基于AHM-關(guān)聯(lián)分析模型的區(qū)域水土保持生態(tài)工程效益評價(jià)研究

馮珊珊

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110003)

基于AHM-關(guān)聯(lián)分析模型的區(qū)域水土保持生態(tài)工程效益評價(jià)研究

馮珊珊

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110003)

本文采用AHM-關(guān)聯(lián)分析模型對遼寧省西部三處水土保持生態(tài)工程進(jìn)行生態(tài)效益評價(jià)。研究結(jié)果表明：AHM-關(guān)聯(lián)分析可綜合考慮多個(gè)要素對區(qū)域水土保持生態(tài)效益的影響，且能定量給出綜合評價(jià)指標(biāo)值，改變以往生態(tài)效益評價(jià)方法采用主觀方法，定性評定的缺陷。研究成果對于區(qū)域水土工程生態(tài)效益評價(jià)定量方法提供參考價(jià)值。

AHM-關(guān)聯(lián)分析模型;水土保持;生態(tài)效益評價(jià)

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

當(dāng)前，隨著國家對區(qū)域水土保持治理力度的加大，各區(qū)域水土保持工程措施逐步得到實(shí)施，區(qū)域水土保持工程后對區(qū)域生態(tài)效應(yīng)的影響是區(qū)域生態(tài)評估的重中之重，也是后續(xù)水土保持工程措施維護(hù)的基礎(chǔ)，因此對于區(qū)域水土保持工程生態(tài)效益的評價(jià)逐步得到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，前期，對于區(qū)域水土保持生態(tài)工程效益評價(jià)主要結(jié)合專家賦分制，但是這種效益評價(jià)方法存在一定的主觀性，不能綜合客觀反映水土保持對區(qū)域生態(tài)工程影響。目前，為綜合客觀反映水土保持工程對區(qū)域生態(tài)效應(yīng)的影響，許多數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用于區(qū)域水土保持工程的生態(tài)效益評價(jià)中，并取得一定的研究成果，但這些模型未能設(shè)置不同影響指標(biāo)之間的權(quán)重，在指標(biāo)分析中也存在一定的主觀性［1-5］。當(dāng)前，AHM-關(guān)聯(lián)分析模型不僅可以考慮各指標(biāo)之間的權(quán)重，且采用關(guān)聯(lián)度函數(shù)確定不同指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算原理客觀，近些年，該方法在水資源以及生態(tài)工程效益評價(jià)中得到應(yīng)用，但是在水土保持工程的生態(tài)效益評價(jià)研究還較少［6-10］。因此本文引入AHM-關(guān)聯(lián)分析模型，以遼寧西部水土保持生態(tài)工程為研究實(shí)例，分析水土保持工程的生態(tài)效益評價(jià)。研究成果對于區(qū)域水土保持生態(tài)工程的效益評價(jià)方法提供參考價(jià)值。

1 AHM-關(guān)聯(lián)分析模型原理

AHM-關(guān)聯(lián)分析生態(tài)評價(jià)模型主要計(jì)算步驟為先利用灰色關(guān)聯(lián)分析模型求得評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算理論權(quán)重βj，在確定不同評價(jià)指標(biāo)的理論權(quán)重后，采用變量屬性分析模型求得各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)權(quán)重ρj，在確定不同評價(jià)指標(biāo)的理論和經(jīng)驗(yàn)權(quán)重后，采用組合賦值方法對模型的兩個(gè)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，確定不同評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重ωj。在模型計(jì)算時(shí)需要對各個(gè)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，規(guī)范化處理計(jì)算公式為:

式中Zki表示為第i個(gè)水土保持生態(tài)工程生態(tài)評價(jià)的第K個(gè)指標(biāo)值;Vki表示為第i個(gè)水土保持生態(tài)工程第K個(gè)評價(jià)指標(biāo)值。

采用指標(biāo)正向變換和水平變化對規(guī)范化處理的值進(jìn)行變換處理，變換處理后的計(jì)算公式為:

對方程(2)進(jìn)行水平和正向變化后，對所有評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相同倍數(shù)的變化對最后的生態(tài)評價(jià)結(jié)果不產(chǎn)生影響。

方程(1)是對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行正向規(guī)范處理，模型在計(jì)算時(shí)還需要對生態(tài)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行反向的規(guī)范處理，處理的方程為:

式中Zki表示為第i個(gè)水土保持生態(tài)工程生態(tài)評價(jià)的第K個(gè)指標(biāo)值;Vki表示為第i個(gè)水土保持生態(tài)工程第K個(gè)評價(jià)指標(biāo)值。

在進(jìn)行正反向指標(biāo)規(guī)范處理后，需要對兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行適中處理，適中處理的原則是需要對計(jì)算接近某一特征指標(biāo)的指標(biāo)值。兩個(gè)特征指標(biāo)適中計(jì)算的方程為:

式中Vki表示為第i個(gè)水土保持工程的第K個(gè)評價(jià)指標(biāo)值，VK0表示為第K個(gè)理想指標(biāo)計(jì)算規(guī)范值，在指標(biāo)計(jì)算規(guī)范值確定后，需要進(jìn)行不同指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算，關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式為:

在確定指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣后，對選取的指標(biāo)進(jìn)行組合賦值計(jì)算，計(jì)算公式為:

在進(jìn)行組合賦值計(jì)算后，需要對指標(biāo)組合賦值進(jìn)行絕對關(guān)聯(lián)度的計(jì)算，計(jì)算公式為:

式中S0表示為正向關(guān)聯(lián)度，Si表示為反向關(guān)聯(lián)度，ε0k表示為兩個(gè)指標(biāo)的絕對關(guān)聯(lián)度。

在確定絕對關(guān)聯(lián)度后，需要對各個(gè)指標(biāo)的相對關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的方程為:

式中S′0表示為正向相對關(guān)聯(lián)度，S′i表示為反向相對關(guān)聯(lián)度，η0k表示為兩個(gè)指標(biāo)的相對關(guān)聯(lián)度。

在確定兩個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度后，需要計(jì)算兩個(gè)關(guān)聯(lián)度的權(quán)重，權(quán)重計(jì)算公式為:

在各個(gè)指標(biāo)相對關(guān)聯(lián)度確定后，可以對水土保持工程的生態(tài)效益進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)的方程為:

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

選取遼寧省西部三處水土保持工程作為工程實(shí)例，基于AHM-關(guān)聯(lián)分析模型對三處水土保持工程的生態(tài)效益進(jìn)行評價(jià)，三處水土保持生態(tài)工程均選取6個(gè)指標(biāo)用于生態(tài)效益評價(jià)分析，評選的指標(biāo)分別為區(qū)域環(huán)境人口容納量、種植業(yè)產(chǎn)出比例(%)、林地草地覆蓋比例(%)、土壤侵蝕模數(shù)(t/ km2a-1)、治理率(%)、徑流模數(shù)比(萬/m3km2)。采用AHM-關(guān)聯(lián)分析模型對各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重以及關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析，最后確定區(qū)域水土保持生態(tài)效益評價(jià)綜合值，按照綜合評價(jià)值得高低，確定生態(tài)效益的差異。

2.2 模型應(yīng)用

2.2.1 各區(qū)域評價(jià)指標(biāo)概況

首先需要對各個(gè)區(qū)域評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，收集了研究區(qū)域水土保持工程點(diǎn)的6個(gè)指標(biāo)值，結(jié)合各個(gè)指標(biāo)值統(tǒng)計(jì)分析了三處水土保持工程點(diǎn)的指標(biāo)值，各個(gè)指標(biāo)值情況具體見表1。

2.2.2 各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

AHM-關(guān)聯(lián)分析模型需要對水土保持生態(tài)工程效益影響指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的設(shè)定，各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重直接反映對最后效益綜合評價(jià)指標(biāo)的影響程度，在模型計(jì)算中較為重要，模型結(jié)合組合賦值方法對各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的影響權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，確定不同指標(biāo)對水土保持生態(tài)工程的影響權(quán)重，指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果見表2。

從組合賦值模型計(jì)算結(jié)果可以看出，土壤侵蝕模數(shù)的權(quán)重在各個(gè)指標(biāo)影響權(quán)重值最大，1#工程點(diǎn)的土壤侵蝕模數(shù)為612 t/km2a-1，因此1#水土保持

表2 各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

工程點(diǎn)土壤侵蝕模數(shù)影響權(quán)重最小，為0.265，這是因?yàn)樗帘３止こ讨卫淼募礊閰^(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)，區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)越大，說明水土保持效益相對較弱，表中3#工程點(diǎn)的土壤侵蝕模數(shù)為432 t/km2a-1，在三個(gè)水土保持工程點(diǎn)中，土壤侵蝕模數(shù)最小，其經(jīng)過組合賦值法計(jì)算的權(quán)重也相對較少，從各個(gè)指標(biāo)權(quán)重值看出環(huán)境人口容納量影響權(quán)重最小，從模型計(jì)算情況可以表明環(huán)境人口容量影響對區(qū)域水土保持生態(tài)工程影響較小。區(qū)域治理率的權(quán)重值相對低于土壤侵蝕模數(shù)所占的權(quán)重。

2.2.3 各指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣的建立

在確定完各個(gè)指標(biāo)值的權(quán)重后，需要計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，AHM-關(guān)聯(lián)分析模型對各個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算如表3。

表3 各個(gè)指標(biāo)計(jì)算的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

在水土保持工程生態(tài)效益評價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣確定后，結(jié)合AHM-關(guān)聯(lián)分析的評價(jià)模型對各個(gè)水土保持工程點(diǎn)的生態(tài)效益進(jìn)行綜合評價(jià)，通過計(jì)算不同指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，按照關(guān)聯(lián)度高低進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，在計(jì)算不同指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度后，對水土保持生態(tài)工程效益的評價(jià)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表4和圖1。

表4 基于AHM-關(guān)聯(lián)分析模型的水土保持工程生態(tài)效益評價(jià)結(jié)果

圖1 基于AHM-關(guān)聯(lián)分析模型的水土保持工程生態(tài)效益評價(jià)圖

表1為采用AHM-關(guān)聯(lián)分析模型計(jì)算的區(qū)域水土保持工程生態(tài)效益評價(jià)結(jié)果，從表中可以看出，不同指標(biāo)計(jì)算的關(guān)聯(lián)度不同，土壤侵蝕模數(shù)和治理率的關(guān)聯(lián)度最大，這主要是和這兩個(gè)指標(biāo)的權(quán)重有關(guān)。在這兩個(gè)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算時(shí)，土壤侵蝕模數(shù)和治理率的權(quán)重較高。1#水土保持工程點(diǎn)土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算權(quán)重為0.265，其指標(biāo)關(guān)聯(lián)度為0.5156，2#水土保持點(diǎn)土壤侵蝕模數(shù)的權(quán)重值為0.289，指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度為0.5451，3#水土保持工程點(diǎn)土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算權(quán)重為0.301，其指標(biāo)關(guān)聯(lián)度為0.5342，從計(jì)算結(jié)果可以看出，指標(biāo)權(quán)重越大，其計(jì)算的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度也相對較大。這一點(diǎn)也同樣可以從水土保持工程點(diǎn)的治理率可以看出，1#水土保持工程點(diǎn)治理率的權(quán)重為0.247，2#水土保持工程點(diǎn)的治理率為0.221，3#水土保持工程點(diǎn)的治理率的權(quán)重為0.255，從治理率的權(quán)重可以看出，3#水土保持工程點(diǎn)治理率的關(guān)聯(lián)度最高為0.5342，2#水土保持工程點(diǎn)治理率的關(guān)聯(lián)度最低為0.5011?？梢姼鱾€(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度和指標(biāo)的權(quán)重相關(guān)度較高，這點(diǎn)也可以從圖1中看出，圖1中為各個(gè)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和模型綜合評價(jià)值得相關(guān)圖，指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度越高，對各個(gè)區(qū)域水土保持生態(tài)工程效益影響值越大。通過對各個(gè)指標(biāo)綜合權(quán)重分析可以看出，3#水土保持工程點(diǎn)生態(tài)效益評價(jià)值最大，為1.7295，2#水土保持工程點(diǎn)生態(tài)效益評價(jià)值最小，為1.4512。

3 結(jié)論

本文采用AHM-關(guān)聯(lián)分析模型，綜合6個(gè)評價(jià)指標(biāo)對遼寧西部水土保持工程的生態(tài)效益進(jìn)行評價(jià)，研究取得以下結(jié)論。

(1)AHM-關(guān)聯(lián)分析模型采用組合賦值方法對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，客觀反映各指標(biāo)值對水土保持工程生態(tài)影響度，可改變以往評價(jià)方法權(quán)重設(shè)置主觀性的局限;

(2)AHM-關(guān)聯(lián)分析模型可定量計(jì)算不同區(qū)域水土保持工程的生態(tài)效益值，評價(jià)指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)關(guān)聯(lián)度相關(guān)度較高，指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度較高的指標(biāo)，其生態(tài)效益評價(jià)值也較高，一般而言，土壤侵蝕和治理率權(quán)重高的區(qū)域，其生態(tài)效益評價(jià)值也較大。

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1672-2469(2016)08-0084-04

2016-06-01

馮珊珊(1982年—)，女，工程師。