水源保護區清潔小流域治理評價體系與應用

尤瑜策

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325300）

評價是生態小清潔小流域治理的一項重要內容，傳統的評價方法很多，如專家評分法、層次分析法等，但采用傳統的評價方法存在以下幾個方面的問題：①水源保護區生態小流域治理是復雜的系統工程，傳統方法難以提供科學全面的管理決策；②水源保護區生態小流域多維特性迥異多變，傳統方法難以適應評價的需要；③隨著生態清潔小流域治理工程數量的增加，傳統評價方法的效率較低且不利于大規模推廣應用；④隨著生態清潔小流域治理研究的不斷深入，傳統的方法也不利于研究成果的應用與推廣。因此，基于以上原因，目前急需建立一個科學和合理的評價體系，選取合理的評價模型和評價方法，并依托計算機技術編制評價軟件，以解決上述問題。

近年來很多專家學者通過運用可拓評價理論［1］，開展分析不同的自然因素和人類活動對流域的影響情況，對流域治理開發進行有效評估，進而為人類有效治理開放流域積累經驗。胡寶清［2］將可拓工程方法引入到水資源評價中。張洪波等［3］運用了多指標參數的評定模型來完整地反映地區的承載力水平，采用非對稱貼近度和粗集權重來改進可拓評價模型。李祚泳［4］評述了近10年來隨機集、模糊集、灰色系統、混沌理論、子波分析、物元可拓集、神經網絡、遺傳算法和投影尋蹤等多種新理論和新技術應用于水文水資源及水環境領域研究取得的若干成果。陳南祥等［5］引入改進的可拓方法——最大貼近度法，并用熵值法確定權重系數，避免了權重系數確定過程中的主觀性，由此提出了熵權可拓模型。張龍云等［6］以價值理論為基礎，將物元可拓法、模糊數學法、層次分析法等有機結合，提出了水資源價值評價方法。上述研究為可拓評價理論引入水利工程的評價奠定了基礎，也適合水源保護區清潔小流域治理這種多目標多維度的復雜系統的評價。筆者將重點論述可拓評價方法在該領域中的研究與應用。

1 建立指標評價體系

1.1 現狀分析

評價指標篩選和指標體系構造的過程本身就是流域治理發展研究的一部分，我國學者對水土保持效益評價進行了大量研究，提出了不同的指標體系。當前小流域治理很多因素在已有的規范和導則中指標體系中沒有綜合體現，因此水源保護區生態清潔小流域治理評價體系指標應充分調研基礎上進行構建［7-8］。

1.2 構建原則［9］

1.2.1 系統性

各評價指標及其所反映的效益特征之間應存在內在聯系，相互聯系的指標體系才能全面反映生態清潔小流域建設的綜合效益。

1.2.2 科學性

指標應建立在一定的科學理論基礎之上客觀存在的，能反映治理措施在時間、空間上的變化特征和水平，反映流域各項治理措施實施后直接和間接效益。

1.2.3 層次性

各項效益應分別用眾多指標進行標度，最終用來綜合描述生態清潔小流域建設成效。

1.2.4 可比性

所選擇的指標應充分考慮治理的階段性，使指標既有縱向的連續性，又有不同流域建設效益的橫向可比性。

1.2.5 可操作性

指標要具有可測性、可比性和可能性，易于量化，指標的設置盡可能簡潔明了，避免繁雜。

2 可拓模型研究

2.1 可拓關系物元模型的建立

2.1.1 小流域生態評價模型

水源保護區生態清潔小流域治理 （以下簡稱為“小流域生態”）評價模型不僅包含了多目標評價參數的耦合關系、關聯關系和矛盾關系，還需要通過定性定量相結合的理論［11］，反映出這種關系。關系物元基本模型如圖1。

圖1 關系物元基本模型

2.1.2 小流域生態治理評價參數模型

在人類越來越關注綠色發展的大背景下，生態指標具有可執行性，如生活污水處理率就對水體處理、檢測等方法做出嚴格規定，但是提高污水的處理率又可能會減少蓄水效益。傳統的評價模型中只對不同指標賦予相應的權重，通過得到指標的綜合量值區分某一流域的治理水平是否達標。但這種評價并沒有權重的動態變化和指標間的矛盾消解辦法。將上述指標體系采用關系物元模型表示，如圖2。

圖2 關系物元小流域生態評價模型

本文采用關系物元間的關聯權重定義方法，建立不同物元屬性下（量綱可不同）的關聯關系。綜合考慮賦分值c和關聯權重值k，即將二者進行和積計算，計算結果歸一化后，按照分數判斷該工程所處等級L。

L=sum（c×k）

2.2 關聯權重確定方法

如果某一指標屬于設定的權重區間，則該工程能夠評價其優劣程度，但往往有些工程的綜合權重值處于界定區間的邊緣，則很難界定其等級。所以采用3種權重確定方法，試圖得到理想生小流域生態與現實小流域生態的偏離程度。

2.2.1 標準差法

考慮到屬性值存在區間和數值的情況，以關聯函數值作為度量指標，在計算出可拓距基礎上，計算關聯函數的標準差，從而確定屬性的權重，如式（1）：

式中 si為第i個屬性相似度的標準差；n為屬性的個數。

假設用區域生態模式中有m個實例，每個實例具有n個影響因子，將各個影響因子歸一化處理，根據相關公式計算出關聯函數值如式（2），標準差如式（3），再進行和積計算：

2.2.2 關聯度法

設x0為實數域中的任一點， 與X0∈＜a，b＞實數域上的任一區間之距為ρ（x，X0）。其中＜a，b＞既可是開區間，也可以是閉區間，還可以是半開半閉區間。

一般地，設X0∈＜a，b＞，X∈＜c，d＞，且X0∈X，則點x關于區間X0和X組成的區間套的位置規定為:

D（x，x0，X0）描述了點x0與X0和X組成地區間套的位置關系。

在此基礎上，建立了關聯函數：

其中X0∈X，且無公共點用于計算點和區間套的關聯程度。

式（5）的關聯度k（x）取值在（-∞，+∞）之間。當X0和X取相同的區間時，k（x）在（0，1）間取值，這時的關聯度表征著x與標準取值區間X0的關聯程度。就可以將k（x）的值作為綜合評判的權重。進而根據關聯權重值k決定該物元與理想物元的相容程度。

當k＜0，表示兩物元處于相斥關系；當k=0，表示兩物元處于相容關系；當k＞0，表示兩物元處于關聯關系。

對不同小流域生態工程進行滿意度調查，可以最大限度地得到整個工程對當地居民的影響程度，從而對該工程進行全面評價。

2.3 評價流程

建立了小流域生態指標的關系物元模型后，既可對候選區域生態指標進行可拓綜合評價，其具體流程如圖3。

圖3 評價流程

3 案例分析

3.1 安吉縣杭垓清潔小流域治理工程

該工程位于杭垓鎮南側，小流域內溪流主要河道為唐舍港，下游為賦石水庫，總面積49.55km2，現有水土流失面積5.94km2。2009年作為生態清潔小流域建設試點項目開展治理。治理工程主要包括水土流失綜合治理、生態修復工程、河道綜合整理工程、人居環境綜合整治工程、生態農業建設工程、植物緩沖帶建設工程、生態移民工程、監測評價工程等。

3.2 諸暨市孝四溪清潔小流域治理工程

該工程位于諸暨市以東的東白山麓，地處陳蔡水庫上游，流域面積39.26km2。孝四溪小流域屬于水力侵蝕為主的類型區。水土流失面積16.66km2，占土地總面積的42.44%。治理措施包括小流域治理、生態修復工程、河道綜合治理工程、人居環境綜合整治工程、生態農業建設工程、面源污染治理工程等。

3.3 永康市舟山溪清潔小流域治理工程

該工程位于永康市東南的舟山鎮境內，地處楊溪水庫上游，流域面積50.71km2。小流域屬于水力侵蝕為主的類型區。水土流失面積14.28km2，占土地總面積的28.16%。治理措施主要分生態修復區采取封育治理和管護兩項措施；生態治理區采取低丘紅壤治理、退耕還林還草、廢棄礦山開采裸露面治理、節水灌溉與坡面水系調整工程、垃圾處置、污水處理、農村人居環境整治、生態農業等八項措施；生態保護區采取河道生態護岸、修建攔沙曝氣壩、清污清淤等措施；建設人工濕地等措施。

3個工程的各項評價指標原始數據如表1。

表1 小流域生態模式原始信息

續表1

3.4 指標體系權重計算

3.4.1 標準差法

標準差法計算小流域生態模式指標權重如表2。

表2 小流域生態模式指標權重

代入式 （3），得出小流域生態標準差權重：0.320，0.359，0.320。

3.4.2 關聯權重計算

為了對小流域生態指標進行綜合評價，先確定在各個指標上對管理模式的期望要求。例如，水土流失治理程度C32是取值為有限區間的增益型指標，用戶要求值為［60%，100%］，而候選段為［60%，75%］，因此土地利用率的經典域X0為［60%，75%］，節域X為［60%，100%］。

建立不同評價指標的經典域和節域如表3。

表3 指標經典域和節域

利用式（4）通過節點域的上下邊界和期望值，得到每個指標變量的最優值如表4。綜合權重為0.520，0.292，0.188。

表4 被測流域評價指標分布情況

3.4.3 滿意度

通過對流域附近村民進行調查小流域生態指標的滿意度情況，具體調查數據如表5。

表5 不同工程的滿意度評價值

從表5可看出，對工程2的評價較一致，綜合計算得到最終滿意度歸一化后，得到最后權重為0.33，0.33，0.33。

通過采用3種方法計算權重得到不同指標的權重，如表6。

表6 各工程綜合權重

由表6可看出，安吉抗核清潔小流域治理工程在三類評價中綜合占優，因此可作為一種推廣模式。而從關聯評價上看，該工程能較好地考慮到各個指標的相容度，表明該指標在執行過程中具備較強的兼容性，因此也具有很強的參考意義。

4 結語

（1）通過將多目標因素建立成關系物元的形式，直觀地反映沖突，有利于計算機表達和計算，為開發相應的軟件提供了理論基礎。

（2）能夠將一些似是而非的因素加以區分，并利用關聯函數計算方法，在臨界閾值上加以界定，避免了因為一些微小區別而產生的判斷誤區。

（3）通過建立三維權重判別方法，即單純數據的統計角度、沖突數據的關聯關系角度，以及群眾的主觀滿意度角度，進行評價，擇優確定最優工程的模式。

（4）通過基于關系物元的可拓評價能綜合分析可平衡小生態流域各方面的權重影響，找到不同特征間的聯系，從而得到客觀結論。