王克勤， 趙 輝， 高天天， 王巖松， 黨維勤

(1.西南林業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 云南 昆明 650224； 2.水利部 水土保持監(jiān)測中心， 北京 100055；

3.水利部 松遼水利委員會， 吉林 長春 130021； 4.黃河水利委員會 綏德水土保持科學(xué)試驗站， 陜西 綏德， 718000)

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生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響等級劃分

王克勤1， 趙 輝2， 高天天1， 王巖松3， 黨維勤4

(1.西南林業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 云南 昆明 650224； 2.水利部 水土保持監(jiān)測中心， 北京 100055；

3.水利部 松遼水利委員會， 吉林 長春 130021； 4.黃河水利委員會 綏德水土保持科學(xué)試驗站， 陜西 綏德， 718000)

摘要：[目的] 研究生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響等級，為生產(chǎn)建設(shè)項目全新分類管理模式的建立提供基礎(chǔ)依據(jù)。[方法] 從全國8個水土保持區(qū)劃一級區(qū)31類生產(chǎn)建設(shè)項目中篩選出2 227個項目，采用專家咨詢法和模糊聚類分析法，將各項目劃分為5個等級:1級為輕微程度水土流失危害、2級為較輕微程度水土流失危害、3級為一般程度水土流失危害、4級為嚴(yán)重程度水土流失危害、5級為極嚴(yán)重程度水土流失危害。[結(jié)果] 在研究中涉及到的行業(yè)類別中，水土流失危害程度如下：公路行業(yè)、鐵路行業(yè)、露天礦工程、林漿紙一體化工程屬于5級；機(jī)場工程、核電站工程、水利樞紐工程、水電站工程、工業(yè)園項目工程屬于4級；涉水交通行業(yè)、風(fēng)電行業(yè)、引調(diào)水工程、井采礦工程、油氣開采工程、軌道交通工程、農(nóng)林開發(fā)工程、火電行業(yè)屬于3級；灌區(qū)工程、堤防工程、蓄滯洪區(qū)工程、其他小型水利工程、油氣儲存與加工工程、管網(wǎng)工程、加工制造行業(yè)、輸變電工程屬于2級；房地產(chǎn)工程、其他類城建工程、社會事業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、其他行業(yè)屬于1級。[結(jié)論] 由于本研究水土保持分類研究數(shù)據(jù)來源可靠，因此所劃分的生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響等級可以較為準(zhǔn)確地反映各行業(yè)的水土流失潛在危險。

關(guān)鍵詞：水土流失; 生產(chǎn)建設(shè)項目; 影響等級

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，綜合國力不斷增強(qiáng)，與此同時，區(qū)域資源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)、礦產(chǎn)資源開發(fā)、交通工程建設(shè)等生產(chǎn)建設(shè)項目造成的大量水土流失也成為人們關(guān)注的重點問題。在不同生產(chǎn)建設(shè)項目中，不僅引起水土流失的方式、強(qiáng)度等方面存在較大差異，同時在擾動地表面積、損壞植被面積、土石方挖填總量、永久棄渣量等方面也有明顯不同。由于生產(chǎn)建設(shè)項目造成的水土流失情況復(fù)雜，難以用統(tǒng)一的防治標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)進(jìn)行防治，其產(chǎn)生的危害嚴(yán)重影響著社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

我國對水土保持方案的審查、審批程序、方式、內(nèi)容[1]，對水土保持方案的法律地位、項目建議階段、可行性研究階段、設(shè)計施工及竣工驗收階段、水土保持方案管理的程序與要求[2-4]，對開發(fā)建設(shè)項目水土保持設(shè)施竣工驗收應(yīng)具備的條件、驗收范圍與內(nèi)容、驗收標(biāo)準(zhǔn)、驗收權(quán)限、驗收過程、竣工驗收程序[3,5]等多方面進(jìn)行了探討和研究。同時，我國學(xué)者也針對生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)督管理中存在的問題進(jìn)行了剖析，主要集中于生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)服務(wù)滯后、開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案未進(jìn)行分級管理、水土保持監(jiān)督管理不規(guī)范、水土保持執(zhí)法力度和宣傳力度不強(qiáng)等方面[6-8]。

世界各國在開發(fā)建設(shè)項目的水土保持管理方面雖有不同，但積累了大量的經(jīng)驗。美國除了聯(lián)邦法律外，各州和縣也可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶攸c立法或?qū)β?lián)邦法進(jìn)行補(bǔ)充，以有效地保護(hù)水土資源[9]；英國學(xué)者David L. Higgitt以地中海氣候為背景，倡導(dǎo)水資源和土地可持續(xù)利用的市場控制，指出政策法規(guī)在土地可持續(xù)利用中的決定性作用[10]；澳大利亞學(xué)者Harvey N提出所有上報的項目都應(yīng)該滿足所有合法的要求并對環(huán)境管理持續(xù)地作出貢獻(xiàn)[11]。日本對水土保持的執(zhí)法效果尤其突出，每年由各都道府縣批準(zhǔn)的水土保持許可達(dá)6000多件，這些許可的審查發(fā)放有效地保護(hù)了水土、植被資源，減少了土砂災(zāi)害[12]。

除此之外，基層單位還可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，單獨制定各地方法律，如《沖繩縣赤土流出防止條例》[13]。

為加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項目的水土保持科學(xué)管理，根據(jù)水土流失影響程度進(jìn)行分類管理是非常有必要的。以往的研究大多集中于水土保持方案編報審批程序、方案編制質(zhì)量、水土保持監(jiān)督執(zhí)法、水土保持設(shè)施驗收程序標(biāo)準(zhǔn)管理等方面，有關(guān)項目分類的研究較少?！渡a(chǎn)建設(shè)項目水土保持準(zhǔn)入條件研究》雖然涉及到了項目分類，但并沒有考慮區(qū)域特點，且分類應(yīng)用僅限于審查和審批等準(zhǔn)入環(huán)節(jié)，而在水土保持其他管理環(huán)節(jié)上尚未起到明顯作用。

為提高分類管理的科學(xué)性，本研究根據(jù)不同行業(yè)類別、工程規(guī)模特性、水土流失狀況等多重影響因素并結(jié)合區(qū)域敏感性，以模糊聚類法和專家咨詢法等方法，對生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響進(jìn)行等級劃分，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水土保持分類管理，提高水土保持工作的科學(xué)合理性和可操作性，為生產(chǎn)建設(shè)項目全新分類管理模式的建立提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1研究對象與研究方法

生產(chǎn)建設(shè)項目種類繁多，本項研究選擇的均為與水土保持密切相關(guān)的項目，即項目在建設(shè)、生產(chǎn)過程中易引發(fā)水土流失，項目的建設(shè)對區(qū)域水土資源及生態(tài)環(huán)境有一定影響。

本研究對象涵蓋了全國8個水土保持區(qū)劃一級區(qū)的17大類(31小類)生產(chǎn)建設(shè)項目，包括公路，鐵路，涉水交通，機(jī)場，電力行業(yè)(火電、核電、輸變電、風(fēng)電)，水利(水利樞紐、灌區(qū)、引調(diào)水、堤防、蓄滯洪區(qū)、其他小型水利)，水電，礦山(井采、露天)，油氣(開采、管道、儲存與加工)，城建(軌道交通，管網(wǎng)，房地產(chǎn)，工業(yè)園區(qū)，其他類城建)，林漿紙一體化，農(nóng)林開發(fā)，加工制造廠，社會事業(yè)，信息產(chǎn)業(yè)。由于每類項目建設(shè)規(guī)模不同，產(chǎn)生的水土流失影響也相差較大，因此每類項目包含了大型項目和中小型項目?？傆嫼Y選出2 227個項目，其中國家級389項、省級1 077項、地(州、市)級563項、縣(區(qū)、市)級198項，數(shù)據(jù)的選取不僅覆蓋了幾乎所有與水土保持有關(guān)的生產(chǎn)建設(shè)項目，而且針對每類項目本身規(guī)模大小和水土流失影響特性等方面也進(jìn)行了仔細(xì)的篩選，盡量選取具備代表性的項目，使研究能夠反映生產(chǎn)建設(shè)項目對水土流失影響的普遍情況。

為有效保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，本研究從不同水土保持區(qū)劃一級區(qū)、不同行業(yè)、不同規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案中選取與水土流失影響密切相關(guān)的數(shù)據(jù)。主要包括： (1) 擾動地表面積(永久占地和臨時占地)； (2) 損壞植被面積； (3) 土石方挖填總量； (4) 永久棄渣量； (5) 建設(shè)總工期； (6) 新增水土流失量； (7) 水土保持投資強(qiáng)度； (8) 是否涉及國家、省、市、縣預(yù)防保護(hù)區(qū)； (9) 地貌類型(山區(qū)、丘陵、風(fēng)沙、平原)； (10) 防治責(zé)任范圍面積； (11) 水土保持區(qū)劃一級區(qū)； (12) 項目審批部門； (13) 水土流失生態(tài)不可恢復(fù)度。

本文采用專家咨詢法，分析確定了9類影響指標(biāo)對生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失貢獻(xiàn)率的權(quán)重值[14]。以模糊聚類法劃分水土流失影響程度等級。用SPASS 13.0軟件進(jìn)行模糊聚類分析。

聚類分析是把一個沒有類別標(biāo)識的樣本集按某種準(zhǔn)則劃分成若干個子集，使相似的樣本盡可能歸為一類，而不相似的樣本盡量劃分到不同的類中。最常用的模糊聚類分析方法是基于模糊關(guān)系的聚類分析方法，而作為其中核心步驟的模糊分類，有模糊傳遞閉包法、直接聚類法、最大樹法和編網(wǎng)法。本研究主要采用模糊傳遞閉包法。

設(shè)被分類對象的集合為X={x1,x2,…,xn}，每一個對象xi有m個特性指標(biāo) (反映對象特征的主要指標(biāo))，即xi可由如下m維特性指標(biāo)向量來表示：

xi={xi1,xi2,…,xim}(i=1, 2,…,n)

式中：xij——第i個對象的第j個特性指標(biāo)。則n個對象的所有特性指標(biāo)構(gòu)成一個矩陣，記作X*=(xij)n×m，稱X*為X的特性指標(biāo)矩陣。

2結(jié)果與分析

2.1　樣品特征變量

經(jīng)對2 227個31類項目的資料進(jìn)行匯總，取得了生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持分類數(shù)據(jù)庫，所包含的數(shù)據(jù)指標(biāo)有：擾動地表面積、損壞植被面積、土石方挖填總量、永久棄渣量、建設(shè)總工期、新增水土流失量、水土保持投資強(qiáng)度、涉及預(yù)防保護(hù)區(qū)綜合指數(shù)、地貌類型綜合指數(shù)等(表1)，其中涉及的預(yù)防保護(hù)區(qū)綜合指數(shù)是根據(jù)項目是否涉及國家、省、市、縣水土流失重點預(yù)防保護(hù)區(qū)進(jìn)行平均，屬于預(yù)防保護(hù)區(qū)的項目該指標(biāo)賦值為0.3，不屬于預(yù)防保護(hù)區(qū)的項目該指標(biāo)賦值為0；地貌類型綜合指數(shù)是根據(jù)項目所屬地貌類型(山區(qū)—丘陵—風(fēng)沙—平原)進(jìn)行平均，屬于山區(qū)地貌類型的項目該指標(biāo)賦值為0.6，屬于丘陵地貌類型的項目該指標(biāo)賦值為0.4，屬于風(fēng)沙地貌類型的項目該指標(biāo)賦值為0.4，屬于平原地貌類型的項目該指標(biāo)賦值為0.2。由于篇幅所限，這里不能列出所有樣本項目的數(shù)據(jù)庫，僅列出了每一類項目的平均值供參考，聚類分析計算時使用單一樣本的數(shù)據(jù)庫，不使用平均值。

在用統(tǒng)計方法研究多變量問題時，變量太多會增加計算量和增加分析問題的復(fù)雜性，人們希望在進(jìn)行定量分析的過程中，涉及的變量較少，得到的信息量較多。生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失程度等級的劃分也應(yīng)注重對主要特征指標(biāo)的選取。本研究主要采用主成分分析法，旨在利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個主要成分，確定以主要成分的貢獻(xiàn)率構(gòu)建一個綜合指標(biāo)，并以此作出分析評判。

主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換的方法，它把給定的一組相關(guān)變量通過線性變換轉(zhuǎn)成另一組不相關(guān)的變量，這些新的變量按照方差依次遞減的順序排列。在數(shù)學(xué)變換中保持變量的總方差不變，使第一變量具有最大的方差，稱為第一主成分，第二變量的方差次大，并且和第一變量不相關(guān)，稱為第二主成分。依次類推。

本項研究從多個指標(biāo)中選擇出擾動地表面積、土石方挖填總量、永久棄渣量、新增水土流失量和水土流失生態(tài)影響不可恢復(fù)度5個主成分采用模糊聚類法進(jìn)行處理分析。5個主成分中，經(jīng)專家咨詢、分析、計算，最終確定各主成分的權(quán)重：擾動地表面積權(quán)重取0.1,土石方挖填總量取0.25,永久棄渣量取0.15,新增水土流失量取0.1,水土流失生態(tài)影響不可恢復(fù)度取0.4，經(jīng)各主成分標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果加權(quán)求和后采用聚類分析。

2.2　模糊聚類

2.2.1指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和定性指標(biāo)的賦值由于所選項目水土保持指標(biāo)數(shù)據(jù)量綱不同，有多種計量單位，在進(jìn)行分析計算時，首先對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

對特性指標(biāo)矩陣X*的第j列，計算均值和方差，然后作變換：

分別對數(shù)據(jù)庫中的擾動地表面積、損壞植被面積(單位擾動面積的損壞植被狀況)、土石方挖填總量(單位擾動面積的土石方挖填量)、永久棄渣量(單位擾動面積的永久棄渣量)、項目建設(shè)總工期、新增水土流失量(單位擾動面積的新增水土流失量)、水土保持投資強(qiáng)度共計7個指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果數(shù)據(jù)從略)。

除對上述7個定量指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算外，本次研究尚有兩個定性指標(biāo)(預(yù)防保護(hù)區(qū)綜合指數(shù)、地貌類型指數(shù))按前述賦值方法賦值。

表1　生產(chǎn)建設(shè)項目主要水土保持指標(biāo)平均值

2.2.2構(gòu)建模糊相似矩陣聚類是按某種標(biāo)準(zhǔn)來鑒別X中元素間的接近程度，把彼此接近的對象歸為一類。為此，用[0,1]中的數(shù)rij表示X中的元素xi與xj的接近或相似程度。經(jīng)典聚類分析中的相似系數(shù)以及模糊集之間的貼近度，都可作為相似程度(相似系數(shù))。

另外，消費者面對不公平交易要有質(zhì)疑精神、維權(quán)意識。是非不說不清，道理不辯不明。輿論關(guān)注也好、對簿公堂也罷，最終目的不僅是維護(hù)自身權(quán)益，也是為了推動社會治理的完善。

設(shè)數(shù)據(jù)xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)均已標(biāo)準(zhǔn)化，xi=(xi1,xi2,…,xim)與xj=(xj1,xj2,…,xjm)之間的相似程度記為rij∈[0,1]，于是得到對象之間的模糊相似矩陣R=(rij)n×n。

利用對象xi與xj的距離也可以確定它們的相似程度rij，這是因為d(xi,xj)越大，rij就越小。一般地，取rij=1-c〔d(xi,xj)〕a，其中c和a是兩個適當(dāng)選取的正數(shù)，使rij∈[0,1]。在實際應(yīng)用中，常采用如下的距離來確定rij。

(Chebyshew)

(Euclid)

(Hamming)

(p≥1，Minkowski)

2.2.3模糊聚類由上述各種方法構(gòu)造出的對象與對象之間的模糊關(guān)系矩陣R=(rij)n×n，一般說來只是一個模糊相似矩陣，而不一定具有傳遞性。因此，要從R出發(fā)構(gòu)造一個新的模糊等價矩陣，然后以此模糊等價矩陣作為基礎(chǔ)，進(jìn)行動態(tài)聚類。

如上所述，模糊相似矩陣R的傳遞閉包t(R)就是一個模糊等價矩陣。以t(R)為基礎(chǔ)而進(jìn)行分類的聚類方法稱為模糊傳遞閉包法。

對于xi,xj∈X，若rij′(λ)=1, 則在λ水平上將對象xi和對象xj歸為同一類。

為了能直觀地看到被分類對象之間的相關(guān)程度，通常將t(R)中所有互不相同的元素按從大到小的順序編排：1=λ1>λ2>…，得到按t(R)λ進(jìn)行的一系列分類。將這一系列分類畫在同一個圖上，即得動態(tài)聚類圖(圖1)。

圖1　生產(chǎn)建設(shè)項目動態(tài)聚類結(jié)果

2.3　水土流失影響程度等級體系的建立

對模糊聚類分析結(jié)果進(jìn)行分析，將生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響程度等級體系劃分采用5級制：1級為輕微程度水土流失危害，2級為較輕微程度水土流失危害，3級為一般程度水土流失危害，4級為嚴(yán)重程度水土流失危害，5級為極嚴(yán)重程度水土流失危害。31個行業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響程度等級具體見表2。

表2　生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響程度等級劃分

注：①露天礦工程包括露天金屬礦非金屬礦和煤礦； ②井采礦工程包括井采金屬礦、非金屬礦和煤礦； ③社會事業(yè)包括教育、衛(wèi)生、文化、廣電、旅游等； ④信息產(chǎn)業(yè)包括電信、郵政等。

3結(jié) 論

本研究水土保持分類研究數(shù)據(jù)的收集均是建立在生產(chǎn)建設(shè)項目開展前期工作設(shè)計立項階段，在工程進(jìn)入后續(xù)階段時數(shù)據(jù)可能會有一些變化，但本次研究就是生產(chǎn)建設(shè)項目在開展前期工作設(shè)計立項階段的水土保持分類，因此完全能夠滿足該階段分析、評定的要求。

(1) 本文將31類生產(chǎn)建設(shè)項目劃分為5個水土流失影響等級：1級為輕微程度水土流失危害，2級為較輕微程度水土流失危害，3級為一般程度水土流失危害，4級為嚴(yán)重程度水土流失危害，5級為極嚴(yán)重程度水土流失危害。

(2) 本文篩選出國家、省、地(州、市)、縣(區(qū)、市)共2 227個項目，收集每個項目的擾動地表面積、損壞植被面積、土石方挖填總量、永久棄渣量、是否涉預(yù)防保護(hù)區(qū)及地貌類型等13項水土保持相關(guān)指標(biāo)。所采用的數(shù)據(jù)指標(biāo)均采取了一系列的校檢、對比、分析手段，使其盡可能準(zhǔn)確。研究中所提取的數(shù)據(jù)均在相關(guān)文件中有詳細(xì)的闡述，都是經(jīng)過充分的前期調(diào)查、勘查，又經(jīng)過了方案技術(shù)論證和審查，因此所采用的數(shù)據(jù)較為可靠。依據(jù)這些數(shù)據(jù)劃分的生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失影響等級可以較為準(zhǔn)確地反映各行業(yè)的水土流失潛在危險。

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Influence Grades of Soil and Water Loss Resulted by Production and Constrction Projects

WANG Keqin1， ZHAO Hui2， GAO Tiantian1, WANG Yansong3, DANG Weiqin4

(1.SouthwestForestryUniversity,EnvironmentScienceandEngineeringFaculty,Kunming,Yunnan650224,China； 2.MonitoringCenterofSoilandWaterConservation,MinistryofWaterResources,Beijing100055,China； 3.SongliaoWaterResourcesCommissionoftheMinistryofWaterResources,Changchun,Jilin130021,China； 4.SuideExperimentalStationforSoilandWaterConservation,theYellowRiverConservancyCommission,Suide,Shaanxi718000,China)

Abstract：[Objective] To analyzed the grades of the influence of production and constuuction projects on soil and water loss in order to provide a basis for developing an innovation management mode. [Methods] The 2 227 projects were selected from 31 production and constuuction project types. The projects were divided into 5 grades such as the 1st grade(milder soil and water loss), the 2nd grade(mild soil and water loss), the 3rd grade(moderate soil and water loss), the 4th grade(severe soil and water loss) and the 5th grade(extremely severe soil and water loss) according to the consultation with specialists and fuzzy cluster analysis. [Results] The category of the industry involved showed different grades: highway, railway, strip mine project, forest-paper integration project belongs to the 5th grade; airport engineering, nuclear power plant engineering, hydro-junction projects, water conservancy hub project, hydropower engineering, industrial park project belongs to the 4th grade; water-transportation industry, wind power industry, water diversion engineering, mining engineering, oil and gas exploitation engineering, rail transit engineering, development engineering in agriculture, forestry, thermal power industry belongs to the 3rd grade; irrigation projects, embankment engineering, storage-flood area, other small water conservancy engineering, oil and gas storage and processing engineering, network engineering, manufacturing industry, power transmission and transformation project belongs to the 2nd grade; real estate project, other urban construction, social undertakings, information industry and other industry belongs to the 1st grade. [Conclusion] Because the data collection of the influence of projects on soil and water loss is reliable, the divided influence grades of soil and water loss can accurately reflect the potential risk of soil and water loss for different industries.

Keywords:soil and water loss; production and constuuction project; influence grades

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0143-06

中圖分類號：S157.1

收稿日期：2014-12-06修回日期：2015-03-06

資助項目：水利部“生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持分類管理名錄研究”(2012-2014)

第一作者：王克勤(1964—)，男(漢族)，甘肅省莊浪縣人，博士，教授，博士生導(dǎo)師,主要從事小流域環(huán)境綜合治理的理論與技術(shù)研究。E-mail：wangkeqin7389@sina.com。