葠窝水库库区小流域综合治理效益评价

王百川

(辽阳市水利事务服务中心，辽宁 辽阳 111000)

1 区域概况

葠窝水库是一座兼具供水、发电、防洪、灌溉、旅游等功能的综合性水利枢纽，控制流域6175 km2，最大库容7.91×108m3。库区两岸山势陡峭、植被覆盖率较低，库区内有一级支流兰河、细河和主河道太子河，土壤类型以褐土为主，土壤抗冲蚀性弱、通透性差且腐殖质较薄，自然条件差，极易发生水土流失[1-2]。流域内分布有大面积未治理的荒山，许多坡耕地、园地也未得到有效的治理，粮果产量低且不稳定，土地资源产出率低，自我发展及抵御自然灾害的能力有限。另外，库区小流域水土流失严重，生态环境失衡，产业结构调整进程缓慢致使农业综合产出率低，严重制约了库区小流域的社会进步和经济发展。

为进一步优化土地利用结构，切实提高经济增长指数，保护珍贵的土地资源，有效改善群众农业生产条件与贫困落后的面貌，保障流域内防洪、生态和粮食安全，当地部门实施了大规模治山治水、改善生态环境的工程，使得流域内植被覆盖度不断增加，生态环境和生产条件明显改善，大大提高库区及周边群众生活水平[3-5]。

2 研究方法

2.1 数据来源

研究流域DEM数字高程模型(分辨率1∶10 000)及卫星遥感影像(分辨率10 m、全色波段)数据，从微观与宏观的角度综合考虑，通过现场勘察及解译处理生成土地利用图(2016年)。为获取流域内土壤理化性质，测试不同用地类型的土壤有机质、氮磷钾、含水量及容重等参数。流域内的社会经济数据利用农户访谈、文献资料查阅等方式获取，从而构建包含地块经营方式、水保措施、土地利用、土壤类型等信息的数据库。

2.2 评价体系

小流域综合治理的直接经济效益，主要包括增加土壤有机质含量、防止土壤养分流失、增加或保持土壤深度以及土壤含水量等。通过改善土壤有机质、含水量和质量，可在一定程度上增加土壤生产力与生物量，流域内增加的直接效益就是由此产生的经济效益，而间接效益一般指气候调节、碳固存、空气净化等生态效益。本文以行业标准规范和水土保持学为基础，充分考虑库区小流域土壤侵蚀现状和特征，遵循独立性、代表性、可行性、层次性等原则，从经济、生态、社会3个方面，将重复指标剔除，最终选择15项代表性因子构建评估体系，如表1。

表1 综合治理效益评价体系

2.3 评价模型

通过邀请领域内的专家两两对比参评因子的相对重要度，按照标度准则构造判断矩阵，经特征向量、特征根的求解和一致性检验，单排序各项因子，为确保效益评价的准确性需要检验目标层，总排序参评目标确定最终的权重，详细流程为：

邀请7位水土保持领域内的专家对评价体系各层级的参评因子，按照1～9标度法(表2)两两比较相对重要度构造判断矩阵。其中，参评因子i、j的比较结果用aij表示，由此构造对称矩阵A如式(1)所示：

(1)

表2 1～9标度准则

将评审专家意见利用判断矩阵实现数字化、定量化转换时，为准确衡量矩阵偏离一致性的程度，引入除最大特征根λmax以外的所有特征根平均值CI(一致性指标)，如式(2)、式(3)所示：

(2)

CR=CI/RI

(3)

式中：n为矩阵的阶数；CR为一致性比率；RI为考虑矩阵阶数的平均随机一致性指标，参照表3确定不同阶数矩阵的RI值。判断矩阵符合一致性经验的评判标准为CR<0.10，若CR≥0.10，则要适当修正矩阵直至符合要求。

表3 一致性指标RI值

采用加权求和法处理因素层中各因子权重及其标准化数值，从而确定准则层各因子效益评估值，其计算如式(4)所示：

(4)

式中：Wi为因素层中各参评因子权重；n为该层级参评因子个数。

同理，运用加权求和法处理准则层中各因子权重及其效益评估值，由此计算综合效益指数(BCI)，如式(5)所示：

(5)

3 结果与分析

3.1 不同水保措施效益

水保林、经济林、植物篱、石坎梯田、土坎梯田和坡耕地等水保措施的效益评价值，如表4。由表4可知，按从低到高其生态效益值排序为：坡耕地<植物篱<土坎梯田<石坎梯田<经济林<水保林，可见经济林、水保林在维护生态环境方面具有明显的成效。按从低到高其经济效益值排序为：坡耕地<水保林<石坎梯田<植物篱<土坎梯田<经济林，可见经济效益最佳的为经济林与土坎梯田，植物篱处于中等水平；因植物篱回收期短、投资少，因此较其他措施其短期内收益较明显，而石坎梯田较其他耕作措施投资大、投资回收慢，故经济可行性差；该小流域以种植枇杷为主建设成的水保林地块，因果期较长、种植成本高，所以该措施的经济效益短期内不显著。按从低到高其社会效益值排序为：坡耕地<植物篱<水保林<经济林<土坎梯田<石坎梯田，石坎梯田既能提升当地的劳动力利用率、增加道路、水系等配套设施，而且有利于改善耕作条件[6-7]。

按从低到高各项治理措施的综合效益排序为：坡耕地<植物篱<石坎梯田<土坎梯田<水保林<经济林。其中，经济林的综合效益最高，在带来一定经济效益的同时还可发挥涵养水源、保持土壤的功能；土坎梯田在提高旱地经济效益、保持土壤、减少坡耕地水土流失等方面具有明显成效，并且具有见效快、投资少的优势；石坎梯田在水土流失控制方面也发挥着一定作用，但其投资成本较高，对于不适宜修建土坎梯田的土石山区或坡度较陡的地区具有良好适用性；植物篱虽然便于管护、成本较低，但该措施属于斜坡耕作，其水土流失防治成效并不明显[8]。葠窝水库库区的粮食来源以坡耕地为主，地少人多，所以对库区小流域而言，石坎梯田与土坎梯田既能减少水土流失、发挥生态效应，又能保障粮食安全、发挥经济效益，该措施具有较强适用性、可行性。对于经济效益的大幅度提升水保林的贡献有限，对此还要依赖于经济林。所以，为改善小流域坡耕地现状还要加大投资力度，提倡经济林种植，实施以植物篱与石坎梯田为辅、以土坎梯田为主的水保措施。

表4 效益评价指数

3.2 小流域综合治理效益

水保措施对经济、生态、社会等子系统带来的影响体现了小流域综合治理效益，而治理效益的优劣程度可利用各项效益指标值衡量。对此，结合以上运算结果利用公式(5)求解综合效益指数(BCI)，如表5。从表5可知，2019年小流域综合效益指数(2.41)较2015年(2.07)提升16.00%，其中经济、生态、社会效益提升幅度分别为14.86%、19.40%和15.15%。针对增加幅度最慢的经济效益，深入分析其原因发现土坎梯田、石坎梯田修筑时扰动了表土，治理初期在一定程度上降低了土壤肥力，因此要达到稳定状态还要有一定的适应期；种植的经济林和水保林刚刚进入挂果期或未到挂果期，所以也未呈现出显著的经济效益。

表5 小流域治理综合效益

综合治理工程的实施显著提高了小流域生态效益，这从侧面也体现了流域生态系统的不稳定性和脆弱性，通过采取有效的水保措施可以明显改善流域生态环境，尤其是处于水源保护区的库区小流域，对保证生态系统的良性循环和持续发展极其重要，为提升库区生态保护功能有必要实施相应的水保措施。

4 结 论

本文利用专家经验法与层次分析法，综合考虑经济、生态、社会等方面因素构建梯阶层次指标体系，并以葠窝水库库区小流域为例，科学评价其水保效益状况。结果表明，水保效益最大的为经济林、最小的为坡耕地，所以小流域综合治理应以土坎梯田为主、植物篱与石坎梯田为辅实行有效的水保措施，切实改善坡耕地现状，提倡经济林种植。此外，水保治理可以改善流域内生态环境，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，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，农业生产条件将得到改善，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，并为生态系统的逐步恢复创造有利条件。