謝 巍

(中煤科工重慶設(shè)計研究院(集團)有限公司，重慶 400016)

水資源是人們賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，但是水資源若不加以約束，也很容易造成災(zāi)害，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。水利工程的建設(shè)就是水資源約束的一種重要手段。目前，我國已經(jīng)修建大大小小水利工程不計其數(shù)，對水資源進行了有效的管理，避免了水災(zāi)的發(fā)生，方便了人們的飲水和農(nóng)業(yè)灌溉[1]。然而，水利工程的修建必然破壞當(dāng)?shù)睾拥肋吰铝饔虻纳鷳B(tài)環(huán)境，為了緩解工程修建與環(huán)境保護之間的矛盾，生態(tài)補償成為一種必要手段，生態(tài)補償是指通過經(jīng)濟來補償破壞造成的各個方面的生態(tài)損失[2]。然而，工程建設(shè)造成的生態(tài)補償實施效果往往并不能達到預(yù)期。面對這種情況，進行生態(tài)補償效果評價具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，關(guān)于生態(tài)補償效果評價的研究，有基于DEM的評價方法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評價方法、基于層次分析的評價方法、基于熵權(quán)的評價方法等。主要分為主觀評價法以及客觀評價法，兩者都有其各自的不足之處，前者評價結(jié)果易受到個人偏好的影響，后者則需要大量的指標數(shù)據(jù)作為支撐，前期數(shù)據(jù)收集和整理較為困難。

基于上述評價方法存在的缺陷，提出一種新的水利工程建設(shè)中河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價方法。該方法分別在主觀評價法和客觀評價法中各選擇一種方法組合在一起，構(gòu)成生態(tài)補償效果評價模型。最后通過結(jié)合具體的實例，對模型的應(yīng)用效果進行了驗證，證明模型的有效性。通過本研究以期保證河道邊坡流域生態(tài)治理效果，恢復(fù)河道邊坡流域生態(tài)。

1 模型構(gòu)建

為了更好地利用河道流域水資源，經(jīng)常在河道上或者周圍修建水利工程，極大地方便了周圍居民的生產(chǎn)、生活用水。然而，水利工程的修建必然帶來對周圍河道邊坡流域生態(tài)的破壞，這與當(dāng)前大力倡導(dǎo)的環(huán)保理念相違背。基于此，生態(tài)補償成為后續(xù)生態(tài)恢復(fù)的重要手段[3]。然而，由于缺乏有效監(jiān)管，河道邊坡流域生態(tài)補償效果常常達不到理想效果，使得當(dāng)?shù)丨h(huán)境受到了嚴重破壞。為此，構(gòu)建一種河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價模型。該模型的構(gòu)建主要分為三部分，指標選取、權(quán)重計算以及基于指標熵值的評分計算。

1.1 評價指標選取

評價指標的選取是評價模型構(gòu)建的一個環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)指標的選擇不能過多，也不能太少。指標過多，雖然能夠涵蓋的內(nèi)容更加全面，但是會導(dǎo)致后期計算量增加，導(dǎo)致結(jié)果遲遲無法給出，影響了評估模型的運行效果；指標太少，雖然不會出現(xiàn)計算量的問題，但是卻會使得評價結(jié)果失去客觀性和準確性，模型將失去有效性[4]。為此，以降維的方式，將若干個相關(guān)指標濃縮為一大類指標，以規(guī)范指標選擇。假設(shè)有n個分析樣本，每個樣本包含p個指標x1，x2，…，xp，由此組成矩陣，即：

(1)

式中，Xij為第i個樣本第j個指標的數(shù)值。

對上述式(1)中的X進行線性變換，即可得到新的綜合變量Y，Y也被稱為主成分。n個分析樣本的主成分Y一般有很多個，這時可以按照其在總方差中占比進行從大到小排序，選擇最大的前k個作為主成分[5]。這前k個主成分所蘊含的內(nèi)容更具有效性，更能抓住問題的實質(zhì)。主成分分析法選擇指標的具體過程如下。

(1)對X進行標準化處理，處理公式：

(2)

(2)通過計算指標Xi與Xj之間的相關(guān)系數(shù)，得到了矩陣R：

(3)

(3)令|λI-R|=0，計算R的特征根λ1≥λ2≥…≥λp≥0。其中，I為雅可比系數(shù)[7]。

(4)計算λ1≥λ2≥…≥λp≥0對應(yīng)的特征向量γ1≥γ2≥…≥γp。

(5)計算主成分，計算公式：

(4)

(6)對主成分進行方差貢獻計算k個主元貢獻，其計算公式為：

(5)

式中，fj為方差貢獻率。

(7)求出累計貢獻率，計算公式為：

(6)

式中，F(xiàn)i為累計方差貢獻率。

(8)選擇方差F大于85%的前k個主成分作為選擇的評價指標[8]。

1.2 評價指標權(quán)值計算

基于上述選出的河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價指標，本章節(jié)計算這些評價指標的權(quán)重，即針對生態(tài)補償效果評價主題指標所發(fā)揮的相對重要程度[9]。在這里，指標權(quán)重計算通過層次分析法來完成。層次分析法是指將指標劃分不同等級的層次，然后比較同一層次2個指標的相對重要程度，以此來進行賦權(quán)，得到指標權(quán)值。層次分析法計算指標權(quán)重的具體過程如圖1所示。

圖1 層次分析法計算流程Fig.1 Calculation process of analytic hierarchy process

(1)根據(jù)選取的指標建立層次結(jié)構(gòu)圖。

(2)專家對同一層次指標兩兩進行比較，得到相對重要程度。相對重要程度評分標準(指數(shù)標度法)見表1[10]。

表1 相對重要程度評分標準Tab.1 Relative importance score standard

根據(jù)比較結(jié)果，構(gòu)建判斷矩陣A。

(7)

式中，aij為指標的數(shù)據(jù)節(jié)點。

只有達到一致性標準，才能保證計算的權(quán)值準確性[11]。

1.3 基于指標熵值的評分計算

基于計算出來的河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價指標權(quán)值，得出生態(tài)補償效果評價分值，最后與效果等級進行比對，判斷補償效果是否達到標準[12]。具體過程如下。

(1)對n個樣本，每個樣本包含p個指標x1，x2，…，xp，則Xij為第i個樣本的第j個指標的數(shù)值(i=1，2，…，n；j=1，2，…，p)[13]。

(2)根據(jù)評價指標來進行標準化計算，詳情見式(2)。

(3)在第j項指標下計算第i個樣本值占該指標的比重Qij。

(8)

(4)計算第j項指標的熵值。

(9)

(5)計算河道邊坡流域生態(tài)補償效果的綜合得分S。

(10)

(6)將評分與表2進行比對，得出生態(tài)補償效果等級[15]。

表2 生態(tài)補償效果等級標準Tab.2 Ecological compensation effect grade standard

2 實例分析

為測試構(gòu)建的評價模型在水利工程建設(shè)中河道邊坡流域生態(tài)補償效果中的應(yīng)用效果，以某水利工程修建為例，進行實例分析。

2.1 研究區(qū)域

某地區(qū)為實現(xiàn)中小河流治理、水土保持治理等目標，謀劃了一批“十四五”重點水利工程項目，具體涉及6個方面22類項目，總投資24.52億元。目前，段家河生態(tài)清潔小流域綜合治理、鳳橋安置點河邊擋墻加固等工程已基本完工，八里關(guān)村護岸工程、八里關(guān)村2組堤防工程、沙河庫區(qū)移民項目等工程正在抓緊施工中。以其中已經(jīng)完工的鳳橋安置點河邊擋墻加固工程為例(圖2)，該區(qū)域獲得的生態(tài)補償共計247.1萬元，用于恢復(fù)河道邊坡流域生態(tài)，推進區(qū)域山水林田湖草一體化保護修復(fù)工作。

圖2 研究區(qū)域Fig.2 Study area

以該區(qū)域為例，借助EvaGear客觀評價輔助軟件，利用構(gòu)建的評估模型進行河道邊坡流域生態(tài)補償效果評估。

2.2 評價指標選擇

利用章節(jié)1.1指標選取方法選擇評價指標，然后畫出度量層次圖，如圖3所示。

2.3 評價指標權(quán)重

利用章節(jié)層次分析法計算圖3中各個指標的權(quán)值計算結(jié)果如下：人均生產(chǎn)總值3.265；生態(tài)補償投入6.654；財政收入4.231；生態(tài)環(huán)境支出占比5.262；人均森林面積3.662；有效灌溉面積2.485；人均耕地面積3.252；治理水土流失面積2.260；退耕還林面積4.558；森林覆蓋率4.852；廢水排放量3.662；廢氣排放量3.214；人均每天用水量4.225；固體廢物排放量4.200；重復(fù)用水率4.025；空氣質(zhì)量3.254。

2.4 評價指標熵值計算

按照章節(jié)1.3指標熵值計算，指標熵值計算結(jié)果如下：人均生產(chǎn)總值0.036；生態(tài)補償投入0.014；財政收入0.022；生態(tài)環(huán)境支出占比為0.048；人均森林面：0.018；有效灌溉面積0.012；人均耕地面積0.036；治理水土流失面積0.042；退耕還林面積0.026；森林覆蓋率0.032；廢水排放量0.014；廢氣排放量0.025；人均每天用水量0.023；固體廢物排放量0.026；重復(fù)用水率0.050；空氣質(zhì)量0.012。

圖3 層次結(jié)構(gòu)Fig.3 Hierarchy diagram

2.5 評分結(jié)果計算

將上述2.3和2.4結(jié)果代入到式(10)，計算河道邊坡流域生態(tài)補償效果的綜合得分，計算結(jié)果見表3。

表3 指標評分結(jié)果Tab.3 Index scoring results

將計算結(jié)果S值(2.265 01)與表2對比，可知本研究流域生態(tài)補償效果等級為Ⅱ，效果比較顯著，但是與效果非常顯著存在一定的差距，說明生態(tài)補償效果有待進一步改進。

3 驗證分析

為了驗證本文方法在水利工程建設(shè)中河道邊坡流域生態(tài)補償評價效果，進行了驗證分析，生態(tài)補償效果評價指標如圖4所示。

圖4 生態(tài)補償效果評價指標Fig.4 Evaluation index of ecological compensation effect

分析圖4得知，標準值的指標最高達到70%，而本文方法的指標最高達到85%，由此可見，采用本文方法進行河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價指標更高，因此使用效果更好。

4 結(jié)語

綜上所述，水利工程是一種利國利民工程，能更好地實現(xiàn)對水資源的規(guī)劃和管理，然而水利工程的修建必然造成環(huán)境的破壞、生態(tài)的失衡。為此，在工程修建之后，一般會進行生態(tài)補償，但是補償?shù)男Ч_不到預(yù)期標準。基于此，進行水利工程建設(shè)中河道邊坡流域生態(tài)補償效果評價研究。該研究先是構(gòu)建評價模型，在該模型當(dāng)中以層次分析為權(quán)重計算方法，以熵權(quán)法為評分計算方法，然后將模型應(yīng)用到實例測試當(dāng)中，證明了模型的應(yīng)用效果。然而，本研究內(nèi)容仍存在諸多不足之處，因為生態(tài)補償政策處于探索階段，因此效果評估選取的指標有待進行一步商榷，需要進一步完善。