基于河道护坡技术的水土保持治理效益评价
——以辽宁大凌河流域为例

刘春华

(彰武县水土保持局，辽宁 彰县 123200)



基于河道护坡技术的水土保持治理效益评价
——以辽宁大凌河流域为例

刘春华

(彰武县水土保持局，辽宁 彰县 123200)

为了解决大凌河流域水土流失严重状况，针对当地的水土流失采取了以全系列生态护坡、土壤生物工程和复合式生物稳定技术为主的河道生态护坡技术。选择将层次分析法和Topsis法两者有效结合的方法，针对大凌河流域水土保持工作效益进行了全方位评价，得到如下结论：水生植物面积、治理面积、林地面积是整个大凌河流域水土保持治理效益评价体系的关键点；整个大凌河流域的水土流失现象被有效控制，整体态势向良性发展。层次分析法和Topsis法两者有效结合是科学可行的，适用于各个地区的水土保持工作效益评价工作。

大凌河流域；河道生态护坡；水土保持；治理效益评价

大凌河流域地理位置十分优越，是辽宁省西部地区工业和农业重要的生产基地，但该流域内水土流失现象严重，水土流失面积大约占总面积的一半约为6502.5km2。为保证大凌河流域的可持续性发展，加快流域所在地区的经济发展，我国将大凌河流域划为水土流失重点治理区域，并围绕生态护坡技术展开了一系列的水土保持全面治理活动。

河道生态护坡技术取得了一定的治理成果，但是由其大凌河流域的区域复杂性和水土流失的严重性，如何对已经完工的河道生态护坡项目进行治理评价，以及形成一套完整的评价方法还比较少见。本文以大凌河流域为研究区域，进行了针对河道生态护坡技术的研究，探讨了如何评价其水土保持治理效益。

1 研究内容

1.1 研究区概况

大凌河流域地理位置十分优越，位于辽宁省的东南部，是辽宁省西部较为重要的河流之一，河流有三处发源地，途径辽宁、内蒙古、河北，后经凌海市流入渤海。大凌河在辽宁西部地区快速发展历程中，起着举足轻重的的作用，整个河流的汇水面积为2.35万km2,长度为397km,年均径流量为16.67 亿m3。

大凌河含沙量较高，但水质较好。流域所在区域属于半干旱、半湿润地区，降水量分配极不均匀，全年80%的降水量主要集中在7-8月份，降水量分布极不均匀且降水形式多为暴雨或特大暴雨，极易引起洪水、滑坡等自然灾害的发生，导致水土流失严重，土地资源不断变少，并且一度是得大凌河成为辽宁省内水土流失最严重的地区。该流域的侵蚀类型主要是水力侵蚀，侵蚀的程度不同依次划分为轻度、中度、强度、极强度侵蚀。其中轻度和中度侵蚀最为严重，约占整个水流流失面积的82.9%。

1.2 研究区治理方案

大凌河流域水土流失现象主要集中发生在河道两岸的坡面上，由于降水量不集中，主要是集中于7、8月份，边坡和堤顶面受到雨水的冲刷，不仅导致河岸严重水土流失，而且也对水环境产生不良影响。造成河流两岸水土流失现象严重的原因还包括不合理的土地利用模式和河流两岸的生态环境遭到破坏。河道护坡技术在大凌河流域水土流失综合治理工作中发挥了关键的作用。

为了实现遏制河流两岸水土流失的目标，依据大凌河目前的生态环境状况，选择了全系列生态护坡技术、土壤生物工程技术以及复合式生物稳定技术作为主要是治理方式来控制水土流失状况，并选取了不同种类的植物体作为主要的护坡材料[1]。

1.2.1 全系列生态护坡

从河流坡面的底部往上分别种养上沉水植物(金鱼藻、狐尾藻)、浮叶植物(睡莲、眼子菜)等多种各类植物体，直至种植到坡面顶部为止[2]。形成了一个全方位多层次的生态环境防护网，不仅有效的控制了水土流失现象还美化了河道两岸的环境。根据大凌河两岸的水土流失状况，对于一些周围有居民生活的河流区域和轻度、中度侵蚀的河流区域的坡面采用了全系列生态护坡，区域面积大约为总工程量的85%。

1.2.2 土壤生物工程护坡

为了提高边坡的稳定性和牢固性，科学合理的将一些易存活、生命力顽强的植物体的根、枝扦插、种植在大凌河流域两岸边坡，以期利用植物生长将土壤加固，从而控制水土流失现象[3]。在大凌河流域整个土壤生物工程面积可达到4026m2。

1.2.3 复合式生物稳定技术

对于水力侵蚀程度较为严重的区域，将活性植物和工程举措两者有效的结合起来，充分利用锚杆、植生基质、植物体，从而实现对两岸边坡的治理和防护[4]。在大凌河流域内选取部分坡面较为陡峭的部分进行复合式生物工程，实施面积可达170m.

2 研究方法

本文选用了系统多目标决策评价方法对基于河道护坡技术的辽宁大凌河流域的水土保持治理效益进行评价。利用层次分析法对各个评价指标进行赋值权重工作，区别出各项评价指标的贡献大小[5]。对于不同时期的水土保持治理效益采用Topsis分析法与权重值相结合的方式进行科学合理的评判，得出不同时期的水土保持治理工作的效益级别[6]。通过建立该水土保持治理效益评价体系以及最后得出的评价结果，对今后的大凌河流域水土保持工作的规划和方向具有重要参考意义。

2.1 层次分析法原理

层次分析法的作用是把一个难以解决的问题转化为多个相异的层次，并对每个层次里的不同元素进行对比，从而可以得到不同的权重值，合理的对不同因素控制的事物进行多指标评价[7]。

递接层次机构原理、标度原理和排序原理三者涵盖了层次分析法的基本原理。运用层次分析法解决复杂问题时，第一步是研究问题的性质，从而明确制定整个系统的评价目标，然后通过上述研究，继而将整个系统划分成不同的影响因素层和指标层，按照制定的步骤明确全部判断矩阵的最大特征值。待上述步骤完成之后，根据计算公式CI=(λmax-n)/(n-1)得出一致性指标CI的数值，查阅相关资料确定对应的具有随机性的一致性指标RI的数值。通过公式CI=CI/RI最终得出随机的一致性比值。通常情况下，当最终计算结果大于或等于0.1时，判断矩阵的一致性偏差比较小，可以有效的进行层次单排序工作；当最终计算结果大于0.1时，判断矩阵的误差较大，需重新修改矩形，直至计算结果满足要求。

2.2Topsis法原理

Topsis法经常应用于多目标策略的分析案例中，它的基本应用原理是将初始数据的矩阵进行归一化计算，进而得出整个分析案例中的最佳方法和最差方法，然后求出各个评价指标到最佳方法和最差方法之间的距离值，并将最后求出的和最佳方法的相对接近度作为评判根据[8]。假设整个案例有x个待评价个体，每个评价个体含有的评价指标数量为y个，则评价指标矩阵T:

(1)

对各项指标分别进行归一化计算:

(2)

最终通过计算得出：

(3)

将通过层次分析法得出的每隔评价指标的权重Wj和矩阵Z*结合起来，得到：

(4)

将由每一列的最大值和最小值组成的最佳、最差方法向量设为：

Z+=(Zmax1Zmax2…Zmaxy)

Z-=(Zmin1Zmin2…Zmaxy)

(5)

将第i个评价个体和最佳方案、最差方案之间的距离为：

(6)

第i个评价个体和最佳方法的相似接近度:

(7)

CI的数值越大表示方案可行度高，综合效益好[9]。

3 评价结果与分析

3.1 评价指标的选择

深入研究了大凌河流域的实际状况，结合相关资料，将林地面积、草地面积、田地面积、水生植物面积作为评价水土保持治理效益的指标项目，通过治理的面积反映出治理的效果(表)，构建合理的大凌河流域水土保持治理效益的评价体系。

表1 2008—2015年大凌河流域水土保持治理效益各评价指标值

3.2 层次分析结果

将大凌河流域水土保持治理效益各评价指标的使用层次分析法进行判定。由于CIj=0不变，所以CR=0<1,由此可得所进行的判定工作最后的排列顺序是正确无误，各个评价指标项是符合案例要求的。通过层次分析可以得出每个不同评价指标的权重值，然后根据权重值对各个评价指标重要性进行排序；在大凌河流域水土保持治理工作中，水生植物面积、治理面积、林地面积是整个水土保持治理效益评价体系的关键点，以后的水土保持治理效益评价体系应该围绕这几个关键点进行构建。

由表2可以得出，大凌河流域各个评价指标中，水生植物面积、治理面积、林地面积最为关键，其权重值已占全部权重的74%，在整个水土保持治理工作中处于一个重要地位，是促使整个大凌河流域水土保持效益有明显提高的关键因子。以后进行水土保持治理工作时，应以该评价结果为参考，大力增加水生植物面积、治理面积、林地面积的比例，但同时也不能忽视其他指标项给整个大凌河流域的水土保持治理工作带来的影响，要充分发挥每个指标项的作用，是大凌河流域水土保持治理效益达到最大化。

表2 评价指标项排列顺序结果

3.3Topsis结果分析

为使层次分析法对大凌河流域水土保持工作效益的评价更具有说服力，更为准确，通过Topsis发再次对大凌河流域水土保持工作效益展开评价工作，通过一系列计算得到2008—2015年的评分值为：0.34，0.38，0.30，0.46，0.49，0.55，0.63，0.76，0.89。

将Topsis结果和层次分析法得到的结果进行线性回归分析[10]，可以看出两者的拟合度十分高，相似系数约为0.9726，验证了两者评价方法对大凌河流域水土保持工作效益的评价都是可靠的，对其他地区的水土保持工作重要的借鉴意义。

4 结 语

本次评价工作参考了大量大凌河流域的有关资料，将层次分析法和Topsis法两者有效的结合起来，对大凌河流域水土保持工作效益进行了全方位评价，得到如下结论：

1)层次分析法可以准确得出每个不同评价指标的权重值，并对各个评价指标的重要性进行排序；水生植物面积、治理面积、林地面积是整个大凌河流域水土保持治理效益评价体系的关键点，以后的水土保持治理效益评价体系应该围绕这几个关键点进行构建。

2)大凌河流域的水土保持治理工作在开展初期效果不佳，尤其是2010年效益最差。这是因为大凌河流域的水土保持治理工作开展初期认识不足，各个方面都在摸索展开，导致水土流失状况没有得到良好的控制；随着时间的推移，河道护坡技术的顺利进展，治理效益逐步提升，说明整个大岭河流域的水土流失现象被有效控制，整体态势向良性发展。

3)层次分析法和Topsis法两者有效结合是科学可行的，不仅能够得到准确的判定结果，而且适用于各个地区的水土保持工作效益评价工作。

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1007-7596(2017)02-0168-04

2017-02-13

刘春华(1971-)，男，辽宁阜新人，工程师，从事水土保持监督执法和水政监察等工作。

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