基于综合效益的北票市白石厂小流域水土保持评价

刘 菲

(北票市水土保持局，辽宁 朝阳 122100)

0 引 言

我国属于水土流失危害最为严重的区域之一，据统计全国约1/3的地区均受到不同程度的水土流失危害，每年由于水土流失造成的经济损失十分巨大，并对当地农业发展和自然环境造成严重威胁，尤其是小流域水土保持综合治理形式更加严峻[1]。

随着人们对生态环保意识的增强和经济社会的不断发展，关于水土流失治理问题越来越引起人们的重视，以小流域为基本单元的治理模式逐渐成为区域水土保持规划的重要依据。一直以来，对于小流域治理方案的优化设计、治理措施的适宜性分析等为国内外研究的主要内容，并在生态环境保护和治理效益评价方面取得了一些成果[2-4]。水土保持评价经历了由最初的单因素定性分析到现在的多目标、多因素的综合评价，越来越多的新技术和新方法被应用于小流域治理工程中，这对于促进治理项目的稳步实施、治理方案的优化设计以及工程效益的科学评价提供了重要依据。

水土保持治理在促进生态系统良性循环、改良和保护水土资源、预防及减少水土流失等方面发挥着重要作用[5]。关于治理效益的评价研究虽然已获得一些的成果，积累了一定的经验，由于效益评价的复杂性目前仍存在许多不足之处，如不同水保措施的生态效应作用机制存在差异，从而导致评价体系的构建不够系统、全面[6-9]。鉴于此，本文综合考虑生态、社会和经济等多因素影响，系统评价了北票市白石厂小流域的水保措施的综合效益，以期为协调好人类活动、经济、社会与生态环境间的关系和区域水土保持规划提供一定借鉴。

1 建立指标体系

本文遵循系统性、科学性、可获取性、合理性和客观性等原则，结合北票市地形地貌特征、经济社会发展状况和前人研究成果，综合考虑小流域水土流失的特点及水保治理的复杂性特征，从社会、经济和生态3个方面选择了治理度、侵蚀模数、经济内部回收率、劳动生产率、基本农田等10个指标，然后按一定的原则构造了包含因素层、系统层和目标层的梯阶框架体系，如表1所示。

2 多层次模糊综合评判模型

水保效益的科学评价可为小流域水土保持规划和治理方案的优化提供重要的指导，经过长期的工程实践和研究发展水保治理计算方法较多。对于存在模糊性、随机性特征的研究对象，目前比较常用的方法为模糊数学法，其评价过程即为小流域水保治理效益的综合评判。将研究对象按照影响因素的不同可分为一级或多级，当考虑存在多层次、多参数的评价体系时，采用一级模糊评价往往难以系统、全面的反映评价结果，因此对小流域综合效益的评价分析考虑利用多层次模糊数学法。

表1 水土保持综合效益评价体系

2.1 评判因子集

依据某一属性c将评判集合U划分为m个子集，且符合如下条件：

(1)

通过以上处理可确定二级评判因子集合，即U/c={U1,U2,…,Um}，其中，U{uik},i=1,2,…,nk。

2.2 综合评判模型

依据单层次模糊综合评判模型对子集Ui中的nk个评判因素进行计算，结合各因素的重要性程度赋予相应的权重Ai，由此可构造水土保持综合效益评价决策矩阵Ri，子集Ui的评价结果如下：

Bi=AioRi[bi1,bi2,…,bim]

(2)

对于二级模糊评判矩阵可由生成的一级评价参数组成，在二级评价过程中判断矩阵如下：

(3)

设小流域水土保持效益评价U/c中的各因素子集的权重为A，则依据以上计算结果可确定综合效益评价值为：

B=A·R=(b1,b2,…,bm)

(4)

式中：B为U/c的综合评判值和U中各评判因素的评价结果。

3 小流域水土保持效益评价

3.1 流域概况

北票市处于辽西山地丘陵区，该区域人类生产活动频繁且生态环境脆弱属于国家重点水土流失治理区。由于历史上干旱少雨、土地不合理利用、植被过度砍伐等不利因素影响，境内土壤较为贫瘠，植被稀少，土壤抗侵蚀力差，水土流失和生态环境破坏问题十分突出。随着经济的发展和城镇化建设的持续推进，原有生态系统因土地开发利用被严重破坏，加之河道防洪安全、河道淤积等影响，严重制约着当地可持续发展和城市生态环境保护，城市生态安全和人居环境面临着严峻挑战。为改善当地自然生态环境和农业生产条件，加强荒山缓坡的治理力度，促进农民增收和带动地方经济发展，就必须将地方经济发展规划与水土流失治理、污染控制、自然环境治理有效结合，开展以田园路村、山水林草为主的小流域综合治理。北票市水保部门和生态环境工程技术服务企业，依据治理措施配置、经济社会条件、水土流失类型、地形地貌特征以及自然状况等勘察资料，经过实地勘察选定白石厂小流域进行水土保持综合治理。

白石厂小流域位于北票市西官营镇境内，地理位置为东经120°3232″-120°32′43″、北纬41°52′32″-41°50′24″之间，属大凌河支流西官河中游。项目治理区属于半干旱、半湿润大陆性季风气候，地处辽宁省西北部低山丘陵区，年均降水量509mm，其中7、8、9三个月的降水比较集中。气候特征为温差较大、雨热同期、春季干旱、日照充足，年均气温温8.8℃，无霜期150d。白石厂小流域总面积852.88hm2，其中林地、设施农业、坡耕地、荒地、城镇居民及工况用地分别为341.03、8.38、309.74、165.67、28.05hm2。由于地形地貌、自然环境等条件限制，加之不合理的开发利用，使得治理区内水土流失灾害影响范围广、面积大且农林牧副业生产发展极不平衡。项目治理区以水力侵蚀为主，且属于土石质中度侵蚀区，其中中度和轻度侵蚀面积分别为165.67、310.02hm2，土壤侵蚀模数3462t/km2·a。

3.2 治理措施

根据流域内的地形地貌特征、水土流失特点及土壤侵蚀类型，结合现有技术条件以水土资源合理开发利用为原则，以坡耕地改造与保护、植被恢复为重点，以粮食安全生成为中心开展小流域水土流失综合治理。计划完成治理面积332.83hm2，其中作业路面2.00km，保土耕作213.89hm2，果树台田118.94km2，工程总用工1.37万工日，动用土石方6.24 万m3，工程总用机械427.78台时。

通过建设实施保土耕作、水平梯田等工程措施减少坡耕地的水土流失，从而实现对降雨径流的有效调节，对于无法修建梯田的坡度为5°-15°的坡耕地采取沿等高线耕作的方式，由此达到拦截部分径流、蓄水保墒的目的；为减少水土流失提高蓄水保土能力，将横向拦水埂间隔设置于田间垄向；为改善荒山荒坡的立地条件采取鱼鳞坑、水平槽等措施，可为生态环境的恢复提供有利条件；采取封育治理措施提高疏林地的林草覆盖率，建设谷坊工程遏制沟蚀的进一步发展。

3.3 综合效益分析

1)评价要素集和评语集。根据所建立的梯阶框架评价体系建立系统层、因素层的评价因子集为：U={U1,U2,U3}={生态效益，经济效益，社会效益}、U1={u11,u12,u13,u14}、U2={u21,u22,u23,u24}、U3={u31,u32}。然后根据相关学者的研究成果和土壤侵蚀强度分级标准，将水土保持效益评价标准划分四个等级，即V={v1,v2,v3,v4}={好，较好，一般，差}。

2)确定决策矩阵。采用模糊数学法定量估算各评价指标确定各单要素子集Ui的决策矩阵Ri，对各个评价指标依据划分的等级标准进行计算。根据北票市白石厂小流域治理项目的实际情况，确定不同等级标准下各参数的特征值如表2所示。

表2 小流域水土保持综合效益评价等级

根据以上分级标准，可确定决策矩阵Ri的计算公式如下：

Ri=(rijk)

(5)

式中：i、j分别为单要素子集数及其包含的评价指标数；

k为评价等级数。

3) 确定权重。当前，针对水土保持措施改善大气环境、恢复植被、改良土壤和涵养水源的成效机制研究仍存在一定的局限性，为获取客观、准确的评价结果必须采取合适的方法确定各参数权重。关于上层某一指标而言下一层级各指标的影响程度不同，因此可采用贡献率法确定各单要素的权重系数向量Wi，其表达式为：

ui=xi/si

(6)

Wi=ui/∑ui

(7)

式中：si、xi分别为指标i的标准值与实测值；

Wi、ui为指标i的权重及其超标倍数。

采用专家咨询和主观判断相结合的方法确定各自己的权重向量系数W，最终求得计算结果为W=[0.37、0.35、0.28]。

4) 综合评价。依据合成运算法则和普通的矩阵乘法确定社会、经济与生态子集Ui的评判结果如下：

B1=[0.292,0.127,0.445,0.136]；

B2=[0.862,0.083,0.051,0]；

B3=[0.698,0.302,0,0]

由此，可建立各系统层的评判矩阵如下：

根据文中计算公式确定最终的评价结果为B=WoR=[0.60,0.16,0.19,0.05]，研究表明白石厂小流域水土保持治理取得了较好的综合效益。根据实地考察和现场测量结果，该评价结果与区域实际状况基本吻合，由此进一步说明水土保持治理项目的实施发挥了明显的成效。另外，根据社会、经济、生态子系统评判结果可知，治理项目的实施发挥着重要的积极作用，在改善当地生态环境、增大林草覆盖率方面具有明显的效应。

4 结 论

本文结合北票市白石厂小流域水保治理项目和当前水土保持效益评价研究成果，对项目区综合效益利用多层次模糊数学法进行了评价，可为解决水土流失治理过程中存在的问题，揭示各项治理措施的作用机理及其区域适宜性，进一步完善并修订综合治理方案提供一定指导作用。在评价体系选取时借鉴了相关研究资料，关于各指标的实用性、前瞻性和非一致性问题的优化处理等问题仍需要进一步深入研究。