水土保持对梁山小流域可持续发展的贡献评估

王 宇

(沈阳市水利科学研究所，辽宁 沈阳 110043)

长期以来，中国在小流域治理方面投入了很多的资金和精力，但小流域管理的监测技术和管理效果并不好[1-2]，监测数据有很大的局限性。这一局限性，由于不可能准确地知道土壤侵蚀的确切位置，因此也难以准确把握土壤侵蚀量，给土壤侵蚀控制的监测和管理带来很大困难，同时也给有关部门有决策困难和问题。因此，有必要找到新的方法和手段来监测和管理小流域，以使其更及时，准确地把握小流域生态环境，进一步深入研究水土流失成因，植被覆盖度并在流域生态恢复[3-7]。为此，笔者以梁山小流域为例，针对水土保持对可持续发展进行了评估分析。

1 小流域基本概况

1.1 自然情况

梁山小流域总面积17.63 km2，有水土流失面积0.833 km2，占总面积的4.72%，地形属于丘陵地带，有风沙土和砂砾岩石，该流域平地土层较厚，土层一般在60～60 cm之间，丘陵山坡上土层较薄，有部分石质。属于半干旱季风大陆性气候，四季分明，雨热同季，多风少雨。该地区春季干旱多风、夏季炎热潮湿、秋季霜冻寒冷、冬季严寒干燥。该流域降水较集中，日照比较多，温差较大。平均气温为7.5℃,最热的是7月份。平均温度为22℃～23℃，最高气温为35.3℃，最冷是1月份，平均气温为-8.9℃～11.8℃,最低气温为-30.4℃,平均降雨量为570 mm，降雨主要集中在7—9月份，全年无霜期为154 d，年平均径流量75 mm，冻土最大深度1.2 m。

1.2 社会经济情况

梁山小流域总人口1 950人，劳动力980人、耕地面积1 080 hm2，总产值3 750万元，其中农业产值1 900万元，占总产值的50.6%，牧业产值700万元，占总产值18.7%，林业产值850万元，占总产值的22.67%，渔业产值20万元，占总产值的0.53%，工业产值140万元，占总产值的3.73%，副业产值140万元，占总产值的3.73%，农业人均收入9 700元。

1.3 土地利用调整

生态治理工程实施后，合理利用土地资源，调整土地利用结构，在项目结束时建成经济效益合理，效益显著的新农村[8]。小流域总面积1 763 hm2。其中1 080 hm2农地，126 hm2林地，202 hm2畜牧用地、20 hm2渔业用地、2 hm2草地、305 hm2其他用地(工矿、居民、发展用地、道路等)。调整后项目总面积为1 763 hm2，1 080 hm2农业用地、126 hm2林业用地、202 hm2畜牧用地， 20.5 hm2渔业用地、2 hm2草地， 304.5 hm2其他用地。

2 评估模型

2.1 建立模型步骤

综合环境分析和评估模型，建立全面的，基于环境因素及其相互关系和综合评估影响的区域生态环境综合定量分析，并通过一系列计算，形成生态环境综合量化表达结果。它具有综合性和空间性相结合的特点，即综合分析多专题环境要素的总体情况和各专题要素的空间差异，多专题要素的质量特征体现在定量结果[8]。

具体步骤如下：

(1)根据小流域生态环境特点和环境评价目标，对小流域生态环境现状进行综合分析，按照一定的原则选择对流域具有重要影响的指标因子小流域生态环境质量评价指标体系。

(2)根据评价指标，提取专题数据，并进行处理，使之数据满足评估模型的需要。

(3)通过专家决策，采用AHP方法确定各指标的权重。

(4)采用多级加权总和法计算综合生态环境评价指标。

(5)根据生态环境质量评价的计算结果，通过统计分类可以得出研究区的环境质量状况，并向相关决策部门提出结论和建议。

2.2 确定指标权重

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是对决策者决策过程进行建模和量化的过程。复杂的问题被分解成几个部分。这些层次结构是通过比较来比较的方式来确定层次的各个要素的重要性。在决策过程中将数量与质量有机结合起来，以统一的方式处理复杂的问题是一个有效的决策。

2.3 建立判断矩阵

判断矩阵表示层次结构中该层因素与上一层因素之间相对重要性的比较，按照规定的标度方法定量化，得出判断矩阵R：

其中，aij是判断矩阵R的元素，aij=1(i=j)，aij的值一般采用T.L.Saaty提出的1～9标度法。如表1所示。

表1 层次分析1～9标度法

2.4 层次总排序

层次总排序比例一致性的总层次结构为：

当CR<0.10时，认为层次总排序结果是满意的。

2.5 确定层次指标权重

本文根据AHP层次分析理论，通过专家决策确定一层和二层判断矩阵，并在VisualBasic中编程实现层次指标权重计算，得出各指标权重如表2所示。

表2 生态环境质量综合评价指标权重

3 贡献评估计算

指标数据标准化后，针对数据特点，以网格为基本评价单元，采用加权求和的方法对指标数据进行标准化处理，并计算出各个网格的综合生态环境指标：以实现对生态环境质量的定量评估。公式为：

式中：Ei为第i个评价单元的生态环境质量综合评价指标，Xj′为评价单元第j个评价指标的标准化值，Wj为第j个评价指标的权重。

在Erdas模型中，按上述公式计算的生态环境评价结果在每个分析单元(栅格)中实施，其值为0～10之间，代表生态环境优劣。按照规范化的处理原则，价值越大，生态环境越好。所有分析单元的统计分类可以得到研究区的环境质量状况和空间分布特征。

通过多源空间数据叠加分析和统计分析，客观地了解面向区域的生态环境质量空间分布格局及其分布特征。对于合理利用资源和制定环境保护措施的指导十分重要。

4 数据分析

相邻层次的流域生态环境评估合并，形成5个层次，如图1所示。其中，三级(环评指标5,6)占比较大，2007年三级占总面积的56.09%，2010年，2012年和2014年分别为57.178%，52.916%和51.816%，占总面积的一半以上，表明自然环境仍以中度环境为主。二、四级总面积百分比在四年内波动，二级是生态环境指标3和4的结合，四级是生态环境指数7和8合计，2007年的二级分别比四年级高出27.273%和15.024%。等级越小，流域面积越小。2010年和2012年二，四级差距越大，优等比例越高，四级从2010年的12.752%下降到2012年的9.621%，差距越来越大，从2010年的28.542%上升到2012年的36.116%，表明改革开放以来，自然环境不断发展，人为造成了严重的自然环境破坏，水土流失严重，自然环境恶化。自2014年以来，占主导地位的情况发生了变化。四级上升了25.627%，二级下降到19.945%，表明梁山小流域从2012年起全面管理生态环境逐步取得一定成效。一级(环评指标1和2)和五级(环评指标大于9)的比例多年来相对稳定，相对较少。其中，四级分别为1.036%，1.050%，1.190%和1.056%，说明小流域生态环境恶劣程度较小，随着小生态环境的综合治理，分水岭。生态环境良好的五年级分别为0.577%，0.486%，0.158%和1.550%。可以看出，2007年到2012年，生态环境良好的环境也逐渐下降，2014年的增长率为1.550%，这也反映出综合生态环境经过处理后，小流域生态环境已经有了一定的改善程度。

图1 小流域生态环境质量评价等级面积所占百分比

5 结语

(1)针对小流域生态环境的特点，采用层次分析法建立小流域生态环境质量评价指标体系。为了全面反映小流域生态环境的特点，并考虑到各种水土保持

措施，小流域气象气候特征，地形等信息，土地利用，植被覆盖，水土流失和景观形态分别为在此基础上，分别评估了土地覆盖/利用类型，植被覆盖度，土壤侵蚀强度，海拔高度，地形坡度，年降水量，温度> 0℃和景观指数等10个指标。

(2)小流域结构类型不合理，优质草地比例偏低，未利用地特别是野生草地比例大，不利于水土保持和自然环境恢复在小流域。要进一步提高草地质量和覆盖面积，以减少草地覆盖率低的裸地覆盖，以维持该地区的水土流失。同时进一步优化耕地结构和布局。

(3)小流域整体生态环境逐步好转，但管理区生态环境仍十分脆弱。今后要加强小流域的管理和监测。及时抓好治理出现的问题和对周边人民的教育，宣传小流域生态环境保护工作，防止人为因素对小流域造成损害，及时调整不合理的治理措施。

[1]陈云浩,冯通,史培军,等.基于面向对象和规则的遥感影像分类研究[J].武汉大学学报(信息科学版).2006(04):316-320.

[2]崔林丽,唐娉,赵忠明,等.一种基于对象和多种特征整合的分类识别方法研究[J].遥感学报.2006(01) :104-110.

[3]钱巧静,谢瑞,张磊,等.面向对象的土地覆盖信息提取方法研究[J].遥感技术与应用.2005(03) :338-342.

[4]邵波,陈兴鹏.甘肃省生态环境质量综合评价的AHP分析[J].干旱区资源与环境.2005(04) :29-32.

[5]郑粉莉,王占礼,杨勤科.土壤侵蚀学科发展战略[J].水土保持研究.2004(04) :1-10.

[6]王占礼,黄新会,牛振华.国内主要流域侵蚀产沙模型评述[J].水土保持研究.2004(04) :28-33.

[7]王振颖,蔡景平,张中凯.辽宁省水土流失现状、动态变化及防治对策[J].水土保持应用技术.2002.(05)：32-36.

[8]朱淼.辽宁省水土流失重点防治区划分方法及成果[J].水土保持应用技术.2017.(03)：30-32.