產生的生態效益最優，社會效益次之，經濟效益較少。在生態效益下的二級指標中，攔蓄泥沙和減少土壤侵蝕的權重較大，均為0.320 0，其余3個指標的權重較小，均為0.120 0，說明該壩系主要的生態功能為攔蓄泥沙和減少土壤侵蝕。在經濟效益下的二級指標中，種植效益的權重最大，為0.426 6，說明在流域內壩地種植為主要營收途徑；養殖效益、淤地壩投入產出比的權重最小，僅為0.077 3，養殖效益低的原因是壩系中只有1座壩的下游建有2處魚塘，受水量較少影響，養殖收入一般。在社會效益下的二級指標中，土地利用結構合理、增加農民收入的權重最大，均為0.340 7，說明建設淤地壩優化了土地利用結構，調整了農村的產業結構，合理利用了水土資源，為實現集約化經營創造了條件，同時壩地的使用增加了耕地面積，壩地單產也高，從而增加了農民收入。通過對鄉寧縣西廒溝淤地壩壩系綜合效益進行評價，得到壩系在生態、經濟、社會效益的分值分別為82.40、83.09、80.40，綜合評價得分為81.96。根據淤地壩壩系綜合效益評判等級的分類標準，該壩系綜合效益達到了優等級，說明西廒溝淤地壩壩系生態、經濟、社會效益均較好。

5結論及展望通過查閱國內外相關資料，結合實地調研結果和專家學者的意見，構建了貼合西廒溝淤地壩壩系實際情況的包括目標層、準則層和指標層的綜合效益評價指標體系。通過改進的層次分析法和建立模糊數學評價模型，對鄉寧縣西廒溝淤地壩壩系綜合效益進行評價分析，結果表明該流域淤地壩壩系生態、經濟、社會效益均較好，綜合效益為優。淤地壩壩系綜合效益評價結果影響因素較多，評價指標體系也較為復雜，今后還需要加強研究，比如：初步建立的淤地壩壩系評價指標體系還有待進一步的檢驗和優化，使其指標能充分體現黃土高原地區淤地壩的各項效益，能夠為其他地區淤地壩或其他水土保持工程措施的綜合效益評價提供參考；研究中涉及的權重計算和指標值確定時采取的專家打分法具有一定的主觀性，對于專家的知識水平要求較高。淤地壩效益評價中所涉及的評價方法多種多樣，采用不同的評價方法有可能會得出不同的結論，因此對于評價方法的合理選擇還有待進一步研究。

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