凌源市宋仗子镇平房小流域治理效益评估

李志环

(辽宁省朝阳市凌源市宋杖子镇人民政府，辽宁 朝阳 122524)

近年来，随着人们对生态环境要求的提升以及水土保持治理工程投资的增加，以小流域为单元的治理效益评估，逐渐成为区域水土保持规划的重要依据。科学评估工程的治理效益，既能客观地鉴定其对保障生态安全、促进农业经济宏观发展和水资源持续利用的作用，系统反映流域的整体改善情况，又能准确明晰水保措施的适用性与可靠性，并为小流域未来治理提供长期科学指导，通过对现有治理模式、经验的总结更加科学化规划决策，切实提升小流域治理的规范化水平，故小流域治理效益评估具有极其重要的意义。然而，效益评估涉及到社会、经济、自然和人文等一系列因素，它属于一项多因素耦合的复杂性系统问题。评估过程中，若仅考虑单一因素势必会造成较大的偏差，使得重要信息发生遗漏，加之其较强的不相容性和较高的独立性，难以全面准确的反映小流域治理情况。针对以上问题，有关学者给出了综合指数法、模糊判断法、层次分析法(AHP)等，其中综合指数法与层次分析法具有较强的主观性，在指标权重赋值时未考虑数据的客观性特征，故其主观性较为明显；由于极值的过度强调，使得模糊判断法应用时易丢失有效信息[1-2]。因此，考虑对各指标权重利用AHP法耦合的熵值法来计算，并以凌源市平房小流域为例，对其治理效益运用改进TOPSIS模型评估，以此验证改进方法的科学适用性。

1 改进TOPSIS模型

1.1 指标组合赋权

实行目标决策与效益评估的重要前提是合理计算各指标权重，其中主、客观法为目前较常用的两类赋权法。熵值法为典型的客观法，它是以数学理论为基础实现权重计算的方法；AHP法为典型的主观法，能够以定量数据实现复杂定性问题的转化处理，对于多因素复杂问题的处理具有较强的实用性，但评价结果受主观判断的影响较大，其具有较强的主观性。所以，文章考虑将AHP法与熵值法相耦合形成组合赋权法，以此保证指标权重的客观性和简易性，其实现步骤为：

步骤1：结合小流域治理实际情况和专家意见构造判断矩阵，经一致性检验获取各参评因素的主观权向量。

步骤2：将判断矩阵做标准化处理，并对所有参评因素利用熵值法赋权，从而获取相应的客观权重。

步骤3：通过加权耦合运算确定各因素的综合权重。

1.2 效益评价流程

灰色关联法是以几何曲线间的相似程度为基准，利用数学方法求解关联度，比较数列Xi={xi(k)/k=1,2.Λ,n}与参考数列X0={x0(k)/k=1,2,λ,n}的相似程度越高，则两者的关联性越强，其中xi(k)为无量纲化处理后的参评因子k的标准值，i为评价标准级别。对于对因素、多准则评估方案，若最佳方案与决策方案的关联度越大，则决策方案的趋近理想状态的程度越高，方案的性能越优。针对随机性、不确定性问题的处理灰色关联模型具有较强的适用性，现已在农业、工业、经济、地质、能源、石油、社会等领域得到广泛应用，对解决科学研究、生产生活等问题起到重要作用。改进TOPSIS模型能够全面考虑各类因素，运用欧式距离衡量最劣、最优与决策方案间的关系，最终完成决策评估，其实现流程如下：

步骤1：构造标准加权矩阵。采用乘积法对各参评因子的组合权重与标准化处理后的样本矩阵进行处理，从而构造标准加权矩阵。

步骤2：生成最优、最劣方案。为准确获取最优(劣)方案要充分比较各决策数列间的关系，以负向指标的极小值与正向指标的极大值生成最优方案，并以反向指标生成最劣方案。

(1)

步骤4：计算关联系数。然后利用下式求解比较与参考数列之间的关联系数ξ，其表达式为：

(2)

步骤5：求解关联度。关联系数越多则方案整体评价的关联程度越复杂，从而获取的数据信息越分散，所以有必要引入一个关联度值衡量每个关联系数的总体情况，以平均值作为最终的评价关联度，即：

(3)

步骤6：优劣排序。结合关联度最终的计算结果，确定比较数列隶属于参考数列的“优劣程度”，在此基础上获取所有参评样本的效益等级。

2 实例应用

2.1 流域概况

研究小流域位于凌源市南部的宋杖子镇境内，流域内农民收入主要以农业耕种为主，多年来广种薄收的耕作理念导致大面积的毁林开荒，造成严重的水土流失。此外，不合理的种植观念直接影响土地生产力的提高，土地资源不能得以因地制宜的利用，难以提高生产潜能并制约当地经济的发展。考虑到流域内现有植物资源丰富，生态环境较好，且所处的大凌河流域具有巨大的生态旅游开发潜力。因此，实施水土保持综合治理措施，进一步优化土地利用结构，可以有效提高经济增长指数，这是改善群众农业生产条件与贫困落后的面貌、加强农业基础设施建设、有效治理水土流失、提高生产力的一项重要举措，也是保障防洪、生态、粮食安全和促进生态文明建设的必然选择。所以，保护和恢复项目区及周边地区的生态环境显得尤为重要[3-5]。

近年来，在各级党委政府领导下流域内广大群众干部艰苦奋斗、自力更生，掀起了大规模治山治水、改善生态环境的热潮，区域内植被覆盖度不断增加，生态环境与生产条件得到较大改善，群众生活水平大大提高。

2.2 水保措施设计原则

1)水平梯田。①考虑土地利用规划，选择坡度3°-15°之间、土质肥沃、土层厚的坡耕地修筑，沿等高线布设田坎，田面呈长方形或带形，遵循小弯取直、大弯就势的原则。②以少占耕地、修筑省工、集中连片、工作方便为要求，考虑地形条件及机械化作业的要求，地块长短不一，一般在200m左右，以便于耕作。③交通方便、靠近水源、便于灌溉和机耕。④梯田的断面设计一般是坡度越陡、田面越窄，相应的田坎越高；坡度越缓则相反。根据朝阳地区多年修建梯田的经验，田坎低于1m的梯田在耕作过程中经常出现损毁现象，而高于1.5m田坎的梯田相对保存完好，使用年限长，所以本工程田坎高度最低1.5m，最高不高于3m。

2)水平槽。水平槽介于水平台田与鱼鳞坑之间，工程适用于土质、土石质荒山整地时采用，结合凌源市多年栽植水保林工程实践经验，布设水平槽的地块坡度介于15°-45°之间，要沿等高线布置。

3)果树台田。从早受益、集约化经营和商品生产的角度，因地制宜的布设果树台田措施，考虑立地条件发挥自然资源优势，果树台田措施设计还要满足方便管理、兼顾周边、布局合理、相对集中的原则。果树台田一般选在5°-25°的坡地上或无工程果园内，对于较大的沟壑和向阳背风的暖坡地及地块比较分散的坡、沟地也可作为果树台田用地。

4)鱼鳞坑。鱼鳞坑通常被作为陡坡地(45°)或者被冲沟切割破碎的坡面上(坡度15°-45°)的植树造林的整地工程。受截水沟修筑条件限制，对坡面径流拟利用挖坑的方式分散截流，从而遏制水土流失[6]。

5)作业路面。流域内作业路可以方便运输及经营管理，改善农民生产生活条件，同时还可以作为流域内部的山间游道。

2.3 效益评价体系

考虑小流域土壤侵蚀现状和特征，遵循可行性、独立性、科学性、有效性等原则选择6项参评因子，即水平梯田、水平槽、果树台田、鱼鳞坑、封育治理、修作业路指标，如表1所示。

表1 2010-2019年统计数据与指标权重

2.4 结果与分析

结合前文所述运算流程，对各参评因子权重利用AHP法和熵权法求解，经过耦合计算确定相应的组合权重，见表1。然后将初始数据利用标准化公式处理，通过加权运算构造标准矩阵E：

(4)

运用文中所述公式(1)分别求解出最优(劣)方案与决策方案之间的欧式距离，结果结果为：Li+=(0.862，0.868，0.901，0.995)；Li-=(0.981，0.946，0.895，0.852)；然后利用公式(2)求解关联系数ξi=(0.315，0.326，0.441，0.627)，并采用公式(3)获取各方案的最终关联度为：Yi=(0.315，0.352，0.561，0.774)。小流域治理效益变化趋势如图1，研究表明2010-2013年流域内的水保效益变化不显著，而后呈现出快速上升的变化特征，截止2019年效益评价值达到初始状态2倍。由此可见，随着时间的推移各项水保措施开始发挥效应，对改善区域生态环境、保持水土等发挥着明显成效。

图1 变化趋势图

根据平原小流域治理工程有关资料，各项措施均以减少土壤侵蚀、改善自然环境为主，不增加经济效益，故评估仅包括蓄水保土、生态与社会效益三个部分。

1)经济效益：经计算各项治理措施的实施能够提高治理程度到79.57%，2019年各项新增措施年蓄水总量达68.59万m3，保土达13190t，年产生间接经济效益143.77万元。

2)生态效益：①通过对工程区实施大面积的水保治理，流域内的降雨得到有效拦截、分散、滞缓，增大了常水流量；由于保水保土能力的大幅度提升明显改善了土壤生态系统，对提高地力、减少养分流失具有积极作用。

一方面,拦截地表径流，增加土壤含水量，涵养水源，可有效遏制水土流失；另一方面，增加入渗量，提高地下水位，使干旱现象得到缓解，从而减轻洪旱灾害。②改善土壤物理化学性质：各项水土保持措施实施后，在2-5a内能大幅度提高土壤蓄水保墒能力，土壤理化性质和土壤能力得到相应提高，增强土壤抗冲性、抗蚀性和透水性，提高土壤氮磷钾等有机质含量。③其它生态效益，可使流域内生态环境得到改善，对减少水质污染、改善调节小气候、净化空气、美化环境、保护野生植物等方面将发挥巨大的作用，同时进一步加快流域内水土流失的治理步伐，优化土地利用结构，农业生产条件得到改善，该地区经济发展潜力及人们的生活水平也将得到很大提高，也为生态系统的逐步恢复创造有利的条件。

3)社会效益：①经过水土保持开发性治理措施的实施，合理的调整土地利用结构，水土流失得到有效控制，保护土地肥力，提高土壤水分和土地生产能力，增强项目区的抗旱能力，有效地调节河川径流，降低泥沙含量，减轻洪涝灾害给当地造成的损失。②优化土地利用结构迅速提升农业产值，从根本上改善工程区地产低效的现状，拓宽农村劳动就业门路以及带动其它产业发展，随着农民收入的提高，生活水平明显改善，加快向现代化农业的转变，推动科技文化发展，由此实现社会进步和流域内的经济进一步发展。

3 结 论

1)以凌源市宋仗子镇平房小流域为例，为挖掘初始数据的内在规律引入灰色关联度法，并利用各决策样本和最(劣)方案的序列数据构造标准加权矩阵，科学评价决策方案的优劣程度。结果表明，对于小流域水保治理效益的评估改进TOPSIS模型表现出较强的适用性、有效性，模型原理清晰、计算简单且能够考虑各类因素。

2)根据小流域治理相关资料，对小流域水保效益利用改进TOPSIS模型评估能够客观、真实的反映其变化情况。水保措施的实施发挥着显著的蓄水保土、生态和社会效益，可为流域宏观调控、决策管理和治理规划提供科学指导。