［關鍵詞］ 層次分析法；模糊模型；評價指標；淤地壩；壩系效益；鄉(xiāng)寧縣；山西省

［摘要］ 通過查閱資料及專家咨詢等方式，建立了鄉(xiāng)寧縣西廒溝小流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系。該指標體系由目標層、準則層、指標層3個層次組成，其中目標層為壩系綜合效益，準則層由生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益3個一級指標組成，指標層是準則層各個指標的細分，共有15個二級指標。通過層次分析法確定指標的權(quán)重，構(gòu)建了模糊數(shù)學評價模型，對西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益進行評價，得到其生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益的具體分值分別為82.40、83.09、80.40，綜合效益得分為81.96，達到了優(yōu)等級，說明該淤地壩壩系取得了良好的綜合效益。

［中圖分類號］ S157[文獻標識碼] ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.04.013

［引用格式］ 習玉森，楊軍，孫雪姣，等.基于模糊層次分析法的西廒溝淤地壩壩系效益評價研究[J].中國水土保持，2024（4）：45-48.

黃土高原地區(qū)地理位置和氣候條件獨特，在自然和人為因素的影響下，水土流失問題嚴重[1]。淤地壩具有攔蓄溝谷地和坡面產(chǎn)沙[2]、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)[3]、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件[4]等作用，是防治水土流失的重要工程措施。山西省地處黃河中上游的黃土高原地區(qū)，在多年的水土流失綜合治理中積累了豐富的淤地壩建設經(jīng)驗。開展淤地壩各方面的定量、定性評估，是衡量其建設科學性和合理性的重要依據(jù)[5]。考慮到已有研究成果中對淤地壩的評價研究多集中在潰壩風險等方面[6-9]，在淤地壩效益評價方面研究較少，本研究以位于黃土高原地區(qū)的典型代表區(qū)域黃土殘垣溝壑區(qū)的山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣西廒溝淤地壩壩系工程為例，通過建立淤地壩效益評價指標體系，采用模糊層次分析法進行壩系效益綜合評價，希望能為黃土高原地區(qū)淤地壩壩系高標準建設、黃河流域生態(tài)文明建設高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1研究區(qū)概況 西廒溝流域位于鄉(xiāng)寧縣昌寧鎮(zhèn)境內(nèi)，是黃河一級支流鄂河的一級支溝，屬于黃土丘陵溝壑區(qū)，溝道內(nèi)黃土層深厚，沒有基巖出露，有長流水，兩岸被黃土覆蓋。地處溫帶大陸性氣候區(qū)，春季干旱多風，夏季溫度較高，有伏旱，冬季寒冷干燥，年均氣溫9.9 ℃，最高氣溫35.7 ℃，最低氣溫-21.0 ℃，年均日照時數(shù)2 588 h，無霜期為160～200 d，年均降水量514 mm。流域總面積17.82 km2，平均侵蝕模數(shù)6 600 t/（km2·a）。目前流域內(nèi)共有淤地壩10座，包括骨干壩3座、中型壩7座，其中3座骨干壩已于2016年完成除險加固，現(xiàn)均由“三大件”構(gòu)成。西廒溝流域淤地壩壩系自2000年開始建設，2008年完成全部驗收工作，壩地主要種植農(nóng)作物為玉米[10]。

2評價指標體系構(gòu)建以相關研究成果為基礎，根據(jù)西廒溝流域淤地壩壩系的特點，在查閱大量資料、現(xiàn)場調(diào)研及咨詢專家后，采用層次分析法，構(gòu)建了由目標層、準則層、指標層3個層次組成的評價指標體系，其中目標層為壩系綜合效益，準則層由生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益3個一級指標組成，指標層為3個一級指標細分出來的15個二級指標。西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系見圖1。圖1西廒溝流域淤地壩壩系綜合效益評價指標體系

1）生態(tài)效益。①攔蓄泥沙。據(jù)調(diào)查，流域內(nèi)大、中、小型淤地壩每淤積667 m2壩地平均可攔泥8 000、6 000、3 000 t，結(jié)合使用可有效攔蓄泥沙。②減少土壤侵蝕。淤地壩建成后，可以降低流域內(nèi)土壤侵蝕模數(shù)，減蝕作用明顯。③提高水資源利用率。淤地壩可有效攔蓄汛期降水，涵養(yǎng)水源，增加非汛期流量。④減少地表徑流。淤地壩等工程措施實施后，配合林草措施，可有效減少地表徑流。⑤固碳釋氧。在溝道內(nèi)實施了植物措施，植物是固碳釋氧的主體。2）經(jīng)濟效益。①種植效益。壩地種植效益是在淤地壩淤積產(chǎn)生的壩地上種植農(nóng)作物等獲得的經(jīng)濟收益。根據(jù)實地調(diào)查和資料統(tǒng)計，流域內(nèi)壩地保收率取80%，按2022年當?shù)赜衩變r格1.2元/kg估算，壩地的種植效益約為154萬元/a。②養(yǎng)殖效益。流域內(nèi)7#中型壩的下游有2處魚塘，總蓄水量6 500 m3，2022年養(yǎng)殖收入約為20萬元。③灌溉效益。灌溉效益是指用壩庫蓄水灌溉下游水澆地產(chǎn)生的收益，淤地壩建設第二年即可蓄水。據(jù)調(diào)查，流域內(nèi)壩地糧食增產(chǎn)量按1 500 kg/hm2計算，糧食單價按玉米價格1.2元/kg計算，2022年灌溉效益約為32.4萬元。④淤地壩投入產(chǎn)出比。淤地壩投入產(chǎn)出比是淤地壩投入的金額占產(chǎn)生效益的百分比。據(jù)測算，該流域淤地壩壩系的投入產(chǎn)出比約為78.5%。⑤壩地利用率。壩地利用率是指壩地的利用面積與壩地實際面積的比值。據(jù)測算，流域內(nèi)壩地利用率約為83%。3）社會效益。①防洪減災。淤地壩可通過滯洪蓄洪減輕洪水危害，為當?shù)剞r(nóng)用生產(chǎn)和群眾生活安全提供保障。②改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。淤地壩建成后，除了壩頂可作為連接兩岸的橋梁，改善農(nóng)村交通條件，淤地壩本身具備的水資源調(diào)節(jié)利用功能還有助于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。③土地利用結(jié)構(gòu)合理。淤地壩建成后可有效增加壩地面積，壩地土壤有機質(zhì)含量高、抗旱能力強、作物產(chǎn)量高，從而改善了土地利用結(jié)構(gòu)。④增加農(nóng)民收入。淤地壩建成后，通過實施科學種田、農(nóng)林牧副漁業(yè)并舉、種養(yǎng)結(jié)合，當?shù)剞r(nóng)民收入普遍提高。⑤促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。淤地壩建設和使用增加了農(nóng)民收入，改善了農(nóng)民居住和衛(wèi)生條件，促進了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

3綜合效益評價的模糊層次數(shù)學模型

3.1模糊比較矩陣的構(gòu)建淤地壩效益評價指標體系建立后，確立了上下級的隸屬關系，根據(jù)兩兩打分比較，得出比較矩陣A為A=A11…A1nAn1…Ann（1）式中：Aij為指標i與j相比的重要性，當j比i重要時，Aij=0，當i和j一樣重要時，Aij=1，當i比j重要時，Aij=2。傳統(tǒng)的層次分析法一般采用0～9標度法。本研究在參考相關研究文獻的基礎上，選擇了0～2標度法，即改進的層次分析法來進行專家咨詢打分[11]。此方法克服了主觀判斷的模糊性，不需對矩陣進行一致性檢驗，較為簡便實用。

3.2指標權(quán)重的計算各個指標的權(quán)重可以通過一系列的計算方法[12-13]得到。1）構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣B是對每一層次各因素相對重要性給出的判斷，其計算公式為Bij=ri－rjrmax－rmin（ km-1）+1（ri≥rj）rj－rirmax－rmin（km－1）+1-1（rj＞ri）（2）其中km= rmax /rmin（3）式中：ri為比較矩陣中第i行因素之和；rmax=max（ri）；rmin=min（ri）；i，j=1，2，…，n。2）構(gòu)建最優(yōu)傳遞矩陣。根據(jù)判斷矩陣B計算出傳遞矩陣C，進而得到最優(yōu)傳遞矩陣D，即通過優(yōu)化算法計算出一個矩陣，使得各個目標之間的權(quán)重最大化或最小化，其計算公式分別為Cij=lg Bij（4）Dij=1n∑nk=1Cik－Cjk（5）3）構(gòu)建擬優(yōu)一致矩陣。構(gòu)建擬優(yōu)一致矩陣D′，使得目標函數(shù)在擬優(yōu)一致約束下達到最優(yōu)值，其計算公式為D′ij=10Dij （6）4）計算權(quán)重。權(quán)重反映了每個指標在整體評價中的相對重要程度。利用方根法，計算各效益評價指標的權(quán)重。步驟如下： 習玉森等：基于模糊層次分析法的西廒溝淤地壩壩系效益評價研究先將擬優(yōu)一致矩陣的各元素按行相乘，得到Mi=∏nj=1D′ij（i=1，2，…，n） ；然后對Mi開n次方，即Wi=nMi ，得到W=（W1，W2，…，Wn）T；最后對W進行歸一化處理，得到權(quán)重值Wi′=Wi/∑ni=1Wi 。根據(jù)計算規(guī)則，對生態(tài)效益U1、經(jīng)濟效益U2、社會效益U3進行兩兩比較判斷打分，得出對總目標綜合效益U的相對重要程度比較矩陣（見表1）。對攔蓄泥沙U11、減少土壤侵蝕U12、提高水資源利用率U13、減少地表徑流U14、固碳釋氧U15進行兩兩比較判斷打分，得出對生態(tài)效益U1的相對重要程度比較矩陣（見表2）。

4結(jié)果分析在構(gòu)建的指標體系中，根據(jù)改進的層次分析法計算出準則層中生態(tài)效益U1、經(jīng)濟效益U2、社會效益U33個指標的權(quán)重分別為0.637 0、0.104 7、0.258 3，說明流域內(nèi)的淤地壩產(chǎn)生的生態(tài)效益最優(yōu)，社會效益次之，經(jīng)濟效益較少。在生態(tài)效益下的二級指標中，攔蓄泥沙和減少土壤侵蝕的權(quán)重較大，均為0.320 0，其余3個指標的權(quán)重較小，均為0.120 0，說明該壩系主要的生態(tài)功能為攔蓄泥沙和減少土壤侵蝕。在經(jīng)濟效益下的二級指標中，種植效益的權(quán)重最大，為0.426 6，說明在流域內(nèi)壩地種植為主要營收途徑；養(yǎng)殖效益、淤地壩投入產(chǎn)出比的權(quán)重最小，僅為0.077 3，養(yǎng)殖效益低的原因是壩系中只有1座壩的下游建有2處魚塘，受水量較少影響，養(yǎng)殖收入一般。在社會效益下的二級指標中，土地利用結(jié)構(gòu)合理、增加農(nóng)民收入的權(quán)重最大，均為0.340 7，說明建設淤地壩優(yōu)化了土地利用結(jié)構(gòu)，調(diào)整了農(nóng)村的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理利用了水土資源，為實現(xiàn)集約化經(jīng)營創(chuàng)造了條件，同時壩地的使用增加了耕地面積，壩地單產(chǎn)也高，從而增加了農(nóng)民收入。通過對鄉(xiāng)寧縣西廒溝淤地壩壩系綜合效益進行評價，得到壩系在生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益的分值分別為82.40、83.09、80.40，綜合評價得分為81.96。根據(jù)淤地壩壩系綜合效益評判等級的分類標準，該壩系綜合效益達到了優(yōu)等級，說明西廒溝淤地壩壩系生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益均較好。

5結(jié)論及展望通過查閱國內(nèi)外相關資料，結(jié)合實地調(diào)研結(jié)果和專家學者的意見，構(gòu)建了貼合西廒溝淤地壩壩系實際情況的包括目標層、準則層和指標層的綜合效益評價指標體系。通過改進的層次分析法和建立模糊數(shù)學評價模型，對鄉(xiāng)寧縣西廒溝淤地壩壩系綜合效益進行評價分析，結(jié)果表明該流域淤地壩壩系生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益均較好，綜合效益為優(yōu)。淤地壩壩系綜合效益評價結(jié)果影響因素較多，評價指標體系也較為復雜，今后還需要加強研究，比如：初步建立的淤地壩壩系評價指標體系還有待進一步的檢驗和優(yōu)化，使其指標能充分體現(xiàn)黃土高原地區(qū)淤地壩的各項效益，能夠為其他地區(qū)淤地壩或其他水土保持工程措施的綜合效益評價提供參考；研究中涉及的權(quán)重計算和指標值確定時采取的專家打分法具有一定的主觀性，對于專家的知識水平要求較高。淤地壩效益評價中所涉及的評價方法多種多樣，采用不同的評價方法有可能會得出不同的結(jié)論，因此對于評價方法的合理選擇還有待進一步研究。

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