淤地壩工程可持續(xù)能力評價

王理想，何 影

（1．華北水利水電學院，河南鄭州 450045;2．東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

在黃土高原地區(qū)，2003—2010年累計建成各類淤地壩8 100多座，形成總庫容約32億m3，攔泥庫容約18億m3，可淤地約48萬畝．但是淤地壩也面臨著“只建設不管理”、“工程老舊失修”、“配套設施不完備、利用率低下”等一系列問題，需要對已建淤地壩工程的可持續(xù)能力進行全面分析和評價．

淤地壩工程的可持續(xù)性評價是淤地壩在建成一段時間后，通過對外部條件和內(nèi)部條件的分析，并運用系統(tǒng)的評價指標體系和評價標準、科學的評價方法來評價淤地壩的發(fā)展度、協(xié)調(diào)度、持續(xù)度等，以此對淤地壩的可持續(xù)性進行診斷，并預測其發(fā)展趨勢，找出影響淤地壩可持續(xù)能力的風險因素，提出改善措施和建議［1－2］．關于淤地壩的可持續(xù)能力評價的體系、標準及方法鮮有文獻報道，可借鑒有關水利建設項目的可持續(xù)能力評價的相關研究．如黃勁梅［3］論證篩選了橡膠壩的評價指標、構(gòu)建評價體系，運用層次分析法并結(jié)合MATLAB軟件確定指標的權(quán)重值，利用模糊數(shù)學評價方法對橡膠壩進行工程建設后評價研究．葛冰等［4］提出水利建設項目可持續(xù)性評價的指標體系，構(gòu)建了基于網(wǎng)絡分析法與模糊綜合評價法的評價模型并對臨淮崗洪水控制工程進行了可持續(xù)能力評價．崔世彬等［5］對農(nóng)田水利工程可持續(xù)性運行管理進行了研究，將二元語義層次分析法引入到可持續(xù)性運行管理的評價中．在前人研究的基礎上，對淤地壩建設項目進行可持續(xù)能力評價，提出淤地壩可持續(xù)性評價指標體系與標準，應用網(wǎng)絡分析法并結(jié)合超級決策軟件建立模型，計算淤地壩各指標的權(quán)重，結(jié)合模糊數(shù)學的理論方法得出淤地壩可持續(xù)能力綜合評價結(jié)果．并以甘肅省稱鉤河壩系為例，對該壩系進行可持續(xù)能力評價，驗證了所提出的評價理論與方法的合理性．

1 淤地壩可持續(xù)能力評價體系

1．1 評價指標建立原則

①科學性、針對性原則．指標體系既要科學又要概念明確，還要能結(jié)合淤地壩工程的特點，客觀、真實地反映壩系可持續(xù)能力的基本特征．②全面系統(tǒng)性原則．淤地壩可持續(xù)性受多方面因素影響，評價指標應綜合反映淤地壩在評價時段的總體情況，同時，每個指標應盡可能邊界分明，減少對同一內(nèi)容的重復評價，構(gòu)成具有內(nèi)在聯(lián)系的若干組、若干層次的指標體系．③可操作性原則．指標的定義應當盡量清晰、明確，數(shù)據(jù)便于獲取，易于賦值，指標統(tǒng)計口徑盡可能與計劃、統(tǒng)計、會計核算口徑相一致，各項評價指標及其相應的計算方法、各項數(shù)據(jù)能夠標準化、規(guī)范化［6］．

1．2 可持續(xù)能力評價指標體系

遵循以上原則，通過 Delphi法征詢專家意見［7］，建立淤地壩可持續(xù)能力評價指標體系，見表1．

表1 可持續(xù)性評價指標體系

1．3 指標值的確定

①目標偏離程度．采用工程建成、安全建成、經(jīng)濟效益建成、環(huán)境影響建成、社會影響建成5項指標的得分來計算，設得分為S，公式如下：

②攔沙蓄水可持續(xù)能力．攔沙蓄水可持續(xù)能力=剩余攔洪庫容/設計攔洪庫容．

③淤地壩建設支持率．支持率=支持項目的人數(shù)/被調(diào)查人總數(shù)×100%．

④水土流失治理程度．水土流失治理程度=治理面積/水土流失面積總數(shù)．

⑤水資源利用情況，即水資源利用率．

⑥管理形式．鄉(xiāng)，村，承包或租賃，個人管護，無人管護．

⑦養(yǎng)護情況．專職人員養(yǎng)護、年維修經(jīng)費情況等．

1．4 指標的評價標準

淤地壩可持續(xù)能力評價的定性指標與定量指標的評價標準分別見表2和表3．

表2 定性指標評價標準

表3 定量指標評價標準%

2 權(quán)重值的計算

2．1 指標關系

通過Delphi法征詢專家意見，建立淤地壩建設項目可持續(xù)能力評價指標關系．與評價指標A1相關聯(lián)的指標有：B1，C1，D1，D2，E1，E2;與B1相關聯(lián)的指標有：C1，D1，D2，E1，E2;與C1相關聯(lián)的指標有：A1，B1，D1，D2，E1;與D1相關聯(lián)的指標有：B1，D2，E1，E2;與E2相關聯(lián)的指標有：B1，E1，E2;與E1相關聯(lián)的指標有：C1，D2;與E2相關聯(lián)的指標有：C1，D2，E1．

2．2 判斷矩陣

通過專家的2輪打分，得出各指標的判斷矩陣．由于篇幅原因，這里僅給出目標層為準則下的判斷矩陣M，其他不再一一列出．

2．3 模型的建立

由于網(wǎng)絡分析法（Analytic Network Process，ANP）涉及計算過程太復雜，給ANP的推廣和應用帶來了巨大的限制．美國Expert Choice公司開發(fā)的Super Decisions軟件（即超級決策軟件，簡稱SD軟件）是一個典型的ANP計算軟件，也是目前最實用、最精確的商業(yè)化軟件［8－9］．SD軟件可以構(gòu)造一個具有依存和反饋的決策模型，還可以利用ANP的超矩陣計算得出結(jié)果．根據(jù)指標之間關系和判斷矩陣建立的模型如圖1所示．

圖1 淤地壩可持續(xù)能力評價ANP權(quán)重計算模型

由判斷矩陣，對各指標之間的優(yōu)勢度進行打分，并進行一致性檢驗，即每步打分的一致性系數(shù)λ＜0．1．運行SD軟件，根據(jù)專家打分結(jié)果計算出權(quán)重值，見表4．

表4 指標權(quán)重值

3 綜合評價方法

運用模糊綜合評價方法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，F(xiàn)CE）對淤地壩進行可持續(xù)能力的綜合評價，具體步驟［10－11］如下．

步驟1：根據(jù)具體情況確定評價的對象集、因素集和評語集．對象集O={o1，o2，…，on}，因素集U={u1，u2，…，um}，評語等級標準V={v1，v2，…，vn}．

步驟2：建立m個評價因素的權(quán)重分配向量A．表4即為應用網(wǎng)絡分析法確定的權(quán)重值，則A=［0．045，0．302，0．228，0．078，0．157，0．120，0．070］．

步驟3：計算隸屬度，建立模糊關系矩陣．

每一個評價對象都應建立一個綜合評價矩陣R，即

．在確定Ri中，定性指標采用專家打分法，邀請10位專家對各個定性指標打分確定評語集．對于定量指標，采用可持續(xù)評價中廣泛應用的半梯形和梯形分布函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，計算出各個定量指標的評語集Ri=（r1，r2，…，rn）．

步驟4：經(jīng)復合運算得到評價對象的綜合評價結(jié)果B=AR．

4 工程實例

4．1 項目區(qū)概況

稱鉤河流域位于甘肅省安定區(qū)西北45 km，流域面積118 km2．屬黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū)，是祖歷河水系二級支流．行政區(qū)域包括8個行政村，2 500農(nóng)戶，人口密度96．02人/km2．該地區(qū)溝壑密度2．72 km/km2，侵蝕形式以水蝕為主，兼有重力侵蝕，年徑流模數(shù) 2．5萬 m3/km2，年侵蝕模數(shù)5 600 t/km2．該流域已建淤地壩中骨干壩為20座，中型壩為26座，小型壩為39座，水土流失治理面積53．66 hm2，占流域面積的 45．47%．

4．2 可持續(xù)能力評價

應用模糊綜合評價方法對稱鉤河壩系工程進行可持續(xù)能力評價．由于各指標之間的計算過程類似，現(xiàn)僅以目標偏離程度、管理形式、養(yǎng)護情況3個具有代表性的指標給出計算過程和評語集．

1）目標偏離程度．采用工程建成、安全建成、經(jīng)濟效益建成、環(huán)境影響建成、社會影響建成5項指標，打分結(jié)果見表5，并按式（1）計算指標值．

由式（1）計算出稱鉤河壩系工程的目標偏離程為0．56．其評語等級標準V=［0．4，0．3，0．2，0．1，0．0］，隸屬度矩陣各分量的計算結(jié)果為：r1=1;r2=r3=r4=r5=0．因此，目標偏離程度評語集為［1．000，0．000，0．000，0．000，0．000］．

表5 目標實現(xiàn)程度打分表

2）管理形式．邀請10位專家對稱鉤河壩系工程的管理形式進行打分，專家打分得到的評語集為［0．000，0．300，0．400，0．300，0．000］，即 10 人中，有3位專家認為稱鉤河壩系工程為弱可持續(xù)，4位專家認為基本可持續(xù)，3位專家認為較強可持續(xù)．

同理，養(yǎng)護情況的評語集為［0．000，0．300，0．400，0．300，0．000］．其他的指標賦值見表 6．其評語集分別為：［0．000，0．000，0．250，0．750，0．000］，［0．000，0．000，0．000，0．100，0．900］，［0．000，0．453，0．547，0．000，0．000］，［0．000，0．410，0．590，0．000，0．000］．

由B=AR計算出稱鉤河壩系工程可持續(xù)能力綜合評價結(jié)果，見表7．

表7 可持續(xù)能力綜合評價結(jié)果

由表7可知，甘肅省稱鉤河壩系工程可持續(xù)能力為基本可持續(xù)．

5 結(jié)語

1）提出了一套淤地壩可持續(xù)性評價指標體系與標準，并結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法對淤地壩的可持續(xù)性進行科學的評價．把定性指標和定量指標相結(jié)合，從而給淤地壩建設項目一個更加全面、合理的可持續(xù)評價結(jié)果．并經(jīng)大量壩系工程的驗證與修改，具有可重復性好、客觀、科學等優(yōu)點．

2）利用SD軟件建立計算模型既可以避免大量復雜的人力計算，高效、準確．SD軟件的應用打破了ANP應用的瓶頸．

3）以甘肅省稱鉤河壩系工程為例驗證了淤地壩可持續(xù)評價理論．得出稱鉤河壩系可持續(xù)能力為基本可持續(xù)．

4）可持續(xù)能力評價是一個復雜的系統(tǒng)，各指標之間存在內(nèi)在的聯(lián)系，應用ANP方法將這些聯(lián)系考慮進去，求出的權(quán)重值更符合實際情況，評價結(jié)果也更符合實際，更全面和科學．

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