基于層次-熵值組合方法的遼西水土流失治理效益綜合評估

張潔怡

(遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110003)

隨著流域水土流失治理力度的不斷加大，全國水土流失治理效益明顯，對于改善流域生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)都有明顯的促進(jìn)作用[1]。遼寧西部屬于水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域，從20世紀(jì)90年代開始，區(qū)域加大對流失水土流失的治理，水土流失程度得到明顯降低，區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到不同程度的改善[2]。近些年來，對于流域水土流失效益評估取得一定的研究成果[3-10]，但這些研究成果大都考慮水土流失治理效益指標(biāo)較為單一，對于水土流失治理綜合效益評估研究還較少，尤其是考慮生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)等3個方面效益綜合評估還未進(jìn)行研究。為提高區(qū)域水土流失治理效益評估的合理性，本文從別從生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)建水土流失治理效益綜合評估指標(biāo)，并結(jié)合在國內(nèi)應(yīng)用較好層次-熵值組合方法[11-15]，以遼西地區(qū)為具體實例，對其水土治理效益進(jìn)行綜合評估。研究成果對于流域水土流失治理效益綜合評估方法具有重要參考價值。

1 層次-熵值組合方法

按照層次-熵值組合方法首先需要對效益指標(biāo)進(jìn)行排序計算：

C1=(λmax-n)/(n-1)

(1)

式中，C1—不同效益指標(biāo)評估因子有效值；λmax—各效益指標(biāo)特征權(quán)重最大值；n—效益指標(biāo)評估個數(shù)。對各指標(biāo)在排序基礎(chǔ)上進(jìn)行熵值的計算：

R=(rij)m×n

(2)

式中，rij—各效益指標(biāo)權(quán)重值；m—評估指標(biāo)個數(shù)；n—效益分析層次。對各指標(biāo)進(jìn)行單一熵權(quán)計算基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合權(quán)重的分析：

(3)

其中：

(4)

式中，Hi—水土流失治理效益指標(biāo)綜合熵權(quán)值；fij—不同效益指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度；bij—效益指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，其效益指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方程為：

bij=(rmax-rij)/(rmax-rmin)

(5)

式中，rmax、rmin—最大、最小指標(biāo)綜合熵權(quán)值。對各指標(biāo)權(quán)重在標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上進(jìn)行計算：

(6)

式中，Wi—效益指標(biāo)權(quán)重。層次-熵值組合方法對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行組合計算：

(7)

式中，W1—組合指標(biāo)權(quán)重。

2 實例分析

2.1 工程概況

以遼西興城市三道溝項目區(qū)碾盤溝水土流失治理工程為實例，該工程是國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)東北黑土區(qū)水土流失重點治理工程。治理工程位于興城市堿廠鄉(xiāng)碾盤溝村，屬六股河流域，小流域總面積2713.24hm2，水土流失面積1739.5hm2，綜合治理水土流失面積1496.66hm2。治理工程于2011年5月開工建設(shè)，2014年6月建設(shè)完工，共分3年投資3年建設(shè)，2014年6月20日通過階段性驗收。實際完成治理水土流失面積為1420.88hm2，包括水平梯田2.07hm2，等高耕作571.60hm2，地埂植物帶45.91hm2，工程造林48.17hm2，一般造林166.82hm2，老果園改造24.03hm2，經(jīng)濟(jì)林2.44hm2，種草6.20hm2，封禁治理553.64hm2，谷坊75座，作業(yè)路3km。工程單位治理面積投資為20.39萬元/km2。

2.2 綜合效益評估指標(biāo)

分別從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會選取13個指標(biāo)進(jìn)行水土流失治理綜合效益評估指標(biāo)體系，各效益評估指標(biāo)見表1。

表1 水土流失治理綜合效益評估指標(biāo)

2.3 各指標(biāo)熵權(quán)值計算結(jié)果

在水土流失治理綜合效益評估的基礎(chǔ)上，對不同效益準(zhǔn)則層和目標(biāo)層進(jìn)行綜合熵權(quán)的計算，計算結(jié)果見表2。

表2 流域水土流失治理綜合效益指標(biāo)綜合熵權(quán)值

從流域水土流失治理綜合效益各指標(biāo)綜合熵權(quán)值計算結(jié)果可看出，社會和經(jīng)濟(jì)效益各指標(biāo)的綜合熵權(quán)值總體低于生態(tài)效益各指標(biāo)的綜合熵權(quán)值，對于流域水土流失治理而言，其生態(tài)效益下的土壤侵蝕模數(shù)、土壤保肥能力、土壤產(chǎn)水能力以及水土流失治理面積對于水土流失治理效益的關(guān)鍵所在，因此其4項指標(biāo)的綜合熵權(quán)值較高。

2.4 指標(biāo)關(guān)聯(lián)度分析

在社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益13項指標(biāo)綜合熵權(quán)值計算的基礎(chǔ)上，對不同效益目標(biāo)層選取的各個評估指標(biāo)按照層次-熵值分析方法對其關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析，各效益評估指標(biāo)關(guān)聯(lián)度見表3。

表3 不同效益指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

從各效益指標(biāo)關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果可看出，土壤侵蝕模數(shù)和土壤肥力對于水土流失治理生態(tài)效益而言其關(guān)聯(lián)度明顯高于其他指標(biāo)，而其他兩個生態(tài)效益評估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度相對較低。農(nóng)作物產(chǎn)量和人均農(nóng)作物產(chǎn)量對于水土流失治理經(jīng)濟(jì)效益而言其關(guān)聯(lián)度要高于其他指標(biāo)。土地退化減少率和土地生產(chǎn)率對于水土流失治理的社會效益而言其關(guān)聯(lián)度要高于土地生產(chǎn)率指標(biāo)。

2.5 單一指標(biāo)權(quán)重分析

采用專家賦分方法在各效益評估指標(biāo)關(guān)聯(lián)度分析基礎(chǔ)上對其單一權(quán)重進(jìn)行計算，各效益評估指標(biāo)單一權(quán)重值見表4。

表4 各效益指標(biāo)綜合權(quán)重值

從各效益評估指標(biāo)綜合權(quán)重值可看出，各指標(biāo)權(quán)重值和其指標(biāo)關(guān)聯(lián)度具有較好的相關(guān)性，關(guān)聯(lián)度越高的不同指標(biāo)之間，其單一權(quán)重較為接近。林草覆蓋率和土壤侵蝕模對于流域水土流失治理生態(tài)效益而言其單一權(quán)重值較大，林業(yè)產(chǎn)值和勞動生產(chǎn)率對于流域水土流失治理的經(jīng)濟(jì)效益而言其指標(biāo)權(quán)重要高于其他經(jīng)濟(jì)效益評估指標(biāo)。土地生產(chǎn)率對于水土流失治理社會效益而言其指標(biāo)權(quán)重值最大，其對水土流失治理的社會效益影響較大。

2.6 組合權(quán)重計算

在各效益評估指標(biāo)單一權(quán)重分析的基礎(chǔ)上，對興城水土流失治理工程按照層次-熵值分析方法進(jìn)行組合權(quán)重的計算，各效益評估指標(biāo)的組合權(quán)重值見表5。

表5 各效益評指標(biāo)權(quán)重組合值

從水土流失治理的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益指標(biāo)組合權(quán)重計算結(jié)果可看出，相比于單一權(quán)重值，組合指標(biāo)權(quán)重可綜合考慮不同目標(biāo)層指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，相比采用單一權(quán)重分析方法，此方法設(shè)定的各指標(biāo)權(quán)重更為合理。

2.7 綜合效益評估

采用層次-熵值分析方法對，對興城水土流失治理工程進(jìn)行綜合效益評估，不同效益評估結(jié)果見表6—8。

表6 生態(tài)效益評估

表7 經(jīng)濟(jì)效益評估

表8 社會效益評估

從水土流失治理的生態(tài)效益而言，其土壤產(chǎn)水能力效益評估低于其他4個指標(biāo)，對于流域水土流失治理后，由于土壤蓄水能力的提升，其土壤產(chǎn)水能力相比降低，因此其效益評估值要低于其他生態(tài)效益評估指標(biāo)。而從水土流失治理的經(jīng)濟(jì)效益評估結(jié)果可看出，相比于其他評估指標(biāo)林業(yè)產(chǎn)值的效益評估值最低，流域水土流失治理后林地覆蓋率增加使得其林業(yè)產(chǎn)值也所降低，因此其對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益而言，影響程度較低。從水土流失治理各效益指標(biāo)評估結(jié)果可看出，農(nóng)村人口比例的評估結(jié)果低于土地退化率和土地生產(chǎn)率，水土流失治理后，流域生態(tài)環(huán)境得到改善，一定程度增加水土流失治理的社會效益評估值?？傮w而言，對于流域水土流失治理各類效益而言，生態(tài)效益>社會效益>經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

(1)在進(jìn)行綜合效益評估時，要對效益評估關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行野外現(xiàn)場測定，如生態(tài)效益中的土壤侵蝕模數(shù)以及土壤保肥力，經(jīng)濟(jì)效益中人均農(nóng)作物產(chǎn)量以及農(nóng)村人均收入，社會效益中土地退化減少率，通過結(jié)合野外現(xiàn)場測定上述指標(biāo)，可對流域水土流失治理效益實際情況有較為客觀的表征。

(2)土壤侵蝕模數(shù)和土壤肥力的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度高于0.6，在計算綜合熵權(quán)值時其特征值可取最大值，而對于經(jīng)濟(jì)效益而言，對農(nóng)作物產(chǎn)量和人均農(nóng)作物產(chǎn)量取其指標(biāo)熵權(quán)的最大特征值。

(3)本文水土流失治理社會效益評估指標(biāo)相對較少，在后續(xù)研究中還應(yīng)對其社會效益評估指標(biāo)進(jìn)行深入研究，豐富其評價指標(biāo)，增加水土流失治理社會效益評估的可靠度。