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      水土保持對梁山小流域可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)評估

      2018-04-20 02:53:48
      地下水 2018年1期
      關(guān)鍵詞:水土保持流域評估

      王 宇

      (沈陽市水利科學(xué)研究所,遼寧 沈陽 110043)

      長期以來,中國在小流域治理方面投入了很多的資金和精力,但小流域管理的監(jiān)測技術(shù)和管理效果并不好[1-2],監(jiān)測數(shù)據(jù)有很大的局限性。這一局限性,由于不可能準(zhǔn)確地知道土壤侵蝕的確切位置,因此也難以準(zhǔn)確把握土壤侵蝕量,給土壤侵蝕控制的監(jiān)測和管理帶來很大困難,同時(shí)也給有關(guān)部門有決策困難和問題。因此,有必要找到新的方法和手段來監(jiān)測和管理小流域,以使其更及時(shí),準(zhǔn)確地把握小流域生態(tài)環(huán)境,進(jìn)一步深入研究水土流失成因,植被覆蓋度并在流域生態(tài)恢復(fù)[3-7]。為此,筆者以梁山小流域?yàn)槔?,針對水土保持對可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了評估分析。

      1 小流域基本概況

      1.1 自然情況

      梁山小流域總面積17.63 km2,有水土流失面積0.833 km2,占總面積的4.72%,地形屬于丘陵地帶,有風(fēng)沙土和砂礫巖石,該流域平地土層較厚,土層一般在60~60 cm之間,丘陵山坡上土層較薄,有部分石質(zhì)。屬于半干旱季風(fēng)大陸性氣候,四季分明,雨熱同季,多風(fēng)少雨。該地區(qū)春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱潮濕、秋季霜凍寒冷、冬季嚴(yán)寒干燥。該流域降水較集中,日照比較多,溫差較大。平均氣溫為7.5℃,最熱的是7月份。平均溫度為22℃~23℃,最高氣溫為35.3℃,最冷是1月份,平均氣溫為-8.9℃~11.8℃,最低氣溫為-30.4℃,平均降雨量為570 mm,降雨主要集中在7—9月份,全年無霜期為154 d,年平均徑流量75 mm,凍土最大深度1.2 m。

      1.2 社會經(jīng)濟(jì)情況

      梁山小流域總?cè)丝? 950人,勞動(dòng)力980人、耕地面積1 080 hm2,總產(chǎn)值3 750萬元,其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值1 900萬元,占總產(chǎn)值的50.6%,牧業(yè)產(chǎn)值700萬元,占總產(chǎn)值18.7%,林業(yè)產(chǎn)值850萬元,占總產(chǎn)值的22.67%,漁業(yè)產(chǎn)值20萬元,占總產(chǎn)值的0.53%,工業(yè)產(chǎn)值140萬元,占總產(chǎn)值的3.73%,副業(yè)產(chǎn)值140萬元,占總產(chǎn)值的3.73%,農(nóng)業(yè)人均收入9 700元。

      1.3 土地利用調(diào)整

      生態(tài)治理工程實(shí)施后,合理利用土地資源,調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)建成經(jīng)濟(jì)效益合理,效益顯著的新農(nóng)村[8]。小流域總面積1 763 hm2。其中1 080 hm2農(nóng)地,126 hm2林地,202 hm2畜牧用地、20 hm2漁業(yè)用地、2 hm2草地、305 hm2其他用地(工礦、居民、發(fā)展用地、道路等)。調(diào)整后項(xiàng)目總面積為1 763 hm2,1 080 hm2農(nóng)業(yè)用地、126 hm2林業(yè)用地、202 hm2畜牧用地, 20.5 hm2漁業(yè)用地、2 hm2草地, 304.5 hm2其他用地。

      2 評估模型

      2.1 建立模型步驟

      綜合環(huán)境分析和評估模型,建立全面的,基于環(huán)境因素及其相互關(guān)系和綜合評估影響的區(qū)域生態(tài)環(huán)境綜合定量分析,并通過一系列計(jì)算,形成生態(tài)環(huán)境綜合量化表達(dá)結(jié)果。它具有綜合性和空間性相結(jié)合的特點(diǎn),即綜合分析多專題環(huán)境要素的總體情況和各專題要素的空間差異,多專題要素的質(zhì)量特征體現(xiàn)在定量結(jié)果[8]。

      具體步驟如下:

      (1)根據(jù)小流域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和環(huán)境評價(jià)目標(biāo),對小流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析,按照一定的原則選擇對流域具有重要影響的指標(biāo)因子小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。

      (2)根據(jù)評價(jià)指標(biāo),提取專題數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理,使之?dāng)?shù)據(jù)滿足評估模型的需要。

      (3)通過專家決策,采用AHP方法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

      (4)采用多級加權(quán)總和法計(jì)算綜合生態(tài)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)。

      (5)根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的計(jì)算結(jié)果,通過統(tǒng)計(jì)分類可以得出研究區(qū)的環(huán)境質(zhì)量狀況,并向相關(guān)決策部門提出結(jié)論和建議。

      2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

      層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是對決策者決策過程進(jìn)行建模和量化的過程。復(fù)雜的問題被分解成幾個(gè)部分。這些層次結(jié)構(gòu)是通過比較來比較的方式來確定層次的各個(gè)要素的重要性。在決策過程中將數(shù)量與質(zhì)量有機(jī)結(jié)合起來,以統(tǒng)一的方式處理復(fù)雜的問題是一個(gè)有效的決策。

      2.3 建立判斷矩陣

      判斷矩陣表示層次結(jié)構(gòu)中該層因素與上一層因素之間相對重要性的比較,按照規(guī)定的標(biāo)度方法定量化,得出判斷矩陣R:

      其中,aij是判斷矩陣R的元素,aij=1(i=j),aij的值一般采用T.L.Saaty提出的1~9標(biāo)度法。如表1所示。

      表1 層次分析1~9標(biāo)度法

      2.4 層次總排序

      層次總排序比例一致性的總層次結(jié)構(gòu)為:

      當(dāng)CR<0.10時(shí),認(rèn)為層次總排序結(jié)果是滿意的。

      2.5 確定層次指標(biāo)權(quán)重

      本文根據(jù)AHP層次分析理論,通過專家決策確定一層和二層判斷矩陣,并在VisualBasic中編程實(shí)現(xiàn)層次指標(biāo)權(quán)重計(jì)算,得出各指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

      表2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

      3 貢獻(xiàn)評估計(jì)算

      指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后,針對數(shù)據(jù)特點(diǎn),以網(wǎng)格為基本評價(jià)單元,采用加權(quán)求和的方法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,并計(jì)算出各個(gè)網(wǎng)格的綜合生態(tài)環(huán)境指標(biāo):以實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的定量評估。公式為:

      式中:Ei為第i個(gè)評價(jià)單元的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指標(biāo),Xj′為評價(jià)單元第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值,Wj為第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

      在Erdas模型中,按上述公式計(jì)算的生態(tài)環(huán)境評價(jià)結(jié)果在每個(gè)分析單元(柵格)中實(shí)施,其值為0~10之間,代表生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣。按照規(guī)范化的處理原則,價(jià)值越大,生態(tài)環(huán)境越好。所有分析單元的統(tǒng)計(jì)分類可以得到研究區(qū)的環(huán)境質(zhì)量狀況和空間分布特征。

      通過多源空間數(shù)據(jù)疊加分析和統(tǒng)計(jì)分析,客觀地了解面向區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布格局及其分布特征。對于合理利用資源和制定環(huán)境保護(hù)措施的指導(dǎo)十分重要。

      4 數(shù)據(jù)分析

      相鄰層次的流域生態(tài)環(huán)境評估合并,形成5個(gè)層次,如圖1所示。其中,三級(環(huán)評指標(biāo)5,6)占比較大,2007年三級占總面積的56.09%,2010年,2012年和2014年分別為57.178%,52.916%和51.816%,占總面積的一半以上,表明自然環(huán)境仍以中度環(huán)境為主。二、四級總面積百分比在四年內(nèi)波動(dòng),二級是生態(tài)環(huán)境指標(biāo)3和4的結(jié)合,四級是生態(tài)環(huán)境指數(shù)7和8合計(jì),2007年的二級分別比四年級高出27.273%和15.024%。等級越小,流域面積越小。2010年和2012年二,四級差距越大,優(yōu)等比例越高,四級從2010年的12.752%下降到2012年的9.621%,差距越來越大,從2010年的28.542%上升到2012年的36.116%,表明改革開放以來,自然環(huán)境不斷發(fā)展,人為造成了嚴(yán)重的自然環(huán)境破壞,水土流失嚴(yán)重,自然環(huán)境惡化。自2014年以來,占主導(dǎo)地位的情況發(fā)生了變化。四級上升了25.627%,二級下降到19.945%,表明梁山小流域從2012年起全面管理生態(tài)環(huán)境逐步取得一定成效。一級(環(huán)評指標(biāo)1和2)和五級(環(huán)評指標(biāo)大于9)的比例多年來相對穩(wěn)定,相對較少。其中,四級分別為1.036%,1.050%,1.190%和1.056%,說明小流域生態(tài)環(huán)境惡劣程度較小,隨著小生態(tài)環(huán)境的綜合治理,分水嶺。生態(tài)環(huán)境良好的五年級分別為0.577%,0.486%,0.158%和1.550%??梢钥闯觯?007年到2012年,生態(tài)環(huán)境良好的環(huán)境也逐漸下降,2014年的增長率為1.550%,這也反映出綜合生態(tài)環(huán)境經(jīng)過處理后,小流域生態(tài)環(huán)境已經(jīng)有了一定的改善程度。

      圖1 小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)等級面積所占百分比

      5 結(jié)語

      (1)針對小流域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn),采用層次分析法建立小流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。為了全面反映小流域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn),并考慮到各種水土保持

      措施,小流域氣象氣候特征,地形等信息,土地利用,植被覆蓋,水土流失和景觀形態(tài)分別為在此基礎(chǔ)上,分別評估了土地覆蓋/利用類型,植被覆蓋度,土壤侵蝕強(qiáng)度,海拔高度,地形坡度,年降水量,溫度> 0℃和景觀指數(shù)等10個(gè)指標(biāo)。

      (2)小流域結(jié)構(gòu)類型不合理,優(yōu)質(zhì)草地比例偏低,未利用地特別是野生草地比例大,不利于水土保持和自然環(huán)境恢復(fù)在小流域。要進(jìn)一步提高草地質(zhì)量和覆蓋面積,以減少草地覆蓋率低的裸地覆蓋,以維持該地區(qū)的水土流失。同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化耕地結(jié)構(gòu)和布局。

      (3)小流域整體生態(tài)環(huán)境逐步好轉(zhuǎn),但管理區(qū)生態(tài)環(huán)境仍十分脆弱。今后要加強(qiáng)小流域的管理和監(jiān)測。及時(shí)抓好治理出現(xiàn)的問題和對周邊人民的教育,宣傳小流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作,防止人為因素對小流域造成損害,及時(shí)調(diào)整不合理的治理措施。

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