基于熵權的改進TOPSIS方法對黃河水土保持生態工程綜合效益評估

尤立 劉平 張俊龍 李曜 胡春明

摘要水土保持效益評價對維護管理并實現水土保持項目的效益最大化發揮著重要作用。以黃河水土保持生態工程齊家川示范區為關鍵研究區，借助基于熵權的改進TOPSIS方法，定量分析水土保持生態工程社會經濟綜合效益。評估結果表明，齊家川示范區經濟社會效益由高到低依次為時期 Ⅰ （2007年）、時期 Ⅱ （2008—2014年）、時期 Ⅲ （2015—2036年）；由于設施老化及牲畜啃食等問題，塬面、溝谷和坡面的水保工程的經濟社會效益發生了顯著的退化。

關鍵詞TOPSIS；水土保持；社會經濟效益；綜合評估

中圖分類號S157文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）05-0232-04

AbstractBenefit evaluation is of significant importance for maintaining and realizing the value of soil and water conservation project. In this study， the social and economic benefits of soil and water conservation project was analyzed through Entropyweight TOPSIS method in Qijiachuan demonstration zone in Yellow River Basin. From the results， the soil and economic benefits in period 1 （2007） is the highest， followed by period 2 （2008-2014） and period 3 （2015-2036）. Because the installations are aging and protection forest is eaten by livestock， the social and economic benefits of soil and water conservation project in yuan surface， cheuch and hillslope are decreasing.

Key wordsTOPSIS；Water and soil conservation；Social and economic benefits；Comprehensive evaluation

基金項目國家重點研發計劃（2016YFD0501405）。

作者簡介尤立（1989—），男，河北張家口人，助理工程師，碩士，從事水文、水資源管理研究。

收稿日期2016-11-30

水土保持項目不僅要重建設，對已建成的水土保持工程實施科學、合理的維護與管理對于實現水土保持項目的效益最大化也至關重要。很多項目在運行初期綜合效益顯著，但是由于后期項目的維護和管理不當，造成水源涵養、防風固沙作用減弱和項目的綜合效益降低，導致經濟和生態方面的巨大損失，影響項目的深入開展和推廣。水土保持效用評價是指對減弱和預防水土流失、保護和改良水土資源、促進生態系統良性循環和社會經濟系統健康發展貢獻的計算和分析[1]。我國黃河流域的水土保持項目眾多，但目前系統的項目評估工作開展較少。客觀、科學地評價區域水土保持的生態效益、經濟效益和社會綜合效益，不僅能鑒定治理活動對農業和國民經濟宏觀發展的意義、治理策略和方法的適用性、治理措施的有效性和可靠性等，同時為黃河治理的可持續發展提供決策依據。筆者以黃河水土保持生態工程齊家川示范區為關鍵研究區，借助基于熵權的改進TOPSIS方法[2]，定量分析水土保持生態工程社會經濟綜合效益。

1基于熵權的改進TOPSIS方法

TOPSIS法又名理想解法，屬于距離綜合評價方法。距離綜合評價法是一種以空間統計學為基礎的分析方法，它通過將統計數據轉化為多維坐標系中的點，在空間中確定出參考點，即最優樣本點和最劣樣本點，然后計算各樣本點到參考點的距離進行分析評價[3-5]。即通過測度被評價對象的指標評價值向量與綜合評價問題的理想解和負理想解的相對距離進行排序。若某被評價對象的指標評價值向量既最接近于最優解，又最遠離最劣解，則該被評價對象被評價為最佳；反之，被評價為最差。用這種方法可以對各被評價對象進行排序。

該研究對TOPSIS方法的改進體現在利用熵權法對標準化的原始數據矩陣進行改進加權，即依據決策者考慮的側重不同，對相應屬性的權重進行修正。另一方面體現在對評價對象與正理想解和負理想解的評價值公式的改進。具體步驟如下[6-7]。

第1步，建立包含n個屬性和m個方案的決策矩陣D：

第2步，利用熵權法修正各屬性的權重。

熵原本是一個熱力學概念，它最先由申農（C.E.Shannon）引入信息論，現已在工程技術、社會經濟等領域得到廣泛應用，利用熵可以解釋離散型分布函數Pi的不確定性。對于第k個屬性，其不確定性可用公式表示為：

式中，m為方案，H=（lnm）-1，計算指標差異系數：

對差異系數進行歸一化處理：

如果決策者側重屬性λk的重要性，則可用下式修正其權重：

第3步，標準化D矩陣。公式為：

第4步，尋找理想和負理想方案。理想方案v+k是指每列中最大的正效應指標和最小的負效應指標。類似地，負理想方案v-k指每列中最小的正效應指標和最大的負效應指標。

第5步，計算各方案與理想方案及負理想方案之間的距離SS+l和SS-l，公式為：

第6步，計算各方案與負理想方案之間的距離平均值，公式為：

根據Cl對方案進行分類，Cl值越大代表方案效率越高。

2研究區概況

齊家川示范區位于甘肅省慶陽市境內，地處黃土高原溝壑區的董志塬腹地，涉及齊家川、清水溝、老莊溝和南小河溝4個小流域5個鄉鎮31個行政村。示范區總土地面積16657 km2，侵蝕模數6 867 t/（km2·a），年侵蝕量11438萬t[8]。嚴重的水土流失不僅是生態環境惡化，而且阻礙著農業生產及經濟發展[9]。

示范區貫徹國家對西部地區大開發和生態建設的有關方針、政策和要求，從示范區實際出發，全面規劃、綜合治理，突出水土流失與生態環境治理，優化水土資源的配置，以徑流利用為農業增產的技術支撐，實現塬面徑流的高效利用，并對溝坡、溝道徑流的合理利用進行了試驗示范。截至2007年8月底，累計完成水土流失治理面積53.89 hm2，其中，梯田1 089.72 hm2，喬木林2 075.50 hm2，灌木林430.20 hm2，經濟林695.34 hm2，果園315.62 hm2，種草728.20 hm2，防護林54.30 hm2；新建溝頭防護57處，谷坊1 084座，治溝骨干工程5座，上水工程4處，澇池93座，水窖1 948眼；建成徑流高效利用示范村1個；發展果園微灌97.26 hm2，低壓管灌62.63 hm2，大田噴灌26.80 hm2；建成沙石道路28.05 km；建成苗圃2處，總面積5.10 hm2，累計為示范區提供油松、側柏等優質苗木365萬株。齊家川示范區的建成取得了良好的示范效果，綜合治理程度由46.53%提高到77.00%，林草覆蓋率由12.52%提高到35.56%；水土流失明顯減輕，生態、社會經濟持續發展，群眾的生產生活條件大為改善。

3黃河水土保持生態工程社會經濟效益評價

3.1經濟社會效益指標體系構建

水土保持經濟社會效益綜合評價體系中評價因子的選取及體系的構建，主要以水土保持工程和研究部門多年使用的經濟社會效益評價指標為基礎，結合黃土高原區域及齊家川示范區社會、經濟、生態特點，確定適合該地區實際情況的水土保持經濟社會效益評價指標體系。該評價指標體系涉及經濟效益和社會效益，經濟效益包括塬面水土保持措施、坡面水土保持措施及溝谷水土保持措施的水補償和保土效益；社會效益指標能夠反映環境友好、社會穩定和農民生活水平，包括林草覆蓋率、土地利用率、勞動人口比例、水土保持項目促進農民增收。齊家川經濟社會效益指標體系見圖1。

3.2數據分析與綜合評估

將評價期劃分為3個時期：項目建成的2007年為時期 Ⅰ，2008—2014年為時期 Ⅱ，2015—2036年為時期 Ⅲ。根據項目的基本情況，結合《黃河水土保持生態工程齊家川示范區效益分析報告》（2007年）及聯合國發展計劃署（UNDP）“黃河水土保持生態工程齊家川示范區水土流失防護技術評估與示范項目”相關統計數據，得出3個時期各項指標值（表1）。

將熵權法得到的指標權重代入TOPSIS模型，得到加權矩陣見表2。

通過TOPSIS法確定的最終貼進度實際上是齊家川水土保持項目經濟社會效益綜合指數，若貼進度分值越大，綜合指數就越高，相應的綜合效用水平也越高。以上結果表明，齊家川示范區經濟社會效益由高到低依次為時期 Ⅰ、時期 Ⅱ、時期 Ⅲ。齊家川水土保持項目經濟社會效益在時期 Ⅰ 為優，在時期 Ⅱ 和時期 Ⅲ 效用顯著下降，產生這一結果的原因可能為：①隨著時間的推移，塬面和溝谷水土保持設施老化或已達到蓄水攔泥上限，設施水土保持能力有所下降；②牲畜啃食或人為因素導致坡面植物發生蛻化，導致蓄水保土能力降低。

4結語

該研究利用熵權TOPSIS法對齊家川水土保持項目示范區的社會效益和經濟效益進行評價，有效規避了主觀賦權等方法對評價結果帶來的人為影響，并能充分利用原始數據的信息反映各方案之間的差距，客觀真實地反映實際情況。根據綜合評估結果，齊家川示范區經濟社會效益由高到低依次為時期 Ⅰ、時期 Ⅱ、時期 Ⅲ；由于設施老化及牲畜啃食等問題，塬面、溝谷和坡面的水保工程經濟效益和社會效益發生了顯著退化。

齊家川水土保持項目是按照“國家、地方、群眾三方籌措”的方式落實項目建設資金，國家投資占主導，然而，國家投資計劃從2001年起分5個年度下達，之后僅靠地方支持和群眾自發出資，水土保持的成效與農民實際收益結合不緊密，因此，群眾參與水保活動的積極性難以得到提高。此外，地方財力有限，難以滿足水土保持工程后期的資金需求，甚至造成資金斷鏈，影響水保工程的持續、長效運行，水土保持對生態環境改善、促進可持續發展具有長遠作用，建議政府重視資金投入的持續性，建立合理的資金管理模式，合理利用有限資金，并面向社會集資，接受社會捐助，發動全社會力量共同做好水土保持工作。

參考文獻

[1] 王琦，楊勤科.區域水土保持效益評價指標體系及評價方法研究[J].水土保持研究，2010，17（2）：32-36.

[2] 張先起，梁川，劉慧卿.基于熵權的改進TOPSIS法在水質評價中的應用[J].哈爾濱工業大學學報，2007，39（10）：1670-1672.

[3] 余雁，梁樑.多指標決策TOPSIS方法的進一步探討[J].系統工程，2003，21（2）：98-101.

[4] 周四軍，莊成杰.基于距離綜合評價法的我國國民幸福指數NHI測評[J].財經理論與實踐，2008，29（5）：112-115.

[5] 楊建平，陶普.距離綜合評價法在工程招投標中的應用[J].基建優化，2007，28（5）：93-94.

[6] 曾雪婷，李永平，崔亮，等.基于熵權TOPSIS法的水保項目管理評價[J].人民黃河，2015，37（5）：80-83.

[7] 崔亮，李永平，曾雪婷，等.基于熵權TOPSIS法的水保工程水補償效益評價[J].人民黃河，2015，37（12）：88-91.

[8] 王志雄，白文璦，劉黎紅.齊家川示范區水保生態建設的經驗與體會[J].中國水土保持，2007（2）：31-32.

[9] 張絨君，趙安成，李懷有，等.齊家川示范區水土保持綜合治理研究[J].人民黃河，2010，32（10）：104-105.