基于熵权的改进TOPSIS方法对黄河水土保持生态工程综合效益评估

尤立 刘平 张俊龙 李曜 胡春明

摘要水土保持效益评价对维护管理并实现水土保持项目的效益最大化发挥着重要作用。以黄河水土保持生态工程齐家川示范区为关键研究区，借助基于熵权的改进TOPSIS方法，定量分析水土保持生态工程社会经济综合效益。评估结果表明，齐家川示范区经济社会效益由高到低依次为时期 Ⅰ （2007年）、时期 Ⅱ （2008—2014年）、时期 Ⅲ （2015—2036年）；由于设施老化及牲畜啃食等问题，塬面、沟谷和坡面的水保工程的经济社会效益发生了显著的退化。

关键词TOPSIS；水土保持；社会经济效益；综合评估

中图分类号S157文献标识码A文章编号0517-6611（2017）05-0232-04

AbstractBenefit evaluation is of significant importance for maintaining and realizing the value of soil and water conservation project. In this study， the social and economic benefits of soil and water conservation project was analyzed through Entropyweight TOPSIS method in Qijiachuan demonstration zone in Yellow River Basin. From the results， the soil and economic benefits in period 1 （2007） is the highest， followed by period 2 （2008-2014） and period 3 （2015-2036）. Because the installations are aging and protection forest is eaten by livestock， the social and economic benefits of soil and water conservation project in yuan surface， cheuch and hillslope are decreasing.

Key wordsTOPSIS；Water and soil conservation；Social and economic benefits；Comprehensive evaluation

基金項目国家重点研发计划（2016YFD0501405）。

作者简介尤立（1989—），男，河北张家口人，助理工程师，硕士，从事水文、水资源管理研究。

收稿日期2016-11-30

水土保持项目不仅要重建设，对已建成的水土保持工程实施科学、合理的维护与管理对于实现水土保持项目的效益最大化也至关重要。很多项目在运行初期综合效益显著，但是由于后期项目的维护和管理不当，造成水源涵养、防风固沙作用减弱和项目的综合效益降低，导致经济和生态方面的巨大损失，影响项目的深入开展和推广。水土保持效用评价是指对减弱和预防水土流失、保护和改良水土资源、促进生态系统良性循环和社会经济系统健康发展贡献的计算和分析[1]。我国黄河流域的水土保持项目众多，但目前系统的项目评估工作开展较少。客观、科学地评价区域水土保持的生态效益、经济效益和社会综合效益，不仅能鉴定治理活动对农业和国民经济宏观发展的意义、治理策略和方法的适用性、治理措施的有效性和可靠性等，同时为黄河治理的可持续发展提供决策依据。笔者以黄河水土保持生态工程齐家川示范区为关键研究区，借助基于熵权的改进TOPSIS方法[2]，定量分析水土保持生态工程社会经济综合效益。

1基于熵权的改进TOPSIS方法

TOPSIS法又名理想解法，属于距离综合评价方法。距离综合评价法是一种以空间统计学为基础的分析方法，它通过将统计数据转化为多维坐标系中的点，在空间中确定出参考点，即最优样本点和最劣样本点，然后计算各样本点到参考点的距离进行分析评价[3-5]。即通过测度被评价对象的指标评价值向量与综合评价问题的理想解和负理想解的相对距离进行排序。若某被评价对象的指标评价值向量既最接近于最优解，又最远离最劣解，则该被评价对象被评价为最佳；反之，被评价为最差。用这种方法可以对各被评价对象进行排序。

该研究对TOPSIS方法的改进体现在利用熵权法对标准化的原始数据矩阵进行改进加权，即依据决策者考虑的侧重不同，对相应属性的权重进行修正。另一方面体现在对评价对象与正理想解和负理想解的评价值公式的改进。具体步骤如下[6-7]。

第1步，建立包含n个属性和m个方案的决策矩阵D：

第2步，利用熵权法修正各属性的权重。

熵原本是一个热力学概念，它最先由申农（C.E.Shannon）引入信息论，现已在工程技术、社会经济等领域得到广泛应用，利用熵可以解释离散型分布函数Pi的不确定性。对于第k个属性，其不确定性可用公式表示为：

式中，m为方案，H=（lnm）-1，计算指标差异系数：

对差异系数进行归一化处理：

如果决策者侧重属性λk的重要性，则可用下式修正其权重：

第3步，标准化D矩阵。公式为：

第4步，寻找理想和负理想方案。理想方案v+k是指每列中最大的正效应指标和最小的负效应指标。类似地，负理想方案v-k指每列中最小的正效应指标和最大的负效应指标。

第5步，计算各方案与理想方案及负理想方案之间的距离SS+l和SS-l，公式为：

第6步，计算各方案与负理想方案之间的距离平均值，公式为：

根据Cl对方案进行分类，Cl值越大代表方案效率越高。

2研究区概况

齐家川示范区位于甘肃省庆阳市境内，地处黄土高原沟壑区的董志塬腹地，涉及齐家川、清水沟、老庄沟和南小河沟4个小流域5个乡镇31个行政村。示范区总土地面积16657 km2，侵蚀模数6 867 t/（km2·a），年侵蚀量11438万t[8]。严重的水土流失不仅是生态环境恶化，而且阻碍着农业生产及经济发展[9]。

示范区贯彻国家对西部地区大开发和生态建设的有关方针、政策和要求，从示范区实际出发，全面规划、综合治理，突出水土流失与生态环境治理，优化水土资源的配置，以径流利用为农业增产的技术支撑，实现塬面径流的高效利用，并对沟坡、沟道径流的合理利用进行了试验示范。截至2007年8月底，累计完成水土流失治理面积53.89 hm2，其中，梯田1 089.72 hm2，乔木林2 075.50 hm2，灌木林430.20 hm2，经济林695.34 hm2，果园315.62 hm2，种草728.20 hm2，防护林54.30 hm2；新建沟头防护57处，谷坊1 084座，治沟骨干工程5座，上水工程4处，涝池93座，水窖1 948眼；建成径流高效利用示范村1个；发展果园微灌97.26 hm2，低壓管灌62.63 hm2，大田喷灌26.80 hm2；建成沙石道路28.05 km；建成苗圃2处，总面积5.10 hm2，累计为示范区提供油松、侧柏等优质苗木365万株。齐家川示范区的建成取得了良好的示范效果，综合治理程度由46.53%提高到77.00%，林草覆盖率由12.52%提高到35.56%；水土流失明显减轻，生态、社会经济持续发展，群众的生产生活条件大为改善。

3黄河水土保持生态工程社会经济效益评价

3.1经济社会效益指标体系构建

水土保持经济社会效益综合评价体系中评价因子的选取及体系的构建，主要以水土保持工程和研究部门多年使用的经济社会效益评价指标为基础，结合黄土高原区域及齐家川示范区社会、经济、生态特点，确定适合该地区实际情况的水土保持经济社会效益评价指标体系。该评价指标体系涉及经济效益和社会效益，经济效益包括塬面水土保持措施、坡面水土保持措施及沟谷水土保持措施的水补偿和保土效益；社会效益指标能够反映环境友好、社会稳定和农民生活水平，包括林草覆盖率、土地利用率、劳动人口比例、水土保持项目促进农民增收。齐家川经济社会效益指标体系见图1。

3.2数据分析与综合评估

将评价期划分为3个时期：项目建成的2007年为时期 Ⅰ，2008—2014年为时期 Ⅱ，2015—2036年为时期 Ⅲ。根据项目的基本情况，结合《黄河水土保持生态工程齐家川示范区效益分析报告》（2007年）及联合国发展计划署（UNDP）“黄河水土保持生态工程齐家川示范区水土流失防护技术评估与示范项目”相关统计数据，得出3个时期各项指标值（表1）。

将熵权法得到的指标权重代入TOPSIS模型，得到加权矩阵见表2。

通过TOPSIS法确定的最终贴进度实际上是齐家川水土保持项目经济社会效益综合指数，若贴进度分值越大，综合指数就越高，相应的综合效用水平也越高。以上结果表明，齐家川示范区经济社会效益由高到低依次为时期 Ⅰ、时期 Ⅱ、时期 Ⅲ。齐家川水土保持项目经济社会效益在时期 Ⅰ 为优，在时期 Ⅱ 和时期 Ⅲ 效用显著下降，产生这一结果的原因可能为：①随着时间的推移，塬面和沟谷水土保持设施老化或已达到蓄水拦泥上限，设施水土保持能力有所下降；②牲畜啃食或人为因素导致坡面植物发生蜕化，导致蓄水保土能力降低。

4结语

该研究利用熵权TOPSIS法对齐家川水土保持项目示范区的社会效益和经济效益进行评价，有效规避了主观赋权等方法对评价结果带来的人为影响，并能充分利用原始数据的信息反映各方案之间的差距，客观真实地反映实际情况。根据综合评估结果，齐家川示范区经济社会效益由高到低依次为时期 Ⅰ、时期 Ⅱ、时期 Ⅲ；由于设施老化及牲畜啃食等问题，塬面、沟谷和坡面的水保工程经济效益和社会效益发生了显著退化。

齐家川水土保持项目是按照“国家、地方、群众三方筹措”的方式落实项目建设资金，国家投资占主导，然而，国家投资计划从2001年起分5个年度下达，之后仅靠地方支持和群众自发出资，水土保持的成效与农民实际收益结合不紧密，因此，群众参与水保活动的积极性难以得到提高。此外，地方财力有限，难以满足水土保持工程后期的资金需求，甚至造成资金断链，影响水保工程的持续、长效运行，水土保持对生态环境改善、促进可持续发展具有长远作用，建议政府重视资金投入的持续性，建立合理的资金管理模式，合理利用有限资金，并面向社会集资，接受社会捐助，发动全社会力量共同做好水土保持工作。

参考文献

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[2] 张先起，梁川，刘慧卿.基于熵权的改进TOPSIS法在水质评价中的应用[J].哈尔滨工业大学学报，2007，39（10）：1670-1672.

[3] 余雁，梁樑.多指标决策TOPSIS方法的进一步探讨[J].系统工程，2003，21（2）：98-101.

[4] 周四军，庄成杰.基于距离综合评价法的我国国民幸福指数NHI测评[J].财经理论与实践，2008，29（5）：112-115.

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[7] 崔亮，李永平，曾雪婷，等.基于熵权TOPSIS法的水保工程水补偿效益评价[J].人民黄河，2015，37（12）：88-91.

[8] 王志雄，白文瑷，刘黎红.齐家川示范区水保生态建设的经验与体会[J].中国水土保持，2007（2）：31-32.

[9] 张绒君，赵安成，李怀有，等.齐家川示范区水土保持综合治理研究[J].人民黄河，2010，32（10）：104-105.