孫 憲

(遼寧省盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124100)

0 引 言

小流域水保治理的主要目標(biāo)是以最低的投資成本獲取最大的治理效益，治理項目涉及到的因素較多、覆蓋范圍較廣，對其綜合效益評價屬于一個復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)，國內(nèi)外許多學(xué)者做了大量研究，總體可分為綜合評價和單因素指標(biāo)分析[1-3]。如陳偉杰等[4]對琿春河小流域綜合治理狀況，從社會與生態(tài)效益的角度開展評價分析；康玲玲等[5]將水土保持生態(tài)效益從生態(tài)環(huán)境影響因素的角度，探討分析了其治理效益；如劉志剛等[6]對治理項目的經(jīng)濟效益利用灰色模型法進行了評價；郭軼群[7]、肖輝杰[8]、何有華等[9]從經(jīng)濟成本的角度評價了各項水保措施對小流域的影響作用；林積泉等[10]認為小流域水保治理工程，其環(huán)境質(zhì)量評價較為有效方法為考慮多層次、多因素的主成分分析法；馬賽等[11]對水保生態(tài)修復(fù)效益利用灰色關(guān)聯(lián)投影模型評價，研究表明該方法具有有效性和科學(xué)性。如何科學(xué)有效的評價水保治理效益，揭示各項治理措施的區(qū)域適宜性及其作用機理，全面掌握并解決治理過程中存在的問題，從而進一步完善修訂綜合治理方案，已成為當(dāng)前水土保持研究的重要課題。

綜合評價是對小流域的優(yōu)化程度和治理效益利用統(tǒng)計的數(shù)據(jù)資料進行定量分析，通過量化處理各影響因素更加直觀的反映治理效果和治理程度。將適量投影原理和灰色系統(tǒng)理論相耦合的多目標(biāo)灰關(guān)聯(lián)投影模型，在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用較為普遍。

1 多目標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)投影模型

1.1 建立決策矩陣

設(shè)水保效益的因素指標(biāo)集和多目標(biāo)決策域集分別為V、U，即V={V1,V2,…,Vm}。記Yij為指標(biāo)Vj在方案Ui中的數(shù)值，其中i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。引入Y0j為理想方案U0中的評價因子，且符合Vj為效益型因子時，Y0j=max(Y1j,Y2j,…,Ynj)；Vj為成本型因子時，Y0j=min(Y1j,Y2j,…,Ynj)；指標(biāo)集V在方案集U中的決策矩陣為Y=(Yij)(n+1)×m，其中i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各評價因子的量綱不同無法直接參與水保效益的計算分析，因此采用下式進行無量綱化處理。設(shè)Y的初始序列為Y'，效益型、成本型指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式分別如下：

(1)

(2)

1.3 關(guān)聯(lián)度計算

(3)

式中：λ為分辨系數(shù)，一般條件下λ=0.5。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)投影值計算

1)構(gòu)造判斷矩陣。設(shè)多目標(biāo)灰關(guān)聯(lián)判斷矩陣F為(n+1)×r組成的矩陣，其表達式如下：

(4)

根據(jù)m維評價因子構(gòu)成的每個方案，由此可形成在空間V中的m維因素的離散方案點，理想方案與各方案點在比較空間V中的關(guān)聯(lián)度即為多目標(biāo)決策評價。

2)投影角與模數(shù)的計算。理想方案U*與每個方案Ui之間的夾角θ為灰色關(guān)聯(lián)投影較，二者夾角的余弦值計算方法如下：

(5)

式中：ri處于0-1區(qū)間，方案Ui趨近于理想方案Ui的程度隨ri值的增大而增大。根據(jù)如下計算式確定各個方案Ui的模數(shù)di，即：

(6)

各方案與理想方案的接近程度可根據(jù)夾角余弦值和模的大小確定，其中Wj為效益評價各指標(biāo)權(quán)值。

3)投影值計算。根據(jù)下述公式確定理想方案U*上各待評方案Ui的的投影值Dj，其表達式為：

(7)

(8)

對每個方案按照投影值的大小給出合理評價，投影值越大則該方案趨近于理想狀態(tài)的程度越高，其評價結(jié)果越優(yōu)。

2 水土保持綜合效益評價

水保效益的科學(xué)評價可為小流域水土保持規(guī)劃和治理方案的優(yōu)化提供重要的指導(dǎo)，經(jīng)過長期的工程實踐和研究發(fā)展水保治理計算方法較多。對于生態(tài)效益的研究主要集中在改善局部小氣候、提升土壤肥力、增大植被覆蓋率、改善土地利用結(jié)構(gòu)以及降低土壤侵蝕量等方面。在效益計算時對比分析法為較為常用方法，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)明確了調(diào)水、減蝕量為生態(tài)效益指標(biāo)，而保水、保土為基礎(chǔ)效益指標(biāo)，因此在本質(zhì)上這些指標(biāo)均屬于生態(tài)效益的范疇，應(yīng)歸結(jié)為生態(tài)方面。

2.1 構(gòu)建綜合效益評價體系

通過對大量初始數(shù)據(jù)和相關(guān)資料的調(diào)查分析，選擇因素層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層綜合反映水保治理效益，然后按照一定的原則與層次結(jié)構(gòu)建立評價體系。文章結(jié)合小流域治理實際情況和有關(guān)資料，在遵循合理性、科學(xué)性、客觀性、可行性及系統(tǒng)性原則的基礎(chǔ)上，從社會、經(jīng)濟與生態(tài)效益3個方面分析水保治理影響因素，最終選擇蓄水、保土、林草覆蓋率、侵蝕面積、耕地面積、人均糧食產(chǎn)量等17項代表性指標(biāo)建立水保效益評價體系，見表1。

2.2 建模計算分析

1)確定因素集和評價集。已知水保效益評價方案集為U={U1,U2,…,U5}，指標(biāo)集V={V1,V2,…,V15}，其中成本型指標(biāo)有投入資金、人口密度、徑流模數(shù)和侵蝕面積指標(biāo)，其他各參數(shù)均為效益型。

2)構(gòu)造屬性矩陣。由于參與計算的指標(biāo)較多，表格計算量較大，因此選擇生態(tài)效益子系統(tǒng)為例，詳細說明其計算流程。根據(jù)表1各小流域治理情況建立理想決策方案U0，生態(tài)效益子系統(tǒng)各因素集為：U0=[485.73，242.10，73.50，77.00，82.00，0.572 ]。根據(jù)表1各子流域情況和理想決策矩陣，可構(gòu)造指標(biāo)集V在方案集U中的屬性矩陣Y。然后利用計算式(1)、(2)進行歸一化處理，從而的到標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y′，計算結(jié)果見表2。

表1 遼寧省盤錦市典型小流域基本情況

表2 屬性矩陣Y與標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y

3)構(gòu)造灰色判斷矩陣。設(shè)定λ值為0.5，利用公式(3)構(gòu)造判斷矩陣F，計算結(jié)果如下：

4)投影值計算。采用文中公式(7)確定不同方案下的生態(tài)效益投影值D1，即：D1=(0.0622,0.0772,0.0861,0.0562,0.0468)；同理，可依次計算經(jīng)濟、社會及綜合效益，結(jié)果分別如下：

D2=(0.0361，0.0622，0.0620，0.0945，0.0517)

D3=(0.0381，0.0472，0.0651，0.0430，0.0305)

D=(0.1256，0.1782，0.2146，0.1788，0.1252)

5)水保效益評價。對各方案水保效益按照投影值的大小做出科學(xué)評判，從綜合效益的角度，3#>4#>2#>1#>5#小流域；從生態(tài)效益子系統(tǒng)分析，3#>2#>1#>4#>5#小流域；從社會效益子系統(tǒng)分析，4#>2#>3#>5#>1#小流域；從經(jīng)濟效益子系統(tǒng)的角度，3#>2#>4#>1#>5#小流域。該評價結(jié)果與小流域治理實際狀況基本保持一致，社會、經(jīng)濟與生態(tài)效益評價結(jié)果能夠較好的反映各小流域治理情況。

目前，用于水保效益評價的方法較多，將矢量投影原理和灰色關(guān)聯(lián)理論相耦合構(gòu)建綜合評判模型的研究還鮮有報道。文章綜合考慮環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展等要求，嘗試建立較為系統(tǒng)、全面的評價體系，然后以盤錦市典型小流域水保效益利用灰關(guān)聯(lián)投影法進行綜合評價。運用該方法評價的關(guān)鍵是能夠準(zhǔn)確、科學(xué)的確定各因素權(quán)重，在遵循系統(tǒng)性、可行性、科學(xué)性等原則的基礎(chǔ)上構(gòu)建的評價體系基本覆蓋了小流域治理的各個方面。目前，用于權(quán)重計算的方法有熵值法、判斷矩陣法及專家評判法等，在實際計算中為盡量減少人為因素對評價結(jié)果的干擾，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的方法。

3 結(jié) 論

小流域水土流失問題不僅嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厣钏降奶嵘娃r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，而且產(chǎn)生的大量的泥沙可造成淤積和土壤肥力的下降。水保治理項目的實施具有明顯的綜合效益。據(jù)此，文章從經(jīng)濟學(xué)的角度定量計算了盤錦市典型小流域的水保效益，從多個不同的角度探討了小流域治理的社會與生態(tài)效益，主要結(jié)論如下：

1)對盤錦市5個典型小流域的水保效益運用灰色關(guān)聯(lián)法和多目標(biāo)投影決策法進行科學(xué)評價，評價結(jié)果和小流域治理實際狀況基本保持一致，其中綜合治理效益最好的為3#小流域，而5#小流域的治理效益較最差。

2)多目標(biāo)灰關(guān)聯(lián)投影法不僅較為全面的分析了各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)作用，而且有效避免了單一指標(biāo)相比的片場，有效克服了人為主觀判斷對評價結(jié)果的影響，計算過程比較簡單，且評價結(jié)果與客觀實際情況基本相相符，具有較強的適用性和較高的推廣價值。