基于綜合效益的北票市白石廠小流域水土保持評(píng)價(jià)

劉 菲

(北票市水土保持局，遼寧 朝陽(yáng) 122100)

0 引 言

我國(guó)屬于水土流失危害最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)約1/3的地區(qū)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經(jīng)濟(jì)損失十分巨大，并對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和自然環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，尤其是小流域水土保持綜合治理形式更加嚴(yán)峻[1]。

隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，關(guān)于水土流失治理問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視，以小流域?yàn)榛締卧闹卫砟Ｊ街饾u成為區(qū)域水土保持規(guī)劃的重要依據(jù)。一直以來(lái)，對(duì)于小流域治理方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、治理措施的適宜性分析等為國(guó)內(nèi)外研究的主要內(nèi)容，并在生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理效益評(píng)價(jià)方面取得了一些成果[2-4]。水土保持評(píng)價(jià)經(jīng)歷了由最初的單因素定性分析到現(xiàn)在的多目標(biāo)、多因素的綜合評(píng)價(jià)，越來(lái)越多的新技術(shù)和新方法被應(yīng)用于小流域治理工程中，這對(duì)于促進(jìn)治理項(xiàng)目的穩(wěn)步實(shí)施、治理方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工程效益的科學(xué)評(píng)價(jià)提供了重要依據(jù)。

水土保持治理在促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、改良和保護(hù)水土資源、預(yù)防及減少水土流失等方面發(fā)揮著重要作用[5]。關(guān)于治理效益的評(píng)價(jià)研究雖然已獲得一些的成果，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，由于效益評(píng)價(jià)的復(fù)雜性目前仍存在許多不足之處，如不同水保措施的生態(tài)效應(yīng)作用機(jī)制存在差異，從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建不夠系統(tǒng)、全面[6-9]。鑒于此，本文綜合考慮生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等多因素影響，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了北票市白石廠小流域的水保措施的綜合效益，以期為協(xié)調(diào)好人類活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系和區(qū)域水土保持規(guī)劃提供一定借鑒。

1 建立指標(biāo)體系

本文遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、可獲取性、合理性和客觀性等原則，結(jié)合北票市地形地貌特征、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r和前人研究成果，綜合考慮小流域水土流失的特點(diǎn)及水保治理的復(fù)雜性特征，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)3個(gè)方面選擇了治理度、侵蝕模數(shù)、經(jīng)濟(jì)內(nèi)部回收率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、基本農(nóng)田等10個(gè)指標(biāo)，然后按一定的原則構(gòu)造了包含因素層、系統(tǒng)層和目標(biāo)層的梯階框架體系，如表1所示。

2 多層次模糊綜合評(píng)判模型

水保效益的科學(xué)評(píng)價(jià)可為小流域水土保持規(guī)劃和治理方案的優(yōu)化提供重要的指導(dǎo)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐和研究發(fā)展水保治理計(jì)算方法較多。對(duì)于存在模糊性、隨機(jī)性特征的研究對(duì)象，目前比較常用的方法為模糊數(shù)學(xué)法，其評(píng)價(jià)過(guò)程即為小流域水保治理效益的綜合評(píng)判。將研究對(duì)象按照影響因素的不同可分為一級(jí)或多級(jí)，當(dāng)考慮存在多層次、多參數(shù)的評(píng)價(jià)體系時(shí)，采用一級(jí)模糊評(píng)價(jià)往往難以系統(tǒng)、全面的反映評(píng)價(jià)結(jié)果，因此對(duì)小流域綜合效益的評(píng)價(jià)分析考慮利用多層次模糊數(shù)學(xué)法。

表1 水土保持綜合效益評(píng)價(jià)體系

2.1 評(píng)判因子集

依據(jù)某一屬性c將評(píng)判集合U劃分為m個(gè)子集，且符合如下條件：

(1)

通過(guò)以上處理可確定二級(jí)評(píng)判因子集合，即U/c={U1,U2,…,Um}，其中，U{uik},i=1,2,…,nk。

2.2 綜合評(píng)判模型

依據(jù)單層次模糊綜合評(píng)判模型對(duì)子集Ui中的nk個(gè)評(píng)判因素進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合各因素的重要性程度賦予相應(yīng)的權(quán)重Ai，由此可構(gòu)造水土保持綜合效益評(píng)價(jià)決策矩陣Ri，子集Ui的評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

Bi=AioRi[bi1,bi2,…,bim]

(2)

對(duì)于二級(jí)模糊評(píng)判矩陣可由生成的一級(jí)評(píng)價(jià)參數(shù)組成，在二級(jí)評(píng)價(jià)過(guò)程中判斷矩陣如下：

(3)

設(shè)小流域水土保持效益評(píng)價(jià)U/c中的各因素子集的權(quán)重為A，則依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可確定綜合效益評(píng)價(jià)值為：

B=A·R=(b1,b2,…,bm)

(4)

式中：B為U/c的綜合評(píng)判值和U中各評(píng)判因素的評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 小流域水土保持效益評(píng)價(jià)

3.1 流域概況

北票市處于遼西山地丘陵區(qū)，該區(qū)域人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁且生態(tài)環(huán)境脆弱屬于國(guó)家重點(diǎn)水土流失治理區(qū)。由于歷史上干旱少雨、土地不合理利用、植被過(guò)度砍伐等不利因素影響，境內(nèi)土壤較為貧瘠，植被稀少，土壤抗侵蝕力差，水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題十分突出。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，原有生態(tài)系統(tǒng)因土地開發(fā)利用被嚴(yán)重破壞，加之河道防洪安全、河道淤積等影響，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展和城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)，城市生態(tài)安全和人居環(huán)境面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為改善當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，加強(qiáng)荒山緩坡的治理力度，促進(jìn)農(nóng)民增收和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就必須將地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃與水土流失治理、污染控制、自然環(huán)境治理有效結(jié)合，開展以田園路村、山水林草為主的小流域綜合治理。北票市水保部門和生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)，依據(jù)治理措施配置、經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件、水土流失類型、地形地貌特征以及自然狀況等勘察資料，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察選定白石廠小流域進(jìn)行水土保持綜合治理。

白石廠小流域位于北票市西官營(yíng)鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置為東經(jīng)120°3232″-120°32′43″、北緯41°52′32″-41°50′24″之間，屬大凌河支流西官河中游。項(xiàng)目治理區(qū)屬于半干旱、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，地處遼寧省西北部低山丘陵區(qū)，年均降水量509mm，其中7、8、9三個(gè)月的降水比較集中。氣候特征為溫差較大、雨熱同期、春季干旱、日照充足，年均氣溫溫8.8℃，無(wú)霜期150d。白石廠小流域總面積852.88hm2，其中林地、設(shè)施農(nóng)業(yè)、坡耕地、荒地、城鎮(zhèn)居民及工況用地分別為341.03、8.38、309.74、165.67、28.05hm2。由于地形地貌、自然環(huán)境等條件限制，加之不合理的開發(fā)利用，使得治理區(qū)內(nèi)水土流失災(zāi)害影響范圍廣、面積大且農(nóng)林牧副業(yè)生產(chǎn)發(fā)展極不平衡。項(xiàng)目治理區(qū)以水力侵蝕為主，且屬于土石質(zhì)中度侵蝕區(qū)，其中中度和輕度侵蝕面積分別為165.67、310.02hm2，土壤侵蝕模數(shù)3462t/km2·a。

3.2 治理措施

根據(jù)流域內(nèi)的地形地貌特征、水土流失特點(diǎn)及土壤侵蝕類型，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)條件以水土資源合理開發(fā)利用為原則，以坡耕地改造與保護(hù)、植被恢復(fù)為重點(diǎn)，以糧食安全生成為中心開展小流域水土流失綜合治理。計(jì)劃完成治理面積332.83hm2，其中作業(yè)路面2.00km，保土耕作213.89hm2，果樹臺(tái)田118.94km2，工程總用工1.37萬(wàn)工日，動(dòng)用土石方6.24 萬(wàn)m3，工程總用機(jī)械427.78臺(tái)時(shí)。

通過(guò)建設(shè)實(shí)施保土耕作、水平梯田等工程措施減少坡耕地的水土流失，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨徑流的有效調(diào)節(jié)，對(duì)于無(wú)法修建梯田的坡度為5°-15°的坡耕地采取沿等高線耕作的方式，由此達(dá)到攔截部分徑流、蓄水保墑的目的；為減少水土流失提高蓄水保土能力，將橫向攔水埂間隔設(shè)置于田間壟向；為改善荒山荒坡的立地條件采取魚鱗坑、水平槽等措施，可為生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)提供有利條件；采取封育治理措施提高疏林地的林草覆蓋率，建設(shè)谷坊工程遏制溝蝕的進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 綜合效益分析

1)評(píng)價(jià)要素集和評(píng)語(yǔ)集。根據(jù)所建立的梯階框架評(píng)價(jià)體系建立系統(tǒng)層、因素層的評(píng)價(jià)因子集為：U={U1,U2,U3}={生態(tài)效益，經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益}、U1={u11,u12,u13,u14}、U2={u21,u22,u23,u24}、U3={u31,u32}。然后根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究成果和土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將水土保持效益評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分四個(gè)等級(jí)，即V={v1,v2,v3,v4}={好，較好，一般，差}。

2)確定決策矩陣。采用模糊數(shù)學(xué)法定量估算各評(píng)價(jià)指標(biāo)確定各單要素子集Ui的決策矩陣Ri，對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)劃分的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)北票市白石廠小流域治理項(xiàng)目的實(shí)際情況，確定不同等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下各參數(shù)的特征值如表2所示。

表2 小流域水土保持綜合效益評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)以上分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可確定決策矩陣Ri的計(jì)算公式如下：

Ri=(rijk)

(5)

式中：i、j分別為單要素子集數(shù)及其包含的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)；

k為評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)。

3) 確定權(quán)重。當(dāng)前，針對(duì)水土保持措施改善大氣環(huán)境、恢復(fù)植被、改良土壤和涵養(yǎng)水源的成效機(jī)制研究仍存在一定的局限性，為獲取客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果必須采取合適的方法確定各參數(shù)權(quán)重。關(guān)于上層某一指標(biāo)而言下一層級(jí)各指標(biāo)的影響程度不同，因此可采用貢獻(xiàn)率法確定各單要素的權(quán)重系數(shù)向量Wi，其表達(dá)式為：

ui=xi/si

(6)

Wi=ui/∑ui

(7)

式中：si、xi分別為指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)值；

Wi、ui為指標(biāo)i的權(quán)重及其超標(biāo)倍數(shù)。

采用專家咨詢和主觀判斷相結(jié)合的方法確定各自己的權(quán)重向量系數(shù)W，最終求得計(jì)算結(jié)果為W=[0.37、0.35、0.28]。

4) 綜合評(píng)價(jià)。依據(jù)合成運(yùn)算法則和普通的矩陣乘法確定社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)子集Ui的評(píng)判結(jié)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，可建立各系統(tǒng)層的評(píng)判矩陣如下：

根據(jù)文中計(jì)算公式確定最終的評(píng)價(jià)結(jié)果為B=WoR=[0.60,0.16,0.19,0.05]，研究表明白石廠小流域水土保持治理取得了較好的綜合效益。根據(jù)實(shí)地考察和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，該評(píng)價(jià)結(jié)果與區(qū)域?qū)嶋H狀況基本吻合，由此進(jìn)一步說(shuō)明水土保持治理項(xiàng)目的實(shí)施發(fā)揮了明顯的成效。另外，根據(jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)子系統(tǒng)評(píng)判結(jié)果可知，治理項(xiàng)目的實(shí)施發(fā)揮著重要的積極作用，在改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、增大林草覆蓋率方面具有明顯的效應(yīng)。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合北票市白石廠小流域水保治理項(xiàng)目和當(dāng)前水土保持效益評(píng)價(jià)研究成果，對(duì)項(xiàng)目區(qū)綜合效益利用多層次模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，可為解決水土流失治理過(guò)程中存在的問(wèn)題，揭示各項(xiàng)治理措施的作用機(jī)理及其區(qū)域適宜性，進(jìn)一步完善并修訂綜合治理方案提供一定指導(dǎo)作用。在評(píng)價(jià)體系選取時(shí)借鑒了相關(guān)研究資料，關(guān)于各指標(biāo)的實(shí)用性、前瞻性和非一致性問(wèn)題的優(yōu)化處理等問(wèn)題仍需要進(jìn)一步深入研究。