南方红壤侵蚀区生态清洁小流域评价研究——以江西省为例

莫明浩 ，谢颂华 *，张磊，涂安国

生态清洁小流域建设开始于 2006年，由水利部在全国30个省（区、市）的81个小流域开展试点工程。在2010年中央1号文件和新修订的《水土保持法》中均提出开展清洁小流域建设，并在此后几年的中央1号文件中多次提及“加强清洁小流域建设”（阳文兴等，2014）。自此，作为水土保持和水环境保护的一项重要举措，生态清洁小流域建设进入大规模的实践应用阶段。经过各地多年的探索实践，清洁小流域建设取得了明显成效，建设内容和技术措施也日益丰富（刘震，2010）。

自试点工程以来，生态清洁小流域建设已实施了 10余年时间，许多小流域建设已经完成，而且近期的国家水土保持重点建设工程的小流域治理大多要求按照清洁小流域的标准进行设计和实施。大部分生态清洁小流域建设参照的是北京市的“三道防线”理论和实践（毕小刚，2011；毛华平等，2014；马文鹏等，2014），效果评价则对照水利部的行业标准《生态清洁小流域建设技术导则》（以下简称《导则》）（中华人民共和国水利部，2013）的 10个指标，判定其是否合格。然而生态清洁小流域内涵丰富，涉及指标面广，且在中国南、北方有差异，如何评价合格的小流域效果，是水利和水保部门面临的一个重要的现实问题，尤其在南方红壤侵蚀区。本文在文献查询、实地调研和专家咨询的基础上，以江西省为例，通过主评指标筛选法建立了江西省红壤侵蚀区生态清洁小流域的评价指标体系，探讨了模糊综合评价法的评价方法，以期为南方红壤侵蚀区生态清洁小流域建设的效果评价提供依据，为科学决策提供参考。

1 评价指标体系

目前，针对小流域生态评价指标方面的研究，多从小流域生态清洁程度（马文鹏等，2014；谢磊等，2012）、小流域治理效益（苏春丽等，2011；张平仓等，2009）、河流健康（张平仓等，2009；黄艺等，2010；冯彦等，2012）、流域生态系统健康（徐志嫱等，2011；龙笛等，2006）、生态清洁小流域建设措施及评价体系（张锦娟等，2010；马丰丰等，2010）等方面进行，根据不同研究对象和研究尺度，指标体系各有侧重，指标获取方法多样。本文在前人研究基础上，以小流域为单元，综合考虑流域内水环境、土壤、生态、人类社会与经济发展等四方面因素，对影响流域生态清洁的各要素进行定量或定性评估，以建立流域整体生态清洁程度评价的指标体系。

1.1 指标分析与筛选

指标选取以代表性、系统性、差异性、可获取性为原则，采用冯彦等（2012）的主评指标筛选法。查阅了国内截至2017年的130余篇前人研究成果、法规标准等，共计参评指标671项，梳理出了小流域生态评价指标系统 43个（张磊等，2017a）。依据各参评指标所侧重反映的流域特征，参照《导则》，将各项指标归纳整理为“土、生、水、人”4个方面，作为构建生态清洁小流域的评价指标体系基础。计算各个指标在 43个评价系统中的出现频次，结合指标所侧重反映的流域特征，初步确定出现频次高、能综合体现流域各方面特征的指标，作为生态清洁小流域的初选指标。根据指标体系建立原则，对初选主评指标进行相关性分析，对差异性不大的指标进行合并、归类，对代表性不强、不具有可获取性的指标予以筛除，最终组成生态清洁小流域的主评指标，以期能够反映南方红壤侵蚀区小流域生态清洁的基本状况。

表1 江西省红壤侵蚀区生态清洁小流域评价指标分级标准Table 1 Each indicator’s different level standard of eco-clean small watershed in the red soil eroded area of Jiangxi Province

1.2 指标体系

通过对指标的筛选，得出“土、生、水、人”4个方面的14个主评指标，建立评价指标体系及各指标评价分级标准，如表1所示。

为了使各评价指标具有可比性和下一步典型小流域评价具有简便、可操作性，将指标划分为 3个等级。等级划分主要有两种方法：（1）以国家有关行业、地方标准为依据，对各指标进行量化分级，如C13、C14指标；（2）以前人研究成果或研究区的实际情况为依据，综合分析各等级限值和赋值情况来划分评价等级，如 C8、C11等指标（张磊等，2017b）。

2 评价方法

生态清洁小流域是各个小流域构成因素综合作用的表现，对其进行综合评价，不能仅仅考察各个因素水平的高低，将多个因素联系起来进行综合评定，才可得出科学合理的评价结果（秦鹏等，2011；高宇婷等，2012）。本文采用模糊综合评价法，根据模糊数学的观点，基于生态清洁小流域的复杂性和动态变化性，以及由此导致的模糊性，在评价中引入模糊集的概念，将经典的“非此即彼”的二值逻辑扩展至“亦此亦彼”的模糊逻辑（王鸿杰等，2005），在模糊论域中研究生态清洁小流域各影响因素，从而达到综合评价的目的。采用的生态清洁小流域评价指标体系如表1所示，将指标体系分为目标层、准则层和指标层，共14个指标。

2.1 评价指标权重的确定

本文在参考大量相关文献和经过多名专家学者打分评价的基础上，采用层次分析法（AHP法，采用1～9标度）和特尔菲法计算出各指标的权重（高宇婷等，2012；韩美等，2006）。

按照建设目标的不同，将江西省清洁小流域分为水源保护型、生态宜居型、生态农业型和生态旅游型，因功能的不同，其指标权重也有所不同。在实践中，将其分为两类，并赋以权重进行评价，将水源保护型、生态宜居型归为一类，将生态农业型、生态旅游型归为一类。其中，水源保护型、生态宜居型生态清洁小流域，对于水环境的权重有偏重；生态农业型、生态旅游型生态清洁小流域，对于土壤、人与社会的权重有偏重。

2.2 指标隶属度评价矩阵的构造

构造评价矩阵的关键是确定各个指标的隶属度，可将其进行模糊化处理（高宇婷等，2012）。因将生态清洁小流域划分为好、较好、差3个等级（标准见表1），故分为3个区间V1、V2、V3。原则上，对于V2区间，令指标值落在区间中点，此时隶属度最大，由中点向两侧按线性进行递减处理；对于V1、V3两个区间，则令距离临界值越远，属两侧区间的隶属度越大，所构造的隶属度函数见式（1）～（3）（韩美等，2006）。同时，针对不同的生态清洁等级进行赋分，构造等级评分向量C，即：好为1，较好为0.67，差为0.33。

式中，k1为等级 V1、V2的临界值；k2为等级V2区间的中点值；k3为等级V2、V3的临界值。

定量指标 C4、C8、C9、C11、C12、C14为正向指标，是越大越优型，隶属度可直接采取以上公式计算；定量指标 C1、C5、C6、C7、C10为负向指标，是越小越优型，隶属度计算需要将条件中的“＜”和“＞”、“≤”和“≥”分别互换（韩美等，2006）。对于 C2、C3、C13等定性描述或类似定性描述的评价指标，其评价等级隶属度的确定参见表2。

表2 定性指标评价因素的隶属度评价矩阵Table 2 Matrix of membership grade of qualitative index

2.3 综合评价

考虑到各个因素对评价结果都有影响，矩阵模糊复合运算中采用加权求和模型：B=A×R，即：然后，求出生态清洁度指数的值W（W=BCT）。

3 模糊综合评价法的应用案例

以江西省赣县枧田小流域和江西省上犹县园村小流域为例，其分别为生态农业型生态清洁小流域和生态旅游型生态清洁小流域，计算各指标相应的权重，结果如表3所示。

相对于目标层和准则层的一级权重矩阵为：

A1=[0.1026 0.0500 0.4237 0.4237]

A2=[0.6000 0.2000 0.2000]

A3=[0.6667 0.3333]

A4=[0.0304 0.3501 0.2065 0.2065 0.2065]

A=[0.2087 0.2951 0.2481 0.2481]

枧田小流域位于贡水一级支流平江下游，地处赣南山地丘陵区，治理前有水土流失面积 1854.2 hm2，占土地总面积的 40.8%，属于中度侵蚀区；2014—2016年，枧田小流域以生态清洁小流域标准实施综合治理，以生态农业型治理模式为主，累计治理水土流失面积 1736.4 hm2，综合治理程度达93.6%，各项水保工程质量均达到国家一级标准。园村小流域地处江西省上犹县梅水乡，距上犹县城14 km，位于2013—2017年上犹县国家水土保持重点建设工程童川项目区内，土地总面积49.88 km2，其中水土流失面积12.32 km2；水土流失致使河道淤积堵塞较为严重，沿线大部分河道狭窄，影响了河道的行洪泄洪能力；通过生态旅游型治理模式，采取“三治同步”（治山、治水、治污）和“五水共建”（治山保水、疏河理水、产业护水、生态净水、宣传爱水）措施，实现了“产业发展、功能完善、村容整洁、环境优美”的目标。两个小流域均属亚热带湿润性季风气候，年均降雨量分别为 1476.7 mm和1519.6 mm，土壤均为主要由花岗岩、红色砂砾岩发育而成的地带性红壤。两个小流域在江西省红壤侵蚀区均具有一定的代表性，其治理模式具有典型性。生态清洁小流域建设实施前和实施后的各指标情况如表4所示。

表4 赣县枧田和上犹县园村生态清洁小流域建设实施前后各指标值Table 4 Value of each indicator of Jiantian small watershed in Ganxian County and Yuanchun small watershed in Shangyou County

以赣县枧田小流域实施后为例，根据上述方法和模糊综合评价模型，最终得到的等级评分向量和隶属评价矩阵如下：

表3 生态农业型、生态旅游型生态清洁小流域指标权重Table 3 Index weight of eco-clean small watershed of ecological agriculture type and ecological tourism type

按照上述评价方法，分别计算其他情况，得出最终评价结果。

赣县枧田小流域实施前评价结果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.151 0.408 0.441]

W=BCT=0.570

上犹县园村小流域实施前评价结果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.298 0.577 0.125]

W=BCT=0.726

赣县枧田小流域实施后评价结果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.559 0.418 0.023]

W=BCT=0.847

上犹县园村小流域实施后评价结果如下：

B=AR=A(B1, B2, B3)T=[0.603 0.397 0]

W=BCT=0.869

从最终评价结果看，赣县枧田小流域在生态清洁小流域建设实施后的生态清洁度指数为 0.847。结合图1可知，枧田小流域在0.559程度上属于“好”状态，在0.418程度上属于“较好”状态，在0.023程度上属于“差”状态。根据最大隶属度原则，赣县枧田生态清洁小流域评价为“好”。

图1 赣县枧田小流域生态清洁隶属度Fig. 1 Eco-clean membership of Jiantian small watershed in Ganxian County

从子系统层面上看，枧田小流域在实施前，水环境子系统在最大程度（0.531）上属于“较好”状态，土壤子系统在最大程度（0.477）上属于“差”状态，生态子系统在最大程度（0.583）上属于“较好”状态，人与社会子系统在最大程度（0.777）上属于“差”状态（图1）。这说明，小流域水环境、生态条件尚好，土壤、人与社会因子严重影响了小流域的生态清洁状况。生态清洁小流域建设实施后，小流域由“差”提高到“好”的状态，水环境子系统由“较好”提高到“好”，土壤子系统由“差”提高到“好”，人与社会子系统由“差”提高到“较好”，生态清洁度指数也由实施前的 0.570提高到0.847，说明赣县枧田小流域实施生态清洁小流域建设取得了理想的效果。若要将小流域建设得更加生态清洁，则应改善人与社会子系统和生态子系统中的各因子，使其由“较好”提高到“好”的状态。

上犹县园村小流域目前的生态清洁度指数为0.869。从以上计算结果和图2可知，园村小流域在0.603程度上属于“好”状态，在0.397程度上属于“较好”状态。根据最大隶属度原则，上犹县园村生态清洁小流域评价为“好”。

从子系统层面上看，园村小流域在实施生态清洁小流域建设前，水环境子系统在最大程度（0.523）上属于“较好”状态，土壤子系统在最大程度（0.703）上属于“较好”状态，生态子系统在最大程度（0.5）上属于“好”或“较好”状态，人与社会子系统在最大程度（0.548）上属于“较好”状态（图 2），说明其生态清洁小流域建设的基础条件较好。实施后，小流域由“较好”提高到“好”的状态，水环境子系统、人与社会子系统均由“较好”提高到“好”，生态清洁度指数也由实施前的0.726提高到0.869，且除土壤子系统评价为“较好”外，各子系统均为“好”，说明上犹县园村小流域实施生态清洁小流域建设效果良好。

赣县枧田小流域与上犹县园村小流域相比，实施生态清洁小流域后，园村小流域的生态清洁度指数（0.869）高于枧田小流域（0.847），说明园村小流域的生态清洁状况优于枧田小流域；实施生态清洁小流域前，园村小流域的生态清洁度指数（0.726）同样高于枧田小流域（0.570），说明园村小流域进行生态清洁流域建设的基础条件更好；而枧田小流域实施前后，生态清洁度的提高幅度更大。

4 讨论

本文指标选取以《导则》中的“评价”内容为基础，除其规定的合格评价外，本文还探讨了小流域生态清洁的等级评价。《导则》内容主要针对规划与建设内容需注意的方面，监测包括污染源监测、水土流失监测、水质水量监测和治理效果监测，评价则主要从水土流失综合治理、面源污染防治、村庄人居环境整治和小流域出口水质等方面的 10个指标进行；缺少水量评价和人居环境中的河道监测指标，且与管理内容的匹配有欠缺。而本文评价的四大方面14个指标覆盖了其中的9个，只有工业废水达标排放未纳入其中，但将流域出口地表水水质和饮用水源水质达标率纳入了评价体系，契合度很高；同时，增加了河道保护管理恢复、植被景观要求、农民生活水平等指标，对生态清洁小流域环境监测、社会和管理等方面的评价进行了补充，更加系统，在南方红壤区评价中具有可操作性。

图2 上犹县园村小流域生态清洁隶属度Fig. 2 Eco-clean membership of Yuanchun small watershed in Shangyou County

本文的评价指标并非主观选取，而是在前人研究的指标基础上，采用统计、相关性分析等数学筛选方法而得出，与前人研究相比，其结果具有合理性。针对中国北方，多是对北京市生态清洁小流域评价的研究。彭海燕等（2017）以北京市上水沟小流域为例，分别评价了其建设后植被、水文形态和水质状况，而未评价生态清洁小流域的整体状况。本文的指标与马文鹏等（2014）提出的北京山区生态清洁小流域评价的 10个标准和谢磊等（2012）提出的北京山区小流域生态清洁程度评价指标体系中的指标基本一致，但“浅层地下水水质”在南方红壤区不是严重的问题，可以不列入红壤区的评价体系。与中国南方的评价指标相比，马丰丰等（2010）提出的生态清洁小流域评价的20个指标中“景观类型多样性指数”、“年森林消长比率”、“河流生物完整性系数”等指标很难获取，可获取性方面不如本文采用的指标；本文评价指标涉及了张锦娟等（2010）提出的生态清洁小流域建设措施体系的各方面，与李双喜等（2017）指出的生态清洁小流域后评价指标体系也基本一致，故能够体现出南方红壤侵蚀区的特点。

本文提出了生态清洁小流域模糊综合评价方法，并通过两个典型小流域案例进行了评价过程和结果的分析；赣县枧田小流域与上犹县园村小流域均通过了生态清洁小流域建设的验收，各项水保工程质量均达到国家一级标准，与评价结果“好”具有一致性，表明该评价方法具有可行性。与马文鹏等（2014）、李双喜等（2017）的“打分”法相比，均考虑了各项参数在流域生态清洁程度中的作用差异并给予不同权重，采用模数综合评价方法具有比可用隶属函数描述各指标分界线、通过隶属度判别指标程度、使评价结果更客观的优点。通过该评价方法，可以对同一小流域不同时期情况进行纵向评价，也可以对同一时期不同小流域情况进行横向评价，可为生态清洁小流域建设的考核提供参考，供决策者灵活采用；决策者可根据实际情况，按照小流域建设目标，赋以不同的权重或对权重予以修正，以达到评价和考核的目的。然而，仍需要在今后的工作中，将评价方法不断运用于实践，并将评价结果与实际效果进行拟合（李双喜等，2017），才能更加准确、科学地评价生态清洁小流域的建设效果。

5 结论

（1）通过主评指标筛选，建立了江西省红壤侵蚀区生态清洁小流域的评价指标体系，包括水环境、土壤、生态、人与社会等四方面的 14个评价指标，可为南方红壤侵蚀区生态清洁小流域评价提供参考。

（2）以江西省赣县枧田小流域和上犹县园村小流域为例，提出了模糊综合评价的评价方法；评价结果可反映小流域的生态清洁程度，可进行生态清洁小流域建设的横纵向对比；对小流域存在的问题，应及时采取治理和修复措施，提高其生态清洁程度。

（3）提出了“指标选取-评价方法-评价结果分析”的生态清洁小流域评价的全过程，该评价过程可为中国生态清洁小流域建设效果的评价提供参考。

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