趙 凡

(遼寧省丹東市寬甸縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 丹東 118200)

0 引 言

在我國(guó)許多江河流域中普遍存在著不同程度的水土流失危害問題，人們的生存環(huán)境隨著土地沙漠化和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化遭到嚴(yán)重破壞，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持續(xù)健康發(fā)展造成嚴(yán)重的威脅。當(dāng)前，國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略亟待解決的重要問題是如何快速、有效的開展水土保持治理工作。所以，為了能夠?qū)λＶ卫泶胧┛尚行院椭卫硇б孀鞒隹陀^、全面的評(píng)價(jià)，本文以振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域治理工程為例，將主成分法和AHP法相結(jié)合建立一套較為完整的綜合評(píng)價(jià)體系，以期為寬甸縣水土保持工程建設(shè)及水土資源保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)[1-3]。

1 振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域概況

寬甸縣振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域地處E125°19′-125°27′，N40°38′-42°44′之間，總土地面積59.55km2。項(xiàng)目區(qū)屬于遼東石質(zhì)山區(qū)，區(qū)內(nèi)溝壑發(fā)育，形態(tài)各異，山體連貫，海拔高度為100-600m范圍，地帶性以棕壤土為主，林草覆蓋率63.5%。氣候?yàn)槟蠝貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，多年平均降水量1140mm，其中6、7、8月降雨集中，年均氣溫6.7℃，氣候特點(diǎn)為暴雨特多、雨雪豐沛、夏無酷署、冬有嚴(yán)寒、四季分明、冬季漫長(zhǎng)。根據(jù)遼寧省衛(wèi)星遙感資料和野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，工程區(qū)現(xiàn)有水土流失面積18.35km2，土壤侵蝕模數(shù)1850/km2·a，其中輕度、中度、強(qiáng)度侵蝕面積為10.82、6.31、1.22km2，主要分布在侵蝕溝壑、荒山緩坡、果園和疏林地區(qū)域。

為提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保護(hù)小流域生態(tài)環(huán)境及珍貴的黑土資源，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，遼寧省水土保持局協(xié)同相關(guān)技術(shù)單位設(shè)計(jì)編制了寬甸縣振江項(xiàng)目區(qū)小流域綜合治理項(xiàng)目實(shí)施方案。項(xiàng)目綜合治理面積1285hm2，其中地埂植物帶、保土耕作、水土保持林分別為17.70hm2、531.7hm2；谷坊171座，其中漿砌石谷坊38座，干砌石谷坊48座，鐵絲籠谷坊85座；護(hù)岸工程3.20km；作業(yè)路6.6km，涵管15處；封育治理666.3hm2，圍欄2.3km，宣傳牌4塊；宣傳碑1座，公示牌2塊。2014、2015年度分別完成833hm2、452hm2水土流失治理，自項(xiàng)目實(shí)施以來大幅提升了經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品、糧食生產(chǎn)能力，提升林草覆蓋率9.01%，農(nóng)民增收743.98元，蓄水保土和生態(tài)環(huán)境效益顯著[4]。

2 綜合治理效益評(píng)價(jià)體系

2.1 效益評(píng)價(jià)體系的建立

為保證環(huán)境開發(fā)的科學(xué)性和系統(tǒng)性，有必要將社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益相結(jié)合進(jìn)行水土流失治理。項(xiàng)目區(qū)水保治理的關(guān)鍵是如何以最小的成本獲取最大的效益，對(duì)此國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者提出了多種評(píng)價(jià)方法和理論模型。為量化評(píng)價(jià)項(xiàng)目區(qū)優(yōu)化程度和治理效益，量化處理各評(píng)價(jià)因子的綜合評(píng)價(jià)法得到廣泛的應(yīng)用，該方法能夠較為系統(tǒng)、客觀的反映小流域治理效果和改善程度[5]。

2.2 篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)

為保證各優(yōu)化目標(biāo)之間的相互獨(dú)立性，在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)全方位考慮小流域的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，本文結(jié)合振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域治理方案和相關(guān)資料，選取了20個(gè)代表性指標(biāo)，見表1。

表1 西江小流域綜合治理效益評(píng)價(jià)體系及其標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果

2.2.1 主成分分析法

主成分分析法的基本原理是運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行降維處理，將冗余繁雜的指標(biāo)歸類為少數(shù)綜合指標(biāo)。在小流域治理效益評(píng)價(jià)時(shí)將單項(xiàng)評(píng)價(jià)因子標(biāo)記為x1，x2，…，xp，設(shè)l為系數(shù)變量，則綜合指標(biāo)可表示為Z1，Z2，…，Zm，且滿足條件m≤p。采用如下線性組合公式將二者構(gòu)成新的組合，其表達(dá)式為：

(1)

式中：l為系數(shù)變量；x、Zi分別為效益評(píng)價(jià)單項(xiàng)因子和綜合因子。

2.2.2 評(píng)價(jià)體系的建立

對(duì)寬甸縣振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域綜合治理項(xiàng)目各項(xiàng)因子值統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)歸一化處理獲取各因子標(biāo)準(zhǔn)值，見表1。根據(jù)SPSS相關(guān)性分析軟件和統(tǒng)計(jì)好的初始數(shù)據(jù)，可獲取特征值、相關(guān)系數(shù)矩陣、累計(jì)貢獻(xiàn)率及主成分，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，主成分1、2、3能夠較為系統(tǒng)、全面的反映振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域治理效益，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上，為進(jìn)一步分析小流域治理措施奠定了基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的荷載矩陣依據(jù)主成分值確定，見表3。

表3 主成分荷載矩陣

續(xù)表3 主成分荷載矩陣

根據(jù)表3可知，第一主成分與C1、C2、C4、C6的相關(guān)性較高，而第二主成分與C7、C11、C12的相關(guān)性較高，第三主成分與C16、C17、C18、C19的相關(guān)性較高。因此，針對(duì)西江小流域治理工程選取社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)要素評(píng)估具有科學(xué)合理性。

3 小流域治理效益評(píng)價(jià)

根據(jù)如下流程科學(xué)評(píng)價(jià)小流域治理綜合效益，即：采用AHP法構(gòu)造梯階層次模型，結(jié)合小流域治理實(shí)際情況和專家意見構(gòu)造判斷矩陣及模糊數(shù)學(xué)關(guān)系，然后利用模糊數(shù)學(xué)法開展評(píng)價(jià)分析。

3.1 層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)模型包括指標(biāo)層M、準(zhǔn)則層B和目標(biāo)層A共3個(gè)層次，各層次所包含的內(nèi)容及層次間的作用關(guān)系如圖1所示。

圖1 西江小流域?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)模型

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

對(duì)于任何系統(tǒng)的評(píng)價(jià)分析均需要大量的數(shù)據(jù)和信息作為支撐，結(jié)合評(píng)價(jià)體系中不同層級(jí)各要素的重要程度，采用科學(xué)的方法對(duì)其賦值并構(gòu)造相應(yīng)的判斷矩陣。目前，層次分析法和專家經(jīng)驗(yàn)法為權(quán)重值確定的兩類主要方法。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將繁雜的評(píng)價(jià)體系利用層次分析法進(jìn)行分解，最終將不同數(shù)量級(jí)的多個(gè)因素歸為一項(xiàng)評(píng)價(jià)值或判別式，從而更加客觀、系統(tǒng)的展示小流域治理程度[6]。

一般情況下，選取1-9的倒數(shù)或1-9的數(shù)字簡(jiǎn)歷判斷矩陣，其中1、3、5、7、9代表兩個(gè)要素的重要性程度為同等、略微、比較、相當(dāng)和十分重要，數(shù)字2、4、6、8則代表介于上、下兩等級(jí)的中間水平。

3.3 排序和一致性檢驗(yàn)

1)單層次排序。通常情況下，借助計(jì)算機(jī)軟件獲取但層次排序中的權(quán)值A(chǔ)。為盡可能的的避免效益評(píng)價(jià)結(jié)果受主觀因素的影響作用，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，有必要評(píng)價(jià)體系中各單項(xiàng)因子一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域治理工程的一致性指標(biāo)、單因子權(quán)重利用層次單排序及一致性檢驗(yàn)計(jì)算方法求解，結(jié)果見表4。

表4 一致性指標(biāo)和單因子權(quán)重

注：CR為隨機(jī)一致性比率；RI、CI為隨機(jī)平均和判斷矩陣的一致性指標(biāo)；λmax為最大特征根。

從表4可知，小流域治理各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子均滿足CR≤0.10條件，由此表明確定的指標(biāo)權(quán)重具有科學(xué)合理性。

2) 總層次排序。相對(duì)于最高層而言，評(píng)價(jià)體系中相同層次所有因子的重要性即為總層次排序，結(jié)果見表5。

表5 評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系中要素的總排序計(jì)算值

同理，判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為CR≤0.10，若不滿足需重新調(diào)整各因子的重要程度直至滿足條件。本研究計(jì)算確定隨機(jī)一致性比率CR=0.041<0.10，滿足條件要求可用于小流域治理效益的評(píng)價(jià)。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)值

由于不同評(píng)價(jià)因子的數(shù)量級(jí)和量綱通常存在較大差異，為提高指標(biāo)準(zhǔn)確性和降低評(píng)價(jià)誤差，需要對(duì)所有指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[7]。

小流域治理效益評(píng)價(jià)應(yīng)先設(shè)定理想值和基準(zhǔn)值，根據(jù)某特定時(shí)間內(nèi)評(píng)價(jià)因子的參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定基準(zhǔn)值，而理想值為采取的各類水保措施所能達(dá)到的某特定時(shí)期內(nèi)的期望最優(yōu)值[8]。結(jié)合西江小流域治理實(shí)際情況和遼寧省相關(guān)規(guī)范，確定各評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值及其歸一化值，如表6所示。

表6 西江小流域各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值及其歸一化處理值

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

將西江小流域水保治理工程的綜合效益選用多層次模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)，其理論依據(jù)為：

B=A·R

(2)

式中：B為綜合效益評(píng)價(jià)子集；A、R為各因子權(quán)重值和評(píng)判矩陣。將西江小流域2013-2017年之間的治理效益評(píng)價(jià)值依據(jù)上文獲取的數(shù)據(jù)計(jì)算，為便于計(jì)算將評(píng)價(jià)結(jié)果利用計(jì)算式bi=int(100bj+0.5)轉(zhuǎn)化為百分制，如表7所示。

表7 小流域治理綜合效益得分

根據(jù)表7可知，在2013-2017年期間各效益指標(biāo)發(fā)生了明顯的改變，治理工程的實(shí)施在很大程度上提升了項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，治理成效顯著，可在一定程度上提升寬甸縣經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持續(xù)健康發(fā)展水平。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合振江項(xiàng)目區(qū)西江小流域?qū)嶋H治理情況，將主成分分析和層次分析法相結(jié)合選取了具有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成綜合評(píng)價(jià)體系，從而保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和全面性，全方位的評(píng)價(jià)分析了小流域治理效益。研究表明，2013-2017年治理期間西江小流域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益得到顯著的提升，治理工程取得了顯著的成效。