基于AHM-关联分析模型的区域水土保持生态工程效益评价研究

2017-01-11冯珊珊

水利规划与设计 2016年8期

关键词：分析模型生态效益土壤侵蚀

冯珊珊

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110003)

基于AHM-关联分析模型的区域水土保持生态工程效益评价研究

冯珊珊

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110003)

本文采用AHM-关联分析模型对辽宁省西部三处水土保持生态工程进行生态效益评价。研究结果表明：AHM-关联分析可综合考虑多个要素对区域水土保持生态效益的影响，且能定量给出综合评价指标值，改变以往生态效益评价方法采用主观方法，定性评定的缺陷。研究成果对于区域水土工程生态效益评价定量方法提供参考价值。

AHM-关联分析模型;水土保持;生态效益评价

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.027

当前，随着国家对区域水土保持治理力度的加大，各区域水土保持工程措施逐步得到实施，区域水土保持工程后对区域生态效应的影响是区域生态评估的重中之重，也是后续水土保持工程措施维护的基础，因此对于区域水土保持工程生态效益的评价逐步得到国内外学者的关注，前期，对于区域水土保持生态工程效益评价主要结合专家赋分制，但是这种效益评价方法存在一定的主观性，不能综合客观反映水土保持对区域生态工程影响。目前，为综合客观反映水土保持工程对区域生态效应的影响，许多数学模型被应用于区域水土保持工程的生态效益评价中，并取得一定的研究成果，但这些模型未能设置不同影响指标之间的权重，在指标分析中也存在一定的主观性［1-5］。当前，AHM-关联分析模型不仅可以考虑各指标之间的权重，且采用关联度函数确定不同指标之间的关联度，计算原理客观，近些年，该方法在水资源以及生态工程效益评价中得到应用，但是在水土保持工程的生态效益评价研究还较少［6-10］。因此本文引入AHM-关联分析模型，以辽宁西部水土保持生态工程为研究实例，分析水土保持工程的生态效益评价。研究成果对于区域水土保持生态工程的效益评价方法提供参考价值。

1 AHM-关联分析模型原理

AHM-关联分析生态评价模型主要计算步骤为先利用灰色关联分析模型求得评价指标的计算理论权重βj，在确定不同评价指标的理论权重后，采用变量属性分析模型求得各个评价指标的经验权重ρj，在确定不同评价指标的理论和经验权重后，采用组合赋值方法对模型的两个权重进行加权求和，确定不同评价指标的综合权重ωj。在模型计算时需要对各个评价指标进行规范化处理，规范化处理计算公式为:

式中Zki表示为第i个水土保持生态工程生态评价的第K个指标值;Vki表示为第i个水土保持生态工程第K个评价指标值。

采用指标正向变换和水平变化对规范化处理的值进行变换处理，变换处理后的计算公式为:

对方程(2)进行水平和正向变化后，对所有评价指标进行相同倍数的变化对最后的生态评价结果不产生影响。

方程(1)是对评价指标进行正向规范处理，模型在计算时还需要对生态评价指标进行反向的规范处理，处理的方程为:

式中Zki表示为第i个水土保持生态工程生态评价的第K个指标值;Vki表示为第i个水土保持生态工程第K个评价指标值。

在进行正反向指标规范处理后，需要对两个指标进行适中处理，适中处理的原则是需要对计算接近某一特征指标的指标值。两个特征指标适中计算的方程为:

式中Vki表示为第i个水土保持工程的第K个评价指标值，VK0表示为第K个理想指标计算规范值，在指标计算规范值确定后，需要进行不同指标关联系数的计算，关联系数计算公式为:

在确定指标关联系数矩阵后，对选取的指标进行组合赋值计算，计算公式为:

在进行组合赋值计算后，需要对指标组合赋值进行绝对关联度的计算，计算公式为:

式中S0表示为正向关联度，Si表示为反向关联度，ε0k表示为两个指标的绝对关联度。

在确定绝对关联度后，需要对各个指标的相对关联度进行计算，计算的方程为:

式中S′0表示为正向相对关联度，S′i表示为反向相对关联度，η0k表示为两个指标的相对关联度。

在确定两个指标的关联度后，需要计算两个关联度的权重，权重计算公式为:

在各个指标相对关联度确定后，可以对水土保持工程的生态效益进行评价，评价的方程为:

2 实例分析

2.1 工程概况

选取辽宁省西部三处水土保持工程作为工程实例，基于AHM-关联分析模型对三处水土保持工程的生态效益进行评价，三处水土保持生态工程均选取6个指标用于生态效益评价分析，评选的指标分别为区域环境人口容纳量、种植业产出比例(%)、林地草地覆盖比例(%)、土壤侵蚀模数(t/ km2a-1)、治理率(%)、径流模数比(万/m3km2)。采用AHM-关联分析模型对各个指标的权重以及关联度进行分析，最后确定区域水土保持生态效益评价综合值，按照综合评价值得高低，确定生态效益的差异。

2.2 模型应用

2.2.1 各区域评价指标概况

首先需要对各个区域评价指标进行分析，收集了研究区域水土保持工程点的6个指标值，结合各个指标值统计分析了三处水土保持工程点的指标值，各个指标值情况具体见表1。

2.2.2 各指标权重的计算

AHM-关联分析模型需要对水土保持生态工程效益影响指标进行权重的设定，各个评价指标的权重直接反映对最后效益综合评价指标的影响程度，在模型计算中较为重要，模型结合组合赋值方法对各个评价指标的影响权重进行计算，确定不同指标对水土保持生态工程的影响权重，指标权重的计算结果见表2。

从组合赋值模型计算结果可以看出，土壤侵蚀模数的权重在各个指标影响权重值最大，1#工程点的土壤侵蚀模数为612 t/km2a-1，因此1#水土保持

表2 各个评价指标的权重

工程点土壤侵蚀模数影响权重最小，为0.265，这是因为水土保持工程治理的即为区域的土壤侵蚀模数，区域土壤侵蚀模数越大，说明水土保持效益相对较弱，表中3#工程点的土壤侵蚀模数为432 t/km2a-1，在三个水土保持工程点中，土壤侵蚀模数最小，其经过组合赋值法计算的权重也相对较少，从各个指标权重值看出环境人口容纳量影响权重最小，从模型计算情况可以表明环境人口容量影响对区域水土保持生态工程影响较小。区域治理率的权重值相对低于土壤侵蚀模数所占的权重。

2.2.3 各指标关联系数矩阵的建立

在确定完各个指标值的权重后，需要计算各个指标的关联系数，AHM-关联分析模型对各个指标的关联系数进行计算，指标的关联系数计算如表3。

表3 各个指标计算的关联系数矩阵

在水土保持工程生态效益评价指标的关联系数矩阵确定后，结合AHM-关联分析的评价模型对各个水土保持工程点的生态效益进行综合评价，通过计算不同指标的关联度，按照关联度高低进行权重设置，在计算不同指标的关联度后，对水土保持生态工程效益的评价进行计算。计算结果见表4和图1。

表4 基于AHM-关联分析模型的水土保持工程生态效益评价结果

图1 基于AHM-关联分析模型的水土保持工程生态效益评价图

表1为采用AHM-关联分析模型计算的区域水土保持工程生态效益评价结果，从表中可以看出，不同指标计算的关联度不同，土壤侵蚀模数和治理率的关联度最大，这主要是和这两个指标的权重有关。在这两个指标权重计算时，土壤侵蚀模数和治理率的权重较高。1#水土保持工程点土壤侵蚀模数的计算权重为0.265，其指标关联度为0.5156，2#水土保持点土壤侵蚀模数的权重值为0.289，指标的关联度为0.5451，3#水土保持工程点土壤侵蚀模数计算权重为0.301，其指标关联度为0.5342，从计算结果可以看出，指标权重越大，其计算的指标关联度也相对较大。这一点也同样可以从水土保持工程点的治理率可以看出，1#水土保持工程点治理率的权重为0.247，2#水土保持工程点的治理率为0.221，3#水土保持工程点的治理率的权重为0.255，从治理率的权重可以看出，3#水土保持工程点治理率的关联度最高为0.5342，2#水土保持工程点治理率的关联度最低为0.5011。可见各个指标的关联度和指标的权重相关度较高，这点也可以从图1中看出，图1中为各个指标关联度和模型综合评价值得相关图，指标的关联度越高，对各个区域水土保持生态工程效益影响值越大。通过对各个指标综合权重分析可以看出，3#水土保持工程点生态效益评价值最大，为1.7295，2#水土保持工程点生态效益评价值最小，为1.4512。