辽宁土石山区侵蚀沟道综合治理效益评价指标体系构建与评价技术研究

朱淼淼

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110003)

侵蚀沟具有发展快、侵蚀量大等特点，对机械耕作、河道水库、土地资源、农村生产生活等都会造成严重危害[1]。侵蚀沟综合治理水土保持效果评估和判定主要可判断所布设的水土保持措施是否达到预期的治理效果。目前国内外学者针对侵蚀沟综合治理水土保持效益评价体系的研究较为薄弱，人们对侵蚀沟治理的重视程度有待提高，因此开展侵蚀沟道水土保持效益评价具有重要意义。本研究选取辽宁土石山区72个县(区)2011—2017年的侵蚀沟道治理工程相关数据，开展侵蚀沟道综合治理效益分析与评价。

1 评价指标体系构建

国内对水土保持治理综合效益的评价大多包含水土流失治理的整体措施[2]，针对侵蚀沟的水土流失治理评价研究尚不充分，但研究侵蚀沟综合治理效益有助于分析评价流域水土保持工作，为优化土石山区乃至全省水土保持措施提供对策建议。“层次分明、关系清晰”是评价指标体系层次结构模型合理的关键，各个层次的指标和项目应全面而简洁。为了保证效益评价的全面性与综合性，选取了水土保持的调水保土效益、经济效益、社会效益、生态效益作为评价指标体系的准则层[3]。指标体系的最底层为指标层，为各效益种类在进行具体评价时需要调查和计算的指标。

1.1 基于主成分分析法的评价指标筛选

由于水土保持效益评价指标很多，而且十分复杂，各指标之间存在一定的相关性，因此需要找到一个合适的方法，在减少分析指标的同时，尽量减少原指标包含信息的损失，以对所收集的所有指标进行全面的分析[4]。主成分分析法是目前常用的综合评价方法，是在多指标分析评价的条件下，依据统计分析的原理和方法来优化选择其中最具代表性但是彼此不相关的主要指标来代表其原指标所有信息的统计分析方法。故本研究选用主成分分析法，对基础数据采取标准化处理后，结合SPSS软件，对侵蚀沟综合治理效益评价初选指标进行筛选。

首先，初步选取21个水保效益评价相关因子，其中调水保土效益选取减少侵蚀模数、侵蚀沟治理面积、减蚀总量、减流总量等4项指标；经济效益选取粮食增产量、果品增产量、活立木增产量、枝条增产量、单位面积投资、产投比等6项指标；社会效益选取受益人口、农业人均纯收入、幸福指数、保护耕地面积、人均产值、农业人均粮食产量等6项指标；生态效益选取新增林草覆盖率、植物固碳量、植物释放氧气量、植被滞尘量、物种保育价值等5项指标。

1.1.1 数据标准化处理

由于各指标的单位不同，无法进行对比，因此需要归一化，使其转变成无量纲的表达形式，便于指标间进行对比。通过计算，得到各评价指标归一化后的标准值，见表1～表4。

表1 调水保土效益相关指标与标准值

表2 经济效益相关指标与标准值

表3 社会效益相关指标与标准值

表4 生态效益相关指标与标准值

1.1.2 主成分分析及评价指标体系构建

采用SPSS软件进行数据降维、因子分析，采用主成分分析法确定Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z11、Z12、Z13、Z14、Z15、Z17、Z18、Z19、Z20、Z21共19个评价指标，其中包括调水保土效益评价指标4个、经济效益评价指标5个、社会效益评价指标5个、生态效益评价指标5个，筛除了产投比(Z10)、农业人均粮食产量(Z16)两项指标，建立了以调水保土效益、经济效益、生态效益、社会效益4项指标构成准则层以及由减蚀量、减流量等19项指标构成指标层的辽宁土石山区侵蚀沟治理效益评价指标体系，确立了指标量化与筛选的方法，得出调水保土效益、生态效益为侵蚀沟治理主要效益的结论。

1.2 采用综合集成赋权法确定指标权重

合理的权重赋值对评价结果的科学性与合理性起着重要的作用，直接影响着评价结果[5]。在纵向上，指标权重反映了该指标变化对综合效益变化所起作用的大小；在横向上，指标权重表示了该指标在同一评价指标层次中所处的地位高低。因此，需要寻求合理的赋权方法，使得权重系数科学、客观地反映指标在评价中的重要程度[6]。

本研究首次将基于单位化约束条件的综合集成赋权法[7]应用于侵蚀沟道综合治理效益评价指标体系权重的确立。鉴于主客观集成赋权法算法虽复杂，在水土保持效益分析领域应用较少，但其数学理论基础相对比较完整，而基于单位化约束条件的综合集成赋权法在水土保持综合效益评价方面的应用更为空白，本研究通过组合方法计算权重，结合优化模型，确定的指标权重科学合理。具体方法如下：

(1)层次分析法。层次分析法主要根据水土保持学、农田水利学等方面9位专家的打分来构建判断矩阵，打分完成后综合各专家的意见得到最终的评价结果，形成判断矩阵。

(2)熵值法。熵是系统无序程度的度量，可以用于度量已知数据所包含的有效信息量和确定权重。熵越小，系统的无序化程度越大，其权重越大，所含信息量也越大；熵越大，系统的无序化程度越小，其权重越小，所含信息量也越小。用熵值法求权重，首先要对评价指标数据进行标准化处理，然后利用公式计算指标的熵值和权重值。

第j项指标的熵值Ej为

(1)

式中：m为采样点数量，本研究取2011—2017年共计7 a的数据，故m=7；yij为第i年的第j个评价指标的标准化值。

信息效用值越大，表明指标越重要，对评价的重要性就越大。信息效用值Dj的计算公式为

Dj=1-Ej

(2)

采用公式

(3)

最终可得到第j项指标的权重Wj。

W=αW′+βW″

(4)

这就是本研究采用的主客观综合赋权法确定的权重，关键是确定α、β的值。设α、β满足单位化约束条件[11]，即

α2+β2=1

(5)

(6)

(7)

式中:bij为各评价指标值。

根据多属性决策分析的加权法则，可求得各评价对象的评价目标值为[10]

(8)

通过计算，α在调水保土效益、经济效益、社会效益、生态效益的值分别为0.501、0.503、0.484、0.479，β在调水保土效益、经济效益、社会效益、生态效益的值分别为0.499、0.497、0.516、0.521。

通过上述方法，计算确定最终指标权重，见表5。

表5 综合集成赋权法确定的各指标权重

1.3 综合效益评价结果

利用指标层归一化的标准值乘以对应的准则层调水保土、经济、社会、生态效益的对应权重，即可得到调水保土、经济、社会、生态效益的评价值。同理可得出综合效益的评价值。计算结果见表6。

表6 目标层、准则层各项指标评价值

2 效益评价分析

2.1 调水保土效益评价结果与分析

由图1可知，调水保土效益与综合效益的整体走向相近，说明调水保土效益指标在综合效益评价指标体系中占主导地位。同时，2011、2014、2016年相对其他年份评价值较高，这与其当年治理面积大有关，说明经过侵蚀沟治理，项目区及周边环境的水土流失状况得到改善，治理面积越大调水保土效益越大。

图1 调水保土效益变化趋势

2.2 经济效益评价结果与分析

由图2可知，经济效益相较2011年整体呈上升趋势，2017年尤为突出，整体经济效益显著。

图2 经济效益变化趋势

通过侵蚀沟治理措施改造原有低利用率的土地，增加可利用土地面积，能够提高粮食产量，植树造林增加了林产品产量，这些都是与当地居民利益息息相关的经济收入。而经济林、水保林等林草措施在经历本身生长质量差和种植技术不成熟后，逐渐走入正轨，这从2017年经济效益尤为突出可以体现。由于当年降雨等自然条件太差，因此2011年虽治理面积最大，但经济效益不明显，随后则持续增加。

2.3 社会效益评价结果与分析

由图3可以看出，侵蚀沟水土保持措施的实施与开展为当地带来了一定的社会效益，各年度社会效益值相对2011年均有不同程度的增加，说明侵蚀沟治理有显著的社会效益。

图3 社会效益变化趋势

侵蚀沟治理措施的实施能够修护危险坡面，减少滑坡、泥石流等灾害的发生，保障当地居民生活环境安全，并且减少洪水灾害的发生，同时能够蓄水减轻旱灾，控制面源污染，提高土地生产率。随着侵蚀沟治理面积的增加，社会效益呈持续增加趋势，说明随着各项水土保持措施的实施，其作用逐渐发挥出来，改善了当地生活环境，带来了较高的社会效益。

2.4 生态效益评价结果与分析

由图4可以看出，在水土保持的调控作用下，各年度的水土保持生态效益评价值与综合效益评价值整体趋势接近，说明生态效益在综合效益评价中权重较大。

图4 生态效益变化趋势

侵蚀沟治理通过在沟底边坡植树种草，防止沟头下切及坡面扩张，增加农田面积，提高土地覆盖率，从而防止地区水土流失恶化，逐渐改善原有生态环境，提高物种多样性，发展当地农业，保护生态环境，实现其生态效益。经过治理，项目区的水土流失状况得到改善，生态环境也在不断改善与优化。

3 结 语

沟道治理是一项投资期长、投资大且需要资金支持与技术保证的系统工程。通过对侵蚀沟道治理工程产生的水土保持效益进行综合评价，可以将无形的效益直观化，在体现该项工作投资价值的同时，也使得有关政府部门或机构可以根据结果做出正确决策并给予适当的治理投资。侵蚀沟道治理效益不仅直接体现在防治水土流失、保护水土资源、提高土地生产力方面，还有利于当地的生态环境系统、社会经济系统，因此，开展水土保持效益评价工作十分重要和必要。