杜發(fā)興，吳厚發(fā)，肖博文，王雪蓉

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002)

0 引 言

水土流失是目前我國(guó)最為嚴(yán)重的生態(tài)安全問(wèn)題，其對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的同時(shí)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展也帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，近幾年全國(guó)各地進(jìn)行了一系列水土保持措施建設(shè)，在解決水土流失問(wèn)題的同時(shí)，形成了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和生活效益。如何科學(xué)合理的對(duì)水土保持綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)鑒定水土保持實(shí)施效果、提升水土保持技術(shù)，進(jìn)行水土流失治理科學(xué)決策具有重要意義[1]。當(dāng)前，水土保持綜合效益常用的評(píng)價(jià)方法有模糊評(píng)價(jià)法、灰色系統(tǒng)法、層次分析法等，如：鐘原等[2]以陜西水源區(qū)為對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建的水土保持綜合效益評(píng)價(jià)體系，以改進(jìn)的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法衡量了水土保持項(xiàng)目效果。顧劍紅[3]采用層次分析法構(gòu)建了針對(duì)廣西石漠化地區(qū)小流域水土保持綜合效益評(píng)價(jià)模型，并對(duì)各小流域水土保持的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)。馬騫等[4]基于灰色系統(tǒng)理論，建立水土保持生態(tài)修復(fù)效益模型，對(duì)山東省平邑項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法雖應(yīng)用廣泛，但仍存在一定的局限性，如模糊評(píng)價(jià)法在計(jì)算中由于取大取小導(dǎo)致?lián)p失了許多中間值，灰色系統(tǒng)法和層次分析法評(píng)價(jià)分辨率低，且有一定的主觀性，評(píng)價(jià)結(jié)果精度不高。由于水土保持綜合效益的評(píng)價(jià)空間是有序的，而對(duì)有序評(píng)價(jià)空間不適合用“最大隸屬度”識(shí)別準(zhǔn)則，故傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法所計(jì)算出結(jié)果其合理性和科學(xué)性值得探討[5]。而屬性識(shí)別模型在有序分割類和屬性識(shí)別準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，以置信度準(zhǔn)則、評(píng)分準(zhǔn)則等為基礎(chǔ)，能對(duì)事物進(jìn)行有效識(shí)別和比較分析[6,7]。故本文以利川市7條小流域?yàn)槔?，充分考慮各影響因素，從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三方面建立了水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用所建立的基于復(fù)合權(quán)重的屬性識(shí)別模型對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出相應(yīng)建議，以此對(duì)利川市水土保持工作提供一定的理論依據(jù)，同時(shí)拓展了有關(guān)水土保持評(píng)價(jià)的途徑，為水土保持評(píng)價(jià)提供一種更為科學(xué)可靠的方法。

1 復(fù)合權(quán)重屬性識(shí)別模型

水土保持綜合效益評(píng)價(jià)實(shí)際可歸結(jié)為定性描述的度量問(wèn)題。為討論定性描述的度量問(wèn)題和不同的定性描述之間的關(guān)系以及相應(yīng)的度量之間的關(guān)系，我國(guó)學(xué)者程乾生教授[8]于20世紀(jì)90年代提出了屬性識(shí)別理論模型，該模型已經(jīng)廣泛運(yùn)用于各類環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)當(dāng)中。而在屬性識(shí)別模型中，大多數(shù)文獻(xiàn)權(quán)重計(jì)算往往只采用層次分析法計(jì)算了主觀權(quán)重，而忽略了客觀權(quán)重，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果脫離樣本實(shí)際，為此，在權(quán)重計(jì)算中需要綜合考慮主客觀權(quán)重，對(duì)其進(jìn)行復(fù)合權(quán)重計(jì)算。本質(zhì)上，水土保持綜合效益的評(píng)價(jià)過(guò)程實(shí)際上是高維空間到低維空間映射的過(guò)程，即求解評(píng)價(jià)樣本數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)論值，針對(duì)水土保持綜合效益評(píng)價(jià)問(wèn)題這類“映射”問(wèn)題，相對(duì)于傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，運(yùn)用屬性識(shí)別模型更為科學(xué)合理。運(yùn)用復(fù)合權(quán)重屬性識(shí)別模型對(duì)水土保持綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行建模，用屬性識(shí)別模型建立樣本的屬性測(cè)度矩陣，引入指標(biāo)復(fù)合權(quán)重，最后按置信度準(zhǔn)則及評(píng)分準(zhǔn)則對(duì)各樣本進(jìn)行識(shí)別比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)水土保持綜合效益的評(píng)價(jià)。

1.1 屬性識(shí)別理論模型

(1)模型構(gòu)建。設(shè)研究對(duì)象空間為X，其包含n個(gè)樣本x1,x2,…,xn，樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)為m第i個(gè)樣本xi可以表示為一個(gè)向量xi=(xi1,xi2,…,xim)，1≤i≤n。

設(shè)F為X上某類屬性空間，(C1,C2,…,Ck)為屬性空間F的有序分割類，表示分類標(biāo)準(zhǔn)；I1,I2,…,Im為各評(píng)價(jià)指標(biāo)。分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為：

(1)

其中ajk滿足aj1aj2>…>ajk。

(2)模型求解。計(jì)算第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)值xij具有屬性Ck的屬性測(cè)度uijk=u(xij∈Ck)。假設(shè)aj1>aj2>…>ajk。

當(dāng)xij≥aj1時(shí)，取uij1=1，uij2=…=uijk=0

當(dāng)xij≤ajk時(shí)，取uij1=1，uij1=…=uijk-1=0

當(dāng)ajl≥xij≥ajl+1時(shí)，取

(2)

uijk=0，kl+1。

(3)

依據(jù)置信度準(zhǔn)則，計(jì)算置信度λ：

(4)

認(rèn)為xi屬于Ck類。

為進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)比較，計(jì)算樣本xi的得分值：

(5)

式中：nl為Cl的分值，取5≥nl≥1間遞減的正整數(shù)。

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

為避免傳統(tǒng)權(quán)重計(jì)算方法帶來(lái)的不足，本文權(quán)重計(jì)算采用復(fù)合權(quán)重計(jì)算法，主觀權(quán)重部分采用序相關(guān)法，客觀權(quán)重部分采用熵權(quán)法。序相關(guān)法相對(duì)于傳統(tǒng)的層次分析法而言，不必進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn)，且對(duì)統(tǒng)一層次元素個(gè)數(shù)無(wú)限制。而熵權(quán)法在計(jì)算過(guò)程中依托數(shù)據(jù)本身，能客觀地反映出數(shù)據(jù)本身的信息有序性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際[9]。復(fù)合權(quán)重計(jì)算有機(jī)結(jié)合了主客觀權(quán)重，使得指標(biāo)權(quán)重能夠同時(shí)體現(xiàn)主客觀信息，即在反映主觀認(rèn)識(shí)的同時(shí)很好地保留了原始數(shù)據(jù)信息，相對(duì)于傳統(tǒng)權(quán)重確定方法而言更為合理。復(fù)合權(quán)重確定方法參考文獻(xiàn)[10]。

各指標(biāo)復(fù)合權(quán)重為：

W=αW′+βW″

(6)

上式中：

(7)

(8)

式中：xij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值。

2 實(shí)例分析

利川市地處湖北西南邊陲，西靠蜀渝，東接恩施，南鄰瀟湘，北依三峽，與重慶四縣兩區(qū)交界，是恩施土家族苗族自治州面積最大、人口最多的縣級(jí)市，全市總面積4 600余km2，平均海拔1 079 m，年降水量1 000～1 200 mm，年平均氣溫11.1 ℃，無(wú)霜期210 d，汛期在5-8月，河流含沙量較多。據(jù)最新一次巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全市石漠化面積達(dá)到63 428 hm2。為響應(yīng)國(guó)家制定石漠化治理十三五規(guī)劃的號(hào)召，利川市規(guī)劃在2012-2017年間，封山育林11 393.7 hm2，植被保護(hù)6 471 hm2，人工造林350.5 hm2，畜牧草地建設(shè)595 hm2，坡改梯174.78 hm2。為檢驗(yàn)實(shí)施成效，同時(shí)為接下來(lái)的水土保持建設(shè)規(guī)劃提供理論依據(jù)，本文以利川市7條小流域2012-2017年間實(shí)施水土保持措施所產(chǎn)生的綜合效益為評(píng)價(jià)對(duì)象。

2.1 水土保持效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

在進(jìn)行利川市水土保持效益評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇時(shí)，充分考慮生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、有潛在影響的重要因素的變化和人類活動(dòng)的能動(dòng)反映，結(jié)合石漠化治理十三五規(guī)劃內(nèi)容及國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，建立了利川市水土保持效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，詳見表1，該指標(biāo)體系以水土保持綜合效益為目標(biāo)層，生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生活效益為準(zhǔn)則層，共包含14個(gè)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的合理與否將直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)國(guó)際通用分類標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)研究已判定的生態(tài)效應(yīng)、生態(tài)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將利川市水土保持綜合效益評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)：Ⅰ等為優(yōu)、Ⅱ等為良、Ⅲ等為中、Ⅳ等為差、Ⅴ等為極差，并采用專家打分法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估取值，詳見表1。

表1 指標(biāo)體系及其等級(jí)限值表Tab.1 Evaluation Index system and its Grade limit

各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)取2012-2017年實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源主要是：一是野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析，主要是土壤理化性質(zhì)測(cè)定等；二是相關(guān)部門提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括：《水利普查報(bào)告》、《湖北省巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃》、《利川市巖溶地區(qū)石漠化綜治理“十三五”規(guī)劃》、《利川市巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)調(diào)查報(bào)告》等，詳見表2。

表2 綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)值Tab.2 Comprehensive benefit evaluation index value of river basin

2.2 實(shí)例計(jì)算

(1)主觀權(quán)重計(jì)算：根據(jù)相關(guān)專家建議，結(jié)合參考文獻(xiàn)[10]，認(rèn)定水土保持綜合效益各評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性程度依次為：A5>A3>A4>A2>A6>A1>B1>B2>B3>B4>C2>C4>C3>C1，為方便計(jì)算，記為X1>X2>X3>X4>X5>X6>X7>X8>X9>X10>X11>X12>X13>X14。依據(jù)文獻(xiàn)[3]，取r2=1.4、r3=1.4、r4=1.2、r5=1.0、r6=1.2、r7=1.6、r8=1.4、r9=1.0、r10=1.2、r11=1.2、r12=1.4、r13=1.2、r14=1.0。計(jì)算得各指標(biāo)主觀權(quán)重見表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算表Tab.3 Evaluation index weight calculation table

(2)客觀權(quán)重計(jì)算：根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算參照文獻(xiàn)[12]，由表1數(shù)據(jù)求得客觀權(quán)重結(jié)果見表3。

(4)屬性測(cè)度計(jì)算：根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣、權(quán)重系數(shù)以及公式(1)，計(jì)算得到樣本的屬性測(cè)度矩陣如表4所示。

表4 區(qū)域?qū)傩詼y(cè)度計(jì)算表Tab.4 Calculation table of attribute measure for small watershed

(5)評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算：按照置信度準(zhǔn)則和評(píng)分準(zhǔn)則，取置信度λ=0.6，據(jù)公式(2)、式(3)計(jì)算水土保持綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果及分?jǐn)?shù)如表5所示。

表5 效益評(píng)價(jià)等級(jí)及得分表Tab.5 Grade and score of comprehensive benefit ealuation

從表5可知各流域水土保持綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果：茅槽河流域?yàn)榱?；新建河流域、官山河流域、馬槽壩河流域、清江河流域均為中，梅子河流域、大溝流域均為差。依據(jù)得分值從優(yōu)到劣排序依次為茅槽河流域、新建河流域、馬槽壩河流域、清江河流域、官山河流域、梅子河流域、大溝流域。

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，茅槽河流域水土保持綜合效益相比其他流域是最好的，原因在于該流域?yàn)槔ㄊ幸?guī)劃治理重點(diǎn)示范區(qū)域，相比其他流域，該流域地形地勢(shì)相對(duì)簡(jiǎn)單，水保專項(xiàng)財(cái)政投入更多，坡改梯、植樹造林、林地保護(hù)等水保配套措施建設(shè)的更完善。新建河流域、馬槽壩河流域、清江河流域、官山河流域評(píng)價(jià)結(jié)果為中，原因在于4個(gè)流域面積較大，區(qū)域地形復(fù)雜，水土保持配套設(shè)施建設(shè)分布零散，難以形成一定的體系，在流域內(nèi)人口活動(dòng)頻繁，對(duì)水土保持產(chǎn)生的綜合效益有一定的威脅。梅子河流域、大溝流域評(píng)價(jià)結(jié)果為差，原因在于2個(gè)流域內(nèi)海拔高，地勢(shì)復(fù)雜，多為高山，土壤耕地面積較其他流域少，原有林木植被遭人為破壞嚴(yán)重，在后期治理過(guò)程中，財(cái)政投入較少，治理配套設(shè)施建設(shè)有所欠缺。

針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果為中差的流域，在后期治理過(guò)程中，應(yīng)以水土保持措施體系建設(shè)為主體，加大資金投入，重點(diǎn)實(shí)施植樹造林、林地植被保護(hù)、坡改梯等水保措施，配套建設(shè)水渠、道路等輔助設(shè)施，為發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)提供一定的條件，同時(shí)，政府相關(guān)部門應(yīng)協(xié)調(diào)農(nóng)林牧漁業(yè)的發(fā)展，鼓勵(lì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民發(fā)展煙葉、藥材等種植業(yè)，提高收入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水土保持的產(chǎn)業(yè)化，促使生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)建立了水土保持綜合效益評(píng)價(jià)體系。通過(guò)實(shí)地考察、專家咨詢、結(jié)合現(xiàn)有研究成果等多種方式確立了利川市水土保持綜合效益評(píng)價(jià)體系，共包含14個(gè)指標(biāo)，基本能夠代表水土保持治理成果。所有指標(biāo)數(shù)據(jù)均來(lái)源當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)資料，評(píng)價(jià)具有代表性。

(2)構(gòu)建了針對(duì)水土保持綜合效益的評(píng)價(jià)模型。針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型的局限性，引入屬性識(shí)別模型，同時(shí)結(jié)合包含主客觀權(quán)重的復(fù)合權(quán)重，建立了基于復(fù)合權(quán)重的屬性識(shí)別模型。運(yùn)用該模型對(duì)利川市所在的7條小流域水土保持治理綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果及得分值為接下來(lái)有關(guān)部門水土保持治理工作提供一定的決策依據(jù)。

(3)提出水土保持治理改進(jìn)意見。針對(duì)7條小流域評(píng)價(jià)結(jié)果及分值，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果為中差的相關(guān)流域提出以水土保持措施體系建設(shè)為主體，完善相關(guān)配套設(shè)施的建議。