基于灰色投影法的水保效益评价研究

赵东阳

(辽宁省朝阳市龙城区水利局，辽宁 朝阳 122000)

水保效益评价涉及因素多、范围广、涵盖内容复杂，对此国内学者从各自领域做了大量研究。例如，马骞等[1]对小流域生态效益利用灰色关联法进行科学有效的动态评估；康玲玲等[2]对水土保持生态效益从各类影响因素的角度交易分析，并深入探究了各因素的作用机理；林积泉等[3]提出多层次、多因素小流域环境质量评价，主成分分析法具有较好适用性与有效性；陈伟杰等[4]以浑椿河小流域为例，从经济、生态的角度综合评价其治理效益。然而，考虑到水保效益评价存在的因素多样性、地域复杂性特征，尚未形成普遍适用的方法和体系，研究分析此类问题极其重要[5]。

将矢量投影原理与灰色系统理论相耦合的多目标决策灰关联投影法，能够保证评价结果的客观真实性，对于随机性、不确定性问题的处理该方法具有较好的适用性，现已广泛应用于工业、社会、农业、能源、石油、经济和地质等诸多领域，对解决生产生活、科学研究等问题发挥了巨大作用[6-13]。鉴于此，本文结合现有研究成果，将矢量投影原理与灰色系统理论相耦合构建多目标决策水保效益评价模型，以实际工程为例探索了水保效益评价模型，通过比较分析评价结果验证了该方法的有效性与科学性。

1 多目标决策灰色关联投影模型

灰色关联法是以曲线间的相似程度为基准，利用数学方法评判关联度，若待选方案与最佳方案间关联度越大，其趋近理想方案的程度就越高，性能就越好[14]。实现流程为：为了较为准确的获取理想方案应充分比较决策序列关系，采用归一化公式处理各方案评判因子值；利用数学方法求解待选方案的关联度，以单一综合值替代多属性方案指标，各决策方案优选依据即为关联度最终排序，具体如下。

1.1 决策矩阵的构造

设集合U、V为多目标决策域和所有参评指标集，即U={方案1，方案2，…，方案n} 、V={指标1，指标2 ，…，指标m}。参评指标Vj在待评方案Ui中的参数值为Yij，因素指标Vj在理想方案U0中的参数值为Y0j，其中i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；另外，在Vj为效益型或成本型指标时，Y0j=max(Y1j，Y2j，…，Ynj)或Y0j=min(Y1j，Y2j，…，Ynj)，该条件下指标集V对于方案集U的判断矩阵为Y=(Yij)(n+1)×m。

1.2 数据标准化处理

考虑到各指标量纲和单位的不同无法直接参与水保效益评价，为消除不同指标间的不可通透性要先标准化处理决策矩阵Y中的初始值，生成标准矩阵Y′，则效益型或成本型指标Vj的标准化公式如式(1)或式(2)：

(1)

(2)

1.3 关联度的计算

(3)

式中：λ为减弱极值影响的分辨系数，其取值范围为0～1，一般取0.5。

1.4 灰色关联投影值

运用式(4)确定在理想方案Uo上决策方案Ui的关联投影值Dj，表达式为：

(4)

(5)

根据每个决策方案投影值给出合理评价，投影值越大则决策方案趋近理想方案的程度越高，该方案的水保效益就越好。

2 水保效益评价

2.1 效益评价体系

为了能够从复杂庞大的信息中选择相互独立且主导性好的评价指标，应遵循以下原则确定参评指标：(1)动态性：水土保持属于一项长期的连续性工作，参评指标要反映多年的生态治理变化状况，确保治理效益的横向可比性和纵向连续性。(2)目的性：水土保持的目标为有效控制水土流失和保护生态环境，要围绕该目标选取评价指标。(3)独立性：参评指标要尽量避免重复处理数据，防止信息重叠与交叉，确保参评指标内涵明确且彼此独立。(4)科学性：参评指标要科学分析水土保持的各项措施、治理目标及效应机理，不能主观猜测而随意确定。

因此，本研究结合水土保持现状和水土流失特征，充分考虑流域内降雨侵蚀力度大、雨量丰富、低山丘陵众多等实际情况，从社会、经济与生态3个方面选择17项典型指标，按照梯阶框架结构构建多因素、多目标评价体系，如表1～表3。

表1生态效益和决策方案基本情况

表2 社会效益和决策方案基本情况

表3 经济效益和决策方案基本情况

2.2 建模计算

由于表格大、数据多且运算流程相似，以“生态效益”为例进行评价。结合表1中的数据构造理想决策方案U0，即U0=(4485.60 2340.45 71.26 75.00 82.00 0.582)；以参评指标初始数据为基础构造方案集U的决策矩阵Y，如下：

将初始决策矩阵Y利用公式(1)、(2)标准化处理，从而生成标准矩阵Y′，结果如下：

然后利用公式(3)求解相应的关联系数，在此基础上构造效益评价灰色判断矩阵F，即：

利用公式(4)求解各流域的关联投影值Dj，则Dj(生态效益)=(0.0625 0.0782 0.0861 0.0562 0.0452)，依次求解经济、社会和综合效益的灰色关联投影值Dj：Dj(社会效益)=(0.0357 0.0628 0.0621 0.0850 0.0516)；Dj(经济效益)=(0.0381 0.0460 0.0620 0.0435 0.0305)；Dj(综合效益)=(0.1258 0.1785 0.2147 0.1782 0.1251)。

2.3 结果分析

各方案水保效益按灰色关联投影值大小做出判断，从综合效益的角度进行序排列：流域3>流域2>流域4>流域1>流域5；从经济效益的角度进行排列：流域3>流域2>流域4>流域1>流域5；从社会效益的角度进行排列：流域4>流域2>流域3>流域5>流域1；从生态效益的角度进行排列：流域3>流域2>流域1>流域4>流域5。该评价结果与文献资料基本一致，验证了耦合模型的可行性和有效性。

3 结 论

(1)本文以文献资料为基础，将矢量投影原理与灰色系统理论相耦合构建水保效益评价模型，结果显示评价结果与文献资料保持较高的一致性，由此验证了耦合模型具有较好适用性与可靠性。

(2)综合考虑多因素、多目标评价体系的灰色关联投影评价模型，有效规避了传统方法单一因素分析偏差的问题，可以较为客观准确的反映不同指标间的关联作用和整个指标体系的影响，其运算过程简便且评价结果更加客观实际，可为其他领域研究提供借鉴。