遼寧土石山區侵蝕溝道綜合治理效益評價指標體系構建與評價技術研究

朱淼淼

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003)

侵蝕溝具有發展快、侵蝕量大等特點，對機械耕作、河道水庫、土地資源、農村生產生活等都會造成嚴重危害[1]。侵蝕溝綜合治理水土保持效果評估和判定主要可判斷所布設的水土保持措施是否達到預期的治理效果。目前國內外學者針對侵蝕溝綜合治理水土保持效益評價體系的研究較為薄弱，人們對侵蝕溝治理的重視程度有待提高，因此開展侵蝕溝道水土保持效益評價具有重要意義。本研究選取遼寧土石山區72個縣(區)2011—2017年的侵蝕溝道治理工程相關數據，開展侵蝕溝道綜合治理效益分析與評價。

1 評價指標體系構建

國內對水土保持治理綜合效益的評價大多包含水土流失治理的整體措施[2]，針對侵蝕溝的水土流失治理評價研究尚不充分，但研究侵蝕溝綜合治理效益有助于分析評價流域水土保持工作，為優化土石山區乃至全省水土保持措施提供對策建議。“層次分明、關系清晰”是評價指標體系層次結構模型合理的關鍵，各個層次的指標和項目應全面而簡潔。為了保證效益評價的全面性與綜合性，選取了水土保持的調水保土效益、經濟效益、社會效益、生態效益作為評價指標體系的準則層[3]。指標體系的最底層為指標層，為各效益種類在進行具體評價時需要調查和計算的指標。

1.1 基于主成分分析法的評價指標篩選

由于水土保持效益評價指標很多，而且十分復雜，各指標之間存在一定的相關性，因此需要找到一個合適的方法，在減少分析指標的同時，盡量減少原指標包含信息的損失，以對所收集的所有指標進行全面的分析[4]。主成分分析法是目前常用的綜合評價方法，是在多指標分析評價的條件下，依據統計分析的原理和方法來優化選擇其中最具代表性但是彼此不相關的主要指標來代表其原指標所有信息的統計分析方法。故本研究選用主成分分析法，對基礎數據采取標準化處理后，結合SPSS軟件，對侵蝕溝綜合治理效益評價初選指標進行篩選。

首先，初步選取21個水保效益評價相關因子，其中調水保土效益選取減少侵蝕模數、侵蝕溝治理面積、減蝕總量、減流總量等4項指標；經濟效益選取糧食增產量、果品增產量、活立木增產量、枝條增產量、單位面積投資、產投比等6項指標；社會效益選取受益人口、農業人均純收入、幸福指數、保護耕地面積、人均產值、農業人均糧食產量等6項指標；生態效益選取新增林草覆蓋率、植物固碳量、植物釋放氧氣量、植被滯塵量、物種保育價值等5項指標。

1.1.1 數據標準化處理

由于各指標的單位不同，無法進行對比，因此需要歸一化，使其轉變成無量綱的表達形式，便于指標間進行對比。通過計算，得到各評價指標歸一化后的標準值，見表1～表4。

表1 調水保土效益相關指標與標準值

表2 經濟效益相關指標與標準值

表3 社會效益相關指標與標準值

表4 生態效益相關指標與標準值

1.1.2 主成分分析及評價指標體系構建

采用SPSS軟件進行數據降維、因子分析，采用主成分分析法確定Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z20、Z21共19個評價指標，其中包括調水保土效益評價指標4個、經濟效益評價指標5個、社會效益評價指標5個、生態效益評價指標5個，篩除了產投比(Z10)、農業人均糧食產量(Z16)兩項指標，建立了以調水保土效益、經濟效益、生態效益、社會效益4項指標構成準則層以及由減蝕量、減流量等19項指標構成指標層的遼寧土石山區侵蝕溝治理效益評價指標體系，確立了指標量化與篩選的方法，得出調水保土效益、生態效益為侵蝕溝治理主要效益的結論。

1.2 采用綜合集成賦權法確定指標權重

合理的權重賦值對評價結果的科學性與合理性起著重要的作用，直接影響著評價結果[5]。在縱向上，指標權重反映了該指標變化對綜合效益變化所起作用的大小；在橫向上，指標權重表示了該指標在同一評價指標層次中所處的地位高低。因此，需要尋求合理的賦權方法，使得權重系數科學、客觀地反映指標在評價中的重要程度[6]。

本研究首次將基于單位化約束條件的綜合集成賦權法[7]應用于侵蝕溝道綜合治理效益評價指標體系權重的確立。鑒于主客觀集成賦權法算法雖復雜，在水土保持效益分析領域應用較少，但其數學理論基礎相對比較完整，而基于單位化約束條件的綜合集成賦權法在水土保持綜合效益評價方面的應用更為空白，本研究通過組合方法計算權重，結合優化模型，確定的指標權重科學合理。具體方法如下：

(1)層次分析法。層次分析法主要根據水土保持學、農田水利學等方面9位專家的打分來構建判斷矩陣，打分完成后綜合各專家的意見得到最終的評價結果，形成判斷矩陣。

(2)熵值法。熵是系統無序程度的度量，可以用于度量已知數據所包含的有效信息量和確定權重。熵越小，系統的無序化程度越大，其權重越大，所含信息量也越大；熵越大，系統的無序化程度越小，其權重越小，所含信息量也越小。用熵值法求權重，首先要對評價指標數據進行標準化處理，然后利用公式計算指標的熵值和權重值。

第j項指標的熵值Ej為

(1)

式中：m為采樣點數量，本研究取2011—2017年共計7 a的數據，故m=7；yij為第i年的第j個評價指標的標準化值。

信息效用值越大，表明指標越重要，對評價的重要性就越大。信息效用值Dj的計算公式為

Dj=1-Ej

(2)

采用公式

(3)

最終可得到第j項指標的權重Wj。

W=αW′+βW″

(4)

這就是本研究采用的主客觀綜合賦權法確定的權重，關鍵是確定α、β的值。設α、β滿足單位化約束條件[11]，即

α2+β2=1

(5)

(6)

(7)

式中:bij為各評價指標值。

根據多屬性決策分析的加權法則，可求得各評價對象的評價目標值為[10]

(8)

通過計算，α在調水保土效益、經濟效益、社會效益、生態效益的值分別為0.501、0.503、0.484、0.479，β在調水保土效益、經濟效益、社會效益、生態效益的值分別為0.499、0.497、0.516、0.521。

通過上述方法，計算確定最終指標權重，見表5。

表5 綜合集成賦權法確定的各指標權重

1.3 綜合效益評價結果

利用指標層歸一化的標準值乘以對應的準則層調水保土、經濟、社會、生態效益的對應權重，即可得到調水保土、經濟、社會、生態效益的評價值。同理可得出綜合效益的評價值。計算結果見表6。

表6 目標層、準則層各項指標評價值

2 效益評價分析

2.1 調水保土效益評價結果與分析

由圖1可知，調水保土效益與綜合效益的整體走向相近，說明調水保土效益指標在綜合效益評價指標體系中占主導地位。同時，2011、2014、2016年相對其他年份評價值較高，這與其當年治理面積大有關，說明經過侵蝕溝治理，項目區及周邊環境的水土流失狀況得到改善，治理面積越大調水保土效益越大。

圖1 調水保土效益變化趨勢

2.2 經濟效益評價結果與分析

由圖2可知，經濟效益相較2011年整體呈上升趨勢，2017年尤為突出，整體經濟效益顯著。

圖2 經濟效益變化趨勢

通過侵蝕溝治理措施改造原有低利用率的土地，增加可利用土地面積，能夠提高糧食產量，植樹造林增加了林產品產量，這些都是與當地居民利益息息相關的經濟收入。而經濟林、水保林等林草措施在經歷本身生長質量差和種植技術不成熟后，逐漸走入正軌，這從2017年經濟效益尤為突出可以體現。由于當年降雨等自然條件太差，因此2011年雖治理面積最大，但經濟效益不明顯，隨后則持續增加。

2.3 社會效益評價結果與分析

由圖3可以看出，侵蝕溝水土保持措施的實施與開展為當地帶來了一定的社會效益，各年度社會效益值相對2011年均有不同程度的增加，說明侵蝕溝治理有顯著的社會效益。

圖3 社會效益變化趨勢

侵蝕溝治理措施的實施能夠修護危險坡面，減少滑坡、泥石流等災害的發生，保障當地居民生活環境安全，并且減少洪水災害的發生，同時能夠蓄水減輕旱災，控制面源污染，提高土地生產率。隨著侵蝕溝治理面積的增加，社會效益呈持續增加趨勢，說明隨著各項水土保持措施的實施，其作用逐漸發揮出來，改善了當地生活環境，帶來了較高的社會效益。

2.4 生態效益評價結果與分析

由圖4可以看出，在水土保持的調控作用下，各年度的水土保持生態效益評價值與綜合效益評價值整體趨勢接近，說明生態效益在綜合效益評價中權重較大。

圖4 生態效益變化趨勢

侵蝕溝治理通過在溝底邊坡植樹種草，防止溝頭下切及坡面擴張，增加農田面積，提高土地覆蓋率，從而防止地區水土流失惡化，逐漸改善原有生態環境，提高物種多樣性，發展當地農業，保護生態環境，實現其生態效益。經過治理，項目區的水土流失狀況得到改善，生態環境也在不斷改善與優化。

3 結 語

溝道治理是一項投資期長、投資大且需要資金支持與技術保證的系統工程。通過對侵蝕溝道治理工程產生的水土保持效益進行綜合評價，可以將無形的效益直觀化，在體現該項工作投資價值的同時，也使得有關政府部門或機構可以根據結果做出正確決策并給予適當的治理投資。侵蝕溝道治理效益不僅直接體現在防治水土流失、保護水土資源、提高土地生產力方面，還有利于當地的生態環境系統、社會經濟系統，因此，開展水土保持效益評價工作十分重要和必要。