南方紅壤侵蝕區生態清潔小流域評價研究
——以江西省為例

莫明浩 ，謝頌華 *，張磊，涂安國

生態清潔小流域建設開始于 2006年，由水利部在全國30個省（區、市）的81個小流域開展試點工程。在2010年中央1號文件和新修訂的《水土保持法》中均提出開展清潔小流域建設，并在此后幾年的中央1號文件中多次提及“加強清潔小流域建設”（陽文興等，2014）。自此，作為水土保持和水環境保護的一項重要舉措，生態清潔小流域建設進入大規模的實踐應用階段。經過各地多年的探索實踐，清潔小流域建設取得了明顯成效，建設內容和技術措施也日益豐富（劉震，2010）。

自試點工程以來，生態清潔小流域建設已實施了 10余年時間，許多小流域建設已經完成，而且近期的國家水土保持重點建設工程的小流域治理大多要求按照清潔小流域的標準進行設計和實施。大部分生態清潔小流域建設參照的是北京市的“三道防線”理論和實踐（畢小剛，2011；毛華平等，2014；馬文鵬等，2014），效果評價則對照水利部的行業標準《生態清潔小流域建設技術導則》（以下簡稱《導則》）（中華人民共和國水利部，2013）的 10個指標，判定其是否合格。然而生態清潔小流域內涵豐富，涉及指標面廣，且在中國南、北方有差異，如何評價合格的小流域效果，是水利和水保部門面臨的一個重要的現實問題，尤其在南方紅壤侵蝕區。本文在文獻查詢、實地調研和專家咨詢的基礎上，以江西省為例，通過主評指標篩選法建立了江西省紅壤侵蝕區生態清潔小流域的評價指標體系，探討了模糊綜合評價法的評價方法，以期為南方紅壤侵蝕區生態清潔小流域建設的效果評價提供依據，為科學決策提供參考。

1 評價指標體系

目前，針對小流域生態評價指標方面的研究，多從小流域生態清潔程度（馬文鵬等，2014；謝磊等，2012）、小流域治理效益（蘇春麗等，2011；張平倉等，2009）、河流健康（張平倉等，2009；黃藝等，2010；馮彥等，2012）、流域生態系統健康（徐志嬙等，2011；龍笛等，2006）、生態清潔小流域建設措施及評價體系（張錦娟等，2010；馬豐豐等，2010）等方面進行，根據不同研究對象和研究尺度，指標體系各有側重，指標獲取方法多樣。本文在前人研究基礎上，以小流域為單元，綜合考慮流域內水環境、土壤、生態、人類社會與經濟發展等四方面因素，對影響流域生態清潔的各要素進行定量或定性評估，以建立流域整體生態清潔程度評價的指標體系。

1.1 指標分析與篩選

指標選取以代表性、系統性、差異性、可獲取性為原則，采用馮彥等（2012）的主評指標篩選法。查閱了國內截至2017年的130余篇前人研究成果、法規標準等，共計參評指標671項，梳理出了小流域生態評價指標系統 43個（張磊等，2017a）。依據各參評指標所側重反映的流域特征，參照《導則》，將各項指標歸納整理為“土、生、水、人”4個方面，作為構建生態清潔小流域的評價指標體系基礎。計算各個指標在 43個評價系統中的出現頻次，結合指標所側重反映的流域特征，初步確定出現頻次高、能綜合體現流域各方面特征的指標，作為生態清潔小流域的初選指標。根據指標體系建立原則，對初選主評指標進行相關性分析，對差異性不大的指標進行合并、歸類，對代表性不強、不具有可獲取性的指標予以篩除，最終組成生態清潔小流域的主評指標，以期能夠反映南方紅壤侵蝕區小流域生態清潔的基本狀況。

表1 江西省紅壤侵蝕區生態清潔小流域評價指標分級標準Table 1 Each indicator’s different level standard of eco-clean small watershed in the red soil eroded area of Jiangxi Province

1.2 指標體系

通過對指標的篩選，得出“土、生、水、人”4個方面的14個主評指標，建立評價指標體系及各指標評價分級標準，如表1所示。

為了使各評價指標具有可比性和下一步典型小流域評價具有簡便、可操作性，將指標劃分為 3個等級。等級劃分主要有兩種方法：（1）以國家有關行業、地方標準為依據，對各指標進行量化分級，如C13、C14指標；（2）以前人研究成果或研究區的實際情況為依據，綜合分析各等級限值和賦值情況來劃分評價等級，如 C8、C11等指標（張磊等，2017b）。

2 評價方法

生態清潔小流域是各個小流域構成因素綜合作用的表現，對其進行綜合評價，不能僅僅考察各個因素水平的高低，將多個因素聯系起來進行綜合評定，才可得出科學合理的評價結果（秦鵬等，2011；高宇婷等，2012）。本文采用模糊綜合評價法，根據模糊數學的觀點，基于生態清潔小流域的復雜性和動態變化性，以及由此導致的模糊性，在評價中引入模糊集的概念，將經典的“非此即彼”的二值邏輯擴展至“亦此亦彼”的模糊邏輯（王鴻杰等，2005），在模糊論域中研究生態清潔小流域各影響因素，從而達到綜合評價的目的。采用的生態清潔小流域評價指標體系如表1所示，將指標體系分為目標層、準則層和指標層，共14個指標。

2.1 評價指標權重的確定

本文在參考大量相關文獻和經過多名專家學者打分評價的基礎上，采用層次分析法（AHP法，采用1～9標度）和特爾菲法計算出各指標的權重（高宇婷等，2012；韓美等，2006）。

按照建設目標的不同，將江西省清潔小流域分為水源保護型、生態宜居型、生態農業型和生態旅游型，因功能的不同，其指標權重也有所不同。在實踐中，將其分為兩類，并賦以權重進行評價，將水源保護型、生態宜居型歸為一類，將生態農業型、生態旅游型歸為一類。其中，水源保護型、生態宜居型生態清潔小流域，對于水環境的權重有偏重；生態農業型、生態旅游型生態清潔小流域，對于土壤、人與社會的權重有偏重。

2.2 指標隸屬度評價矩陣的構造

構造評價矩陣的關鍵是確定各個指標的隸屬度，可將其進行模糊化處理（高宇婷等，2012）。因將生態清潔小流域劃分為好、較好、差3個等級（標準見表1），故分為3個區間V1、V2、V3。原則上，對于V2區間，令指標值落在區間中點，此時隸屬度最大，由中點向兩側按線性進行遞減處理；對于V1、V3兩個區間，則令距離臨界值越遠，屬兩側區間的隸屬度越大，所構造的隸屬度函數見式（1）～（3）（韓美等，2006）。同時，針對不同的生態清潔等級進行賦分，構造等級評分向量C，即：好為1，較好為0.67，差為0.33。

式中，k1為等級 V1、V2的臨界值；k2為等級V2區間的中點值；k3為等級V2、V3的臨界值。

定量指標 C4、C8、C9、C11、C12、C14為正向指標，是越大越優型，隸屬度可直接采取以上公式計算；定量指標 C1、C5、C6、C7、C10為負向指標，是越小越優型，隸屬度計算需要將條件中的“＜”和“＞”、“≤”和“≥”分別互換（韓美等，2006）。對于 C2、C3、C13等定性描述或類似定性描述的評價指標，其評價等級隸屬度的確定參見表2。

表2 定性指標評價因素的隸屬度評價矩陣Table 2 Matrix of membership grade of qualitative index

2.3 綜合評價

考慮到各個因素對評價結果都有影響，矩陣模糊復合運算中采用加權求和模型：B=A×R，即：然后，求出生態清潔度指數的值W（W=BCT）。

3 模糊綜合評價法的應用案例

以江西省贛縣枧田小流域和江西省上猶縣園村小流域為例，其分別為生態農業型生態清潔小流域和生態旅游型生態清潔小流域，計算各指標相應的權重，結果如表3所示。

相對于目標層和準則層的一級權重矩陣為：

A1=[0.1026 0.0500 0.4237 0.4237]

A2=[0.6000 0.2000 0.2000]

A3=[0.6667 0.3333]

A4=[0.0304 0.3501 0.2065 0.2065 0.2065]

A=[0.2087 0.2951 0.2481 0.2481]

枧田小流域位于貢水一級支流平江下游，地處贛南山地丘陵區，治理前有水土流失面積 1854.2 hm2，占土地總面積的 40.8%，屬于中度侵蝕區；2014—2016年，枧田小流域以生態清潔小流域標準實施綜合治理，以生態農業型治理模式為主，累計治理水土流失面積 1736.4 hm2，綜合治理程度達93.6%，各項水保工程質量均達到國家一級標準。園村小流域地處江西省上猶縣梅水鄉，距上猶縣城14 km，位于2013—2017年上猶縣國家水土保持重點建設工程童川項目區內，土地總面積49.88 km2，其中水土流失面積12.32 km2；水土流失致使河道淤積堵塞較為嚴重，沿線大部分河道狹窄，影響了河道的行洪泄洪能力；通過生態旅游型治理模式，采取“三治同步”（治山、治水、治污）和“五水共建”（治山保水、疏河理水、產業護水、生態凈水、宣傳愛水）措施，實現了“產業發展、功能完善、村容整潔、環境優美”的目標。兩個小流域均屬亞熱帶濕潤性季風氣候，年均降雨量分別為 1476.7 mm和1519.6 mm，土壤均為主要由花崗巖、紅色砂礫巖發育而成的地帶性紅壤。兩個小流域在江西省紅壤侵蝕區均具有一定的代表性，其治理模式具有典型性。生態清潔小流域建設實施前和實施后的各指標情況如表4所示。

表4 贛縣枧田和上猶縣園村生態清潔小流域建設實施前后各指標值Table 4 Value of each indicator of Jiantian small watershed in Ganxian County and Yuanchun small watershed in Shangyou County

以贛縣枧田小流域實施后為例，根據上述方法和模糊綜合評價模型，最終得到的等級評分向量和隸屬評價矩陣如下：

表3 生態農業型、生態旅游型生態清潔小流域指標權重Table 3 Index weight of eco-clean small watershed of ecological agriculture type and ecological tourism type

按照上述評價方法，分別計算其他情況，得出最終評價結果。

贛縣枧田小流域實施前評價結果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.151 0.408 0.441]

W=BCT=0.570

上猶縣園村小流域實施前評價結果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.298 0.577 0.125]

W=BCT=0.726

贛縣枧田小流域實施后評價結果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.559 0.418 0.023]

W=BCT=0.847

上猶縣園村小流域實施后評價結果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.603 0.397 0]

W=BCT=0.869

從最終評價結果看，贛縣枧田小流域在生態清潔小流域建設實施后的生態清潔度指數為 0.847。結合圖1可知，枧田小流域在0.559程度上屬于“好”狀態，在0.418程度上屬于“較好”狀態，在0.023程度上屬于“差”狀態。根據最大隸屬度原則，贛縣枧田生態清潔小流域評價為“好”。

圖1 贛縣枧田小流域生態清潔隸屬度Fig. 1 Eco-clean membership of Jiantian small watershed in Ganxian County

從子系統層面上看，枧田小流域在實施前，水環境子系統在最大程度（0.531）上屬于“較好”狀態，土壤子系統在最大程度（0.477）上屬于“差”狀態，生態子系統在最大程度（0.583）上屬于“較好”狀態，人與社會子系統在最大程度（0.777）上屬于“差”狀態（圖1）。這說明，小流域水環境、生態條件尚好，土壤、人與社會因子嚴重影響了小流域的生態清潔狀況。生態清潔小流域建設實施后，小流域由“差”提高到“好”的狀態，水環境子系統由“較好”提高到“好”，土壤子系統由“差”提高到“好”，人與社會子系統由“差”提高到“較好”，生態清潔度指數也由實施前的 0.570提高到0.847，說明贛縣枧田小流域實施生態清潔小流域建設取得了理想的效果。若要將小流域建設得更加生態清潔，則應改善人與社會子系統和生態子系統中的各因子，使其由“較好”提高到“好”的狀態。

上猶縣園村小流域目前的生態清潔度指數為0.869。從以上計算結果和圖2可知，園村小流域在0.603程度上屬于“好”狀態，在0.397程度上屬于“較好”狀態。根據最大隸屬度原則，上猶縣園村生態清潔小流域評價為“好”。

從子系統層面上看，園村小流域在實施生態清潔小流域建設前，水環境子系統在最大程度（0.523）上屬于“較好”狀態，土壤子系統在最大程度（0.703）上屬于“較好”狀態，生態子系統在最大程度（0.5）上屬于“好”或“較好”狀態，人與社會子系統在最大程度（0.548）上屬于“較好”狀態（圖 2），說明其生態清潔小流域建設的基礎條件較好。實施后，小流域由“較好”提高到“好”的狀態，水環境子系統、人與社會子系統均由“較好”提高到“好”，生態清潔度指數也由實施前的0.726提高到0.869，且除土壤子系統評價為“較好”外，各子系統均為“好”，說明上猶縣園村小流域實施生態清潔小流域建設效果良好。

贛縣枧田小流域與上猶縣園村小流域相比，實施生態清潔小流域后，園村小流域的生態清潔度指數（0.869）高于枧田小流域（0.847），說明園村小流域的生態清潔狀況優于枧田小流域；實施生態清潔小流域前，園村小流域的生態清潔度指數（0.726）同樣高于枧田小流域（0.570），說明園村小流域進行生態清潔流域建設的基礎條件更好；而枧田小流域實施前后，生態清潔度的提高幅度更大。

4 討論

本文指標選取以《導則》中的“評價”內容為基礎，除其規定的合格評價外，本文還探討了小流域生態清潔的等級評價。《導則》內容主要針對規劃與建設內容需注意的方面，監測包括污染源監測、水土流失監測、水質水量監測和治理效果監測，評價則主要從水土流失綜合治理、面源污染防治、村莊人居環境整治和小流域出口水質等方面的 10個指標進行；缺少水量評價和人居環境中的河道監測指標，且與管理內容的匹配有欠缺。而本文評價的四大方面14個指標覆蓋了其中的9個，只有工業廢水達標排放未納入其中，但將流域出口地表水水質和飲用水源水質達標率納入了評價體系，契合度很高；同時，增加了河道保護管理恢復、植被景觀要求、農民生活水平等指標，對生態清潔小流域環境監測、社會和管理等方面的評價進行了補充，更加系統，在南方紅壤區評價中具有可操作性。

圖2 上猶縣園村小流域生態清潔隸屬度Fig. 2 Eco-clean membership of Yuanchun small watershed in Shangyou County

本文的評價指標并非主觀選取，而是在前人研究的指標基礎上，采用統計、相關性分析等數學篩選方法而得出，與前人研究相比，其結果具有合理性。針對中國北方，多是對北京市生態清潔小流域評價的研究。彭海燕等（2017）以北京市上水溝小流域為例，分別評價了其建設后植被、水文形態和水質狀況，而未評價生態清潔小流域的整體狀況。本文的指標與馬文鵬等（2014）提出的北京山區生態清潔小流域評價的 10個標準和謝磊等（2012）提出的北京山區小流域生態清潔程度評價指標體系中的指標基本一致，但“淺層地下水水質”在南方紅壤區不是嚴重的問題，可以不列入紅壤區的評價體系。與中國南方的評價指標相比，馬豐豐等（2010）提出的生態清潔小流域評價的20個指標中“景觀類型多樣性指數”、“年森林消長比率”、“河流生物完整性系數”等指標很難獲取，可獲取性方面不如本文采用的指標；本文評價指標涉及了張錦娟等（2010）提出的生態清潔小流域建設措施體系的各方面，與李雙喜等（2017）指出的生態清潔小流域后評價指標體系也基本一致，故能夠體現出南方紅壤侵蝕區的特點。

本文提出了生態清潔小流域模糊綜合評價方法，并通過兩個典型小流域案例進行了評價過程和結果的分析；贛縣枧田小流域與上猶縣園村小流域均通過了生態清潔小流域建設的驗收，各項水保工程質量均達到國家一級標準，與評價結果“好”具有一致性，表明該評價方法具有可行性。與馬文鵬等（2014）、李雙喜等（2017）的“打分”法相比，均考慮了各項參數在流域生態清潔程度中的作用差異并給予不同權重，采用模數綜合評價方法具有比可用隸屬函數描述各指標分界線、通過隸屬度判別指標程度、使評價結果更客觀的優點。通過該評價方法，可以對同一小流域不同時期情況進行縱向評價，也可以對同一時期不同小流域情況進行橫向評價，可為生態清潔小流域建設的考核提供參考，供決策者靈活采用；決策者可根據實際情況，按照小流域建設目標，賦以不同的權重或對權重予以修正，以達到評價和考核的目的。然而，仍需要在今后的工作中，將評價方法不斷運用于實踐，并將評價結果與實際效果進行擬合（李雙喜等，2017），才能更加準確、科學地評價生態清潔小流域的建設效果。

5 結論

（1）通過主評指標篩選，建立了江西省紅壤侵蝕區生態清潔小流域的評價指標體系，包括水環境、土壤、生態、人與社會等四方面的 14個評價指標，可為南方紅壤侵蝕區生態清潔小流域評價提供參考。

（2）以江西省贛縣枧田小流域和上猶縣園村小流域為例，提出了模糊綜合評價的評價方法；評價結果可反映小流域的生態清潔程度，可進行生態清潔小流域建設的橫縱向對比；對小流域存在的問題，應及時采取治理和修復措施，提高其生態清潔程度。

（3）提出了“指標選取-評價方法-評價結果分析”的生態清潔小流域評價的全過程，該評價過程可為中國生態清潔小流域建設效果的評價提供參考。

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