宽甸县振江项目区西江小流域综合治理效益评价

赵 凡

(辽宁省丹东市宽甸县水利事务服务中心，辽宁 丹东 118200)

0 引 言

在我国许多江河流域中普遍存在着不同程度的水土流失危害问题，人们的生存环境随着土地沙漠化和生态环境的持续恶化遭到严重破坏，对区域经济、社会的持续健康发展造成严重的威胁。当前，国家发展战略亟待解决的重要问题是如何快速、有效的开展水土保持治理工作。所以，为了能够对水保治理措施可行性和治理效益作出客观、全面的评价，本文以振江项目区西江小流域治理工程为例，将主成分法和AHP法相结合建立一套较为完整的综合评价体系，以期为宽甸县水土保持工程建设及水土资源保护提供科学的依据[1-3]。

1 振江项目区西江小流域概况

宽甸县振江项目区西江小流域地处E125°19′-125°27′，N40°38′-42°44′之间，总土地面积59.55km2。项目区属于辽东石质山区，区内沟壑发育，形态各异，山体连贯，海拔高度为100-600m范围，地带性以棕壤土为主，林草覆盖率63.5%。气候为南温带大陆性季风气候，多年平均降水量1140mm，其中6、7、8月降雨集中，年均气温6.7℃，气候特点为暴雨特多、雨雪丰沛、夏无酷署、冬有严寒、四季分明、冬季漫长。根据辽宁省卫星遥感资料和野外现场调查结果，工程区现有水土流失面积18.35km2，土壤侵蚀模数1850/km2·a，其中轻度、中度、强度侵蚀面积为10.82、6.31、1.22km2，主要分布在侵蚀沟壑、荒山缓坡、果园和疏林地区域。

为提高农业综合生产能力和改善当地农业生产条件，保护小流域生态环境及珍贵的黑土资源，促进农村经济发展、农民增收及农业增产，辽宁省水土保持局协同相关技术单位设计编制了宽甸县振江项目区小流域综合治理项目实施方案。项目综合治理面积1285hm2，其中地埂植物带、保土耕作、水土保持林分别为17.70hm2、531.7hm2；谷坊171座，其中浆砌石谷坊38座，干砌石谷坊48座，铁丝笼谷坊85座；护岸工程3.20km；作业路6.6km，涵管15处；封育治理666.3hm2，围栏2.3km，宣传牌4块；宣传碑1座，公示牌2块。2014、2015年度分别完成833hm2、452hm2水土流失治理，自项目实施以来大幅提升了经济林产品、粮食生产能力，提升林草覆盖率9.01%，农民增收743.98元，蓄水保土和生态环境效益显著[4]。

2 综合治理效益评价体系

2.1 效益评价体系的建立

为保证环境开发的科学性和系统性，有必要将社会、经济和生态效益相结合进行水土流失治理。项目区水保治理的关键是如何以最小的成本获取最大的效益，对此国内外诸多学者提出了多种评价方法和理论模型。为量化评价项目区优化程度和治理效益，量化处理各评价因子的综合评价法得到广泛的应用，该方法能够较为系统、客观的反映小流域治理效果和改善程度[5]。

2.2 筛选评价指标

为保证各优化目标之间的相互独立性，在构建评价指标体系时应全方位考虑小流域的经济、社会和生态效益，本文结合振江项目区西江小流域治理方案和相关资料，选取了20个代表性指标，见表1。

表1 西江小流域综合治理效益评价体系及其标准化结果

2.2.1 主成分分析法

主成分分析法的基本原理是运用数学统计的方法进行降维处理，将冗余繁杂的指标归类为少数综合指标。在小流域治理效益评价时将单项评价因子标记为x1，x2，…，xp，设l为系数变量，则综合指标可表示为Z1，Z2，…，Zm，且满足条件m≤p。采用如下线性组合公式将二者构成新的组合，其表达式为：

(1)

式中：l为系数变量；x、Zi分别为效益评价单项因子和综合因子。

2.2.2 评价体系的建立

对宽甸县振江项目区西江小流域综合治理项目各项因子值统计分析，经归一化处理获取各因子标准值，见表1。根据SPSS相关性分析软件和统计好的初始数据，可获取特征值、相关系数矩阵、累计贡献率及主成分，结果见表2。

从表2可以看出，主成分1、2、3能够较为系统、全面的反映振江项目区西江小流域治理效益，其累计贡献率达到85%以上，为进一步分析小流域治理措施奠定了基础。评价指标的荷载矩阵依据主成分值确定，见表3。

表3 主成分荷载矩阵

续表3 主成分荷载矩阵

根据表3可知，第一主成分与C1、C2、C4、C6的相关性较高，而第二主成分与C7、C11、C12的相关性较高，第三主成分与C16、C17、C18、C19的相关性较高。因此，针对西江小流域治理工程选取社会、经济、生态要素评估具有科学合理性。

3 小流域治理效益评价

根据如下流程科学评价小流域治理综合效益，即：采用AHP法构造梯阶层次模型，结合小流域治理实际情况和专家意见构造判断矩阵及模糊数学关系，然后利用模糊数学法开展评价分析。

3.1 层次结构模型的构建

构建的综合评价模型包括指标层M、准则层B和目标层A共3个层次，各层次所包含的内容及层次间的作用关系如图1所示。

图1 西江小流域层次结构评价模型

3.2 构造判断矩阵

对于任何系统的评价分析均需要大量的数据和信息作为支撑，结合评价体系中不同层级各要素的重要程度，采用科学的方法对其赋值并构造相应的判断矩阵。目前，层次分析法和专家经验法为权重值确定的两类主要方法。本文结合实践经验将繁杂的评价体系利用层次分析法进行分解，最终将不同数量级的多个因素归为一项评价值或判别式，从而更加客观、系统的展示小流域治理程度[6]。

一般情况下，选取1-9的倒数或1-9的数字简历判断矩阵，其中1、3、5、7、9代表两个要素的重要性程度为同等、略微、比较、相当和十分重要，数字2、4、6、8则代表介于上、下两等级的中间水平。

3.3 排序和一致性检验

1)单层次排序。通常情况下，借助计算机软件获取但层次排序中的权值A。为尽可能的的避免效益评价结果受主观因素的影响作用，保证评价结果的可靠性，有必要评价体系中各单项因子一致性进行检验。对振江项目区西江小流域治理工程的一致性指标、单因子权重利用层次单排序及一致性检验计算方法求解，结果见表4。

表4 一致性指标和单因子权重

注：CR为随机一致性比率；RI、CI为随机平均和判断矩阵的一致性指标；λmax为最大特征根。

从表4可知，小流域治理各项评价因子均满足CR≤0.10条件，由此表明确定的指标权重具有科学合理性。

2) 总层次排序。相对于最高层而言，评价体系中相同层次所有因子的重要性即为总层次排序，结果见表5。

表5 评价结构体系中要素的总排序计算值

同理，判断矩阵满足一致性检验的标准为CR≤0.10，若不满足需重新调整各因子的重要程度直至满足条件。本研究计算确定随机一致性比率CR=0.041<0.10，满足条件要求可用于小流域治理效益的评价。

3.4 标准化评价指标值

由于不同评价因子的数量级和量纲通常存在较大差异，为提高指标准确性和降低评价误差，需要对所有指标的原始数据进行标准化处理[7]。

小流域治理效益评价应先设定理想值和基准值，根据某特定时间内评价因子的参考标准设定基准值，而理想值为采取的各类水保措施所能达到的某特定时期内的期望最优值[8]。结合西江小流域治理实际情况和辽宁省相关规范，确定各评价因子的标准值及其归一化值，如表6所示。

表6 西江小流域各评价指标标准值及其归一化处理值

3.5 评价结果分析

将西江小流域水保治理工程的综合效益选用多层次模糊数学法评价，其理论依据为：

B=A·R

(2)

式中：B为综合效益评价子集；A、R为各因子权重值和评判矩阵。将西江小流域2013-2017年之间的治理效益评价值依据上文获取的数据计算，为便于计算将评价结果利用计算式bi=int(100bj+0.5)转化为百分制，如表7所示。

表7 小流域治理综合效益得分

根据表7可知，在2013-2017年期间各效益指标发生了明显的改变，治理工程的实施在很大程度上提升了项目区经济、社会和生态效益，治理成效显著，可在一定程度上提升宽甸县经济、社会的持续健康发展水平。

4 结 论

本文结合振江项目区西江小流域实际治理情况，将主成分分析和层次分析法相结合选取了具有代表性的评价指标构成综合评价体系，从而保证了评价结果的客观性和全面性，全方位的评价分析了小流域治理效益。研究表明，2013-2017年治理期间西江小流域的社会、经济和生态效益得到显著的提升，治理工程取得了显著的成效。