水源保護(hù)區(qū)清潔小流域治理評(píng)價(jià)體系與應(yīng)用

尤瑜策

（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325300）

評(píng)價(jià)是生態(tài)小清潔小流域治理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法很多，如專家評(píng)分法、層次分析法等，但采用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：①水源保護(hù)區(qū)生態(tài)小流域治理是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)方法難以提供科學(xué)全面的管理決策；②水源保護(hù)區(qū)生態(tài)小流域多維特性迥異多變，傳統(tǒng)方法難以適應(yīng)評(píng)價(jià)的需要；③隨著生態(tài)清潔小流域治理工程數(shù)量的增加，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的效率較低且不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用；④隨著生態(tài)清潔小流域治理研究的不斷深入，傳統(tǒng)的方法也不利于研究成果的應(yīng)用與推廣。因此，基于以上原因，目前急需建立一個(gè)科學(xué)和合理的評(píng)價(jià)體系，選取合理的評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)方法，并依托計(jì)算機(jī)技術(shù)編制評(píng)價(jià)軟件，以解決上述問(wèn)題。

近年來(lái)很多專家學(xué)者通過(guò)運(yùn)用可拓評(píng)價(jià)理論［1］，開(kāi)展分析不同的自然因素和人類活動(dòng)對(duì)流域的影響情況，對(duì)流域治理開(kāi)發(fā)進(jìn)行有效評(píng)估，進(jìn)而為人類有效治理開(kāi)放流域積累經(jīng)驗(yàn)。胡寶清［2］將可拓工程方法引入到水資源評(píng)價(jià)中。張洪波等［3］運(yùn)用了多指標(biāo)參數(shù)的評(píng)定模型來(lái)完整地反映地區(qū)的承載力水平，采用非對(duì)稱貼近度和粗集權(quán)重來(lái)改進(jìn)可拓評(píng)價(jià)模型。李祚泳［4］評(píng)述了近10年來(lái)隨機(jī)集、模糊集、灰色系統(tǒng)、混沌理論、子波分析、物元可拓集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和投影尋蹤等多種新理論和新技術(shù)應(yīng)用于水文水資源及水環(huán)境領(lǐng)域研究取得的若干成果。陳南祥等［5］引入改進(jìn)的可拓方法——最大貼近度法，并用熵值法確定權(quán)重系數(shù)，避免了權(quán)重系數(shù)確定過(guò)程中的主觀性，由此提出了熵權(quán)可拓模型。張龍?jiān)频龋?］以價(jià)值理論為基礎(chǔ)，將物元可拓法、模糊數(shù)學(xué)法、層次分析法等有機(jī)結(jié)合，提出了水資源價(jià)值評(píng)價(jià)方法。上述研究為可拓評(píng)價(jià)理論引入水利工程的評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)，也適合水源保護(hù)區(qū)清潔小流域治理這種多目標(biāo)多維度的復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。筆者將重點(diǎn)論述可拓評(píng)價(jià)方法在該領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用。

1 建立指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

1.1 現(xiàn)狀分析

評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選和指標(biāo)體系構(gòu)造的過(guò)程本身就是流域治理發(fā)展研究的一部分，我國(guó)學(xué)者對(duì)水土保持效益評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量研究，提出了不同的指標(biāo)體系。當(dāng)前小流域治理很多因素在已有的規(guī)范和導(dǎo)則中指標(biāo)體系中沒(méi)有綜合體現(xiàn)，因此水源保護(hù)區(qū)生態(tài)清潔小流域治理評(píng)價(jià)體系指標(biāo)應(yīng)充分調(diào)研基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建［7-8］。

1.2 構(gòu)建原則［9］

1.2.1 系統(tǒng)性

各評(píng)價(jià)指標(biāo)及其所反映的效益特征之間應(yīng)存在內(nèi)在聯(lián)系，相互聯(lián)系的指標(biāo)體系才能全面反映生態(tài)清潔小流域建設(shè)的綜合效益。

1.2.2 科學(xué)性

指標(biāo)應(yīng)建立在一定的科學(xué)理論基礎(chǔ)之上客觀存在的，能反映治理措施在時(shí)間、空間上的變化特征和水平，反映流域各項(xiàng)治理措施實(shí)施后直接和間接效益。

1.2.3 層次性

各項(xiàng)效益應(yīng)分別用眾多指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)度，最終用來(lái)綜合描述生態(tài)清潔小流域建設(shè)成效。

1.2.4 可比性

所選擇的指標(biāo)應(yīng)充分考慮治理的階段性，使指標(biāo)既有縱向的連續(xù)性，又有不同流域建設(shè)效益的橫向可比性。

1.2.5 可操作性

指標(biāo)要具有可測(cè)性、可比性和可能性，易于量化，指標(biāo)的設(shè)置盡可能簡(jiǎn)潔明了，避免繁雜。

2 可拓模型研究

2.1 可拓關(guān)系物元模型的建立

2.1.1 小流域生態(tài)評(píng)價(jià)模型

水源保護(hù)區(qū)生態(tài)清潔小流域治理 （以下簡(jiǎn)稱為“小流域生態(tài)”）評(píng)價(jià)模型不僅包含了多目標(biāo)評(píng)價(jià)參數(shù)的耦合關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系和矛盾關(guān)系，還需要通過(guò)定性定量相結(jié)合的理論［11］，反映出這種關(guān)系。關(guān)系物元基本模型如圖1。

圖1 關(guān)系物元基本模型

2.1.2 小流域生態(tài)治理評(píng)價(jià)參數(shù)模型

在人類越來(lái)越關(guān)注綠色發(fā)展的大背景下，生態(tài)指標(biāo)具有可執(zhí)行性，如生活污水處理率就對(duì)水體處理、檢測(cè)等方法做出嚴(yán)格規(guī)定，但是提高污水的處理率又可能會(huì)減少蓄水效益。傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)模型中只對(duì)不同指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重，通過(guò)得到指標(biāo)的綜合量值區(qū)分某一流域的治理水平是否達(dá)標(biāo)。但這種評(píng)價(jià)并沒(méi)有權(quán)重的動(dòng)態(tài)變化和指標(biāo)間的矛盾消解辦法。將上述指標(biāo)體系采用關(guān)系物元模型表示，如圖2。

圖2 關(guān)系物元小流域生態(tài)評(píng)價(jià)模型

本文采用關(guān)系物元間的關(guān)聯(lián)權(quán)重定義方法，建立不同物元屬性下（量綱可不同）的關(guān)聯(lián)關(guān)系。綜合考慮賦分值c和關(guān)聯(lián)權(quán)重值k，即將二者進(jìn)行和積計(jì)算，計(jì)算結(jié)果歸一化后，按照分?jǐn)?shù)判斷該工程所處等級(jí)L。

L=sum（c×k）

2.2 關(guān)聯(lián)權(quán)重確定方法

如果某一指標(biāo)屬于設(shè)定的權(quán)重區(qū)間，則該工程能夠評(píng)價(jià)其優(yōu)劣程度，但往往有些工程的綜合權(quán)重值處于界定區(qū)間的邊緣，則很難界定其等級(jí)。所以采用3種權(quán)重確定方法，試圖得到理想生小流域生態(tài)與現(xiàn)實(shí)小流域生態(tài)的偏離程度。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)差法

考慮到屬性值存在區(qū)間和數(shù)值的情況，以關(guān)聯(lián)函數(shù)值作為度量指標(biāo)，在計(jì)算出可拓距基礎(chǔ)上，計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，從而確定屬性的權(quán)重，如式（1）：

式中 si為第i個(gè)屬性相似度的標(biāo)準(zhǔn)差；n為屬性的個(gè)數(shù)。

假設(shè)用區(qū)域生態(tài)模式中有m個(gè)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例具有n個(gè)影響因子，將各個(gè)影響因子歸一化處理，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出關(guān)聯(lián)函數(shù)值如式（2），標(biāo)準(zhǔn)差如式（3），再進(jìn)行和積計(jì)算：

2.2.2 關(guān)聯(lián)度法

設(shè)x0為實(shí)數(shù)域中的任一點(diǎn)， 與X0∈＜a，b＞實(shí)數(shù)域上的任一區(qū)間之距為ρ（x，X0）。其中＜a，b＞既可是開(kāi)區(qū)間，也可以是閉區(qū)間，還可以是半開(kāi)半閉區(qū)間。

一般地，設(shè)X0∈＜a，b＞，X∈＜c，d＞，且X0∈X，則點(diǎn)x關(guān)于區(qū)間X0和X組成的區(qū)間套的位置規(guī)定為:

D（x，x0，X0）描述了點(diǎn)x0與X0和X組成地區(qū)間套的位置關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，建立了關(guān)聯(lián)函數(shù)：

其中X0∈X，且無(wú)公共點(diǎn)用于計(jì)算點(diǎn)和區(qū)間套的關(guān)聯(lián)程度。

式（5）的關(guān)聯(lián)度k（x）取值在（-∞，+∞）之間。當(dāng)X0和X取相同的區(qū)間時(shí)，k（x）在（0，1）間取值，這時(shí)的關(guān)聯(lián)度表征著x與標(biāo)準(zhǔn)取值區(qū)間X0的關(guān)聯(lián)程度。就可以將k（x）的值作為綜合評(píng)判的權(quán)重。進(jìn)而根據(jù)關(guān)聯(lián)權(quán)重值k決定該物元與理想物元的相容程度。

當(dāng)k＜0，表示兩物元處于相斥關(guān)系；當(dāng)k=0，表示兩物元處于相容關(guān)系；當(dāng)k＞0，表示兩物元處于關(guān)聯(lián)關(guān)系。

對(duì)不同小流域生態(tài)工程進(jìn)行滿意度調(diào)查，可以最大限度地得到整個(gè)工程對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦挠绊懗潭?，從而?duì)該工程進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

2.3 評(píng)價(jià)流程

建立了小流域生態(tài)指標(biāo)的關(guān)系物元模型后，既可對(duì)候選區(qū)域生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行可拓綜合評(píng)價(jià)，其具體流程如圖3。

圖3 評(píng)價(jià)流程

3 案例分析

3.1 安吉縣杭垓清潔小流域治理工程

該工程位于杭垓鎮(zhèn)南側(cè)，小流域內(nèi)溪流主要河道為唐舍港，下游為賦石水庫(kù)，總面積49.55km2，現(xiàn)有水土流失面積5.94km2。2009年作為生態(tài)清潔小流域建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目開(kāi)展治理。治理工程主要包括水土流失綜合治理、生態(tài)修復(fù)工程、河道綜合整理工程、人居環(huán)境綜合整治工程、生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)工程、植物緩沖帶建設(shè)工程、生態(tài)移民工程、監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工程等。

3.2 諸暨市孝四溪清潔小流域治理工程

該工程位于諸暨市以東的東白山麓，地處陳蔡水庫(kù)上游，流域面積39.26km2。孝四溪小流域?qū)儆谒η治g為主的類型區(qū)。水土流失面積16.66km2，占土地總面積的42.44%。治理措施包括小流域治理、生態(tài)修復(fù)工程、河道綜合治理工程、人居環(huán)境綜合整治工程、生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)工程、面源污染治理工程等。

3.3 永康市舟山溪清潔小流域治理工程

該工程位于永康市東南的舟山鎮(zhèn)境內(nèi)，地處楊溪水庫(kù)上游，流域面積50.71km2。小流域?qū)儆谒η治g為主的類型區(qū)。水土流失面積14.28km2，占土地總面積的28.16%。治理措施主要分生態(tài)修復(fù)區(qū)采取封育治理和管護(hù)兩項(xiàng)措施；生態(tài)治理區(qū)采取低丘紅壤治理、退耕還林還草、廢棄礦山開(kāi)采裸露面治理、節(jié)水灌溉與坡面水系調(diào)整工程、垃圾處置、污水處理、農(nóng)村人居環(huán)境整治、生態(tài)農(nóng)業(yè)等八項(xiàng)措施；生態(tài)保護(hù)區(qū)采取河道生態(tài)護(hù)岸、修建攔沙曝氣壩、清污清淤等措施；建設(shè)人工濕地等措施。

3個(gè)工程的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)如表1。

表1 小流域生態(tài)模式原始信息

續(xù)表1

3.4 指標(biāo)體系權(quán)重計(jì)算

3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)差法

標(biāo)準(zhǔn)差法計(jì)算小流域生態(tài)模式指標(biāo)權(quán)重如表2。

表2 小流域生態(tài)模式指標(biāo)權(quán)重

代入式 （3），得出小流域生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差權(quán)重：0.320，0.359，0.320。

3.4.2 關(guān)聯(lián)權(quán)重計(jì)算

為了對(duì)小流域生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，先確定在各個(gè)指標(biāo)上對(duì)管理模式的期望要求。例如，水土流失治理程度C32是取值為有限區(qū)間的增益型指標(biāo)，用戶要求值為［60%，100%］，而候選段為［60%，75%］，因此土地利用率的經(jīng)典域X0為［60%，75%］，節(jié)域X為［60%，100%］。

建立不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的經(jīng)典域和節(jié)域如表3。

表3 指標(biāo)經(jīng)典域和節(jié)域

利用式（4）通過(guò)節(jié)點(diǎn)域的上下邊界和期望值，得到每個(gè)指標(biāo)變量的最優(yōu)值如表4。綜合權(quán)重為0.520，0.292，0.188。

表4 被測(cè)流域評(píng)價(jià)指標(biāo)分布情況

3.4.3 滿意度

通過(guò)對(duì)流域附近村民進(jìn)行調(diào)查小流域生態(tài)指標(biāo)的滿意度情況，具體調(diào)查數(shù)據(jù)如表5。

表5 不同工程的滿意度評(píng)價(jià)值

從表5可看出，對(duì)工程2的評(píng)價(jià)較一致，綜合計(jì)算得到最終滿意度歸一化后，得到最后權(quán)重為0.33，0.33，0.33。

通過(guò)采用3種方法計(jì)算權(quán)重得到不同指標(biāo)的權(quán)重，如表6。

表6 各工程綜合權(quán)重

由表6可看出，安吉抗核清潔小流域治理工程在三類評(píng)價(jià)中綜合占優(yōu)，因此可作為一種推廣模式。而從關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)上看，該工程能較好地考慮到各個(gè)指標(biāo)的相容度，表明該指標(biāo)在執(zhí)行過(guò)程中具備較強(qiáng)的兼容性，因此也具有很強(qiáng)的參考意義。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)將多目標(biāo)因素建立成關(guān)系物元的形式，直觀地反映沖突，有利于計(jì)算機(jī)表達(dá)和計(jì)算，為開(kāi)發(fā)相應(yīng)的軟件提供了理論基礎(chǔ)。

（2）能夠?qū)⒁恍┧剖嵌堑囊蛩丶右詤^(qū)分，并利用關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算方法，在臨界閾值上加以界定，避免了因?yàn)橐恍┪⑿^(qū)別而產(chǎn)生的判斷誤區(qū)。

（3）通過(guò)建立三維權(quán)重判別方法，即單純數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)角度、沖突數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系角度，以及群眾的主觀滿意度角度，進(jìn)行評(píng)價(jià)，擇優(yōu)確定最優(yōu)工程的模式。

（4）通過(guò)基于關(guān)系物元的可拓評(píng)價(jià)能綜合分析可平衡小生態(tài)流域各方面的權(quán)重影響，找到不同特征間的聯(lián)系，從而得到客觀結(jié)論。