水源保护区清洁小流域治理评价体系与应用

2019-01-02 05:48尤瑜策

水科学与工程技术 2018年6期

尤瑜策

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325300）

评价是生态小清洁小流域治理的一项重要内容，传统的评价方法很多，如专家评分法、层次分析法等，但采用传统的评价方法存在以下几个方面的问题：①水源保护区生态小流域治理是复杂的系统工程，传统方法难以提供科学全面的管理决策；②水源保护区生态小流域多维特性迥异多变，传统方法难以适应评价的需要；③随着生态清洁小流域治理工程数量的增加，传统评价方法的效率较低且不利于大规模推广应用；④随着生态清洁小流域治理研究的不断深入，传统的方法也不利于研究成果的应用与推广。因此，基于以上原因，目前急需建立一个科学和合理的评价体系，选取合理的评价模型和评价方法，并依托计算机技术编制评价软件，以解决上述问题。

近年来很多专家学者通过运用可拓评价理论［1］，开展分析不同的自然因素和人类活动对流域的影响情况，对流域治理开发进行有效评估，进而为人类有效治理开放流域积累经验。胡宝清［2］将可拓工程方法引入到水资源评价中。张洪波等［3］运用了多指标参数的评定模型来完整地反映地区的承载力水平，采用非对称贴近度和粗集权重来改进可拓评价模型。李祚泳［4］评述了近10年来随机集、模糊集、灰色系统、混沌理论、子波分析、物元可拓集、神经网络、遗传算法和投影寻踪等多种新理论和新技术应用于水文水资源及水环境领域研究取得的若干成果。陈南祥等［5］引入改进的可拓方法——最大贴近度法，并用熵值法确定权重系数，避免了权重系数确定过程中的主观性，由此提出了熵权可拓模型。张龙云等［6］以价值理论为基础，将物元可拓法、模糊数学法、层次分析法等有机结合，提出了水资源价值评价方法。上述研究为可拓评价理论引入水利工程的评价奠定了基础，也适合水源保护区清洁小流域治理这种多目标多维度的复杂系统的评价。笔者将重点论述可拓评价方法在该领域中的研究与应用。

1 建立指标评价体系

1.1 现状分析

评价指标筛选和指标体系构造的过程本身就是流域治理发展研究的一部分，我国学者对水土保持效益评价进行了大量研究，提出了不同的指标体系。当前小流域治理很多因素在已有的规范和导则中指标体系中没有综合体现，因此水源保护区生态清洁小流域治理评价体系指标应充分调研基础上进行构建［7-8］。

1.2 构建原则［9］

1.2.1 系统性

各评价指标及其所反映的效益特征之间应存在内在联系，相互联系的指标体系才能全面反映生态清洁小流域建设的综合效益。

1.2.2 科学性

指标应建立在一定的科学理论基础之上客观存在的，能反映治理措施在时间、空间上的变化特征和水平，反映流域各项治理措施实施后直接和间接效益。

1.2.3 层次性

各项效益应分别用众多指标进行标度，最终用来综合描述生态清洁小流域建设成效。

1.2.4 可比性

所选择的指标应充分考虑治理的阶段性，使指标既有纵向的连续性，又有不同流域建设效益的横向可比性。

1.2.5 可操作性

指标要具有可测性、可比性和可能性，易于量化，指标的设置尽可能简洁明了，避免繁杂。

2 可拓模型研究

2.1 可拓关系物元模型的建立

2.1.1 小流域生态评价模型

水源保护区生态清洁小流域治理（以下简称为“小流域生态”）评价模型不仅包含了多目标评价参数的耦合关系、关联关系和矛盾关系，还需要通过定性定量相结合的理论［11］，反映出这种关系。关系物元基本模型如图1。

图1 关系物元基本模型

2.1.2 小流域生态治理评价参数模型

在人类越来越关注绿色发展的大背景下，生态指标具有可执行性，如生活污水处理率就对水体处理、检测等方法做出严格规定，但是提高污水的处理率又可能会减少蓄水效益。传统的评价模型中只对不同指标赋予相应的权重，通过得到指标的综合量值区分某一流域的治理水平是否达标。但这种评价并没有权重的动态变化和指标间的矛盾消解办法。将上述指标体系采用关系物元模型表示，如图2。

图2 关系物元小流域生态评价模型

本文采用关系物元间的关联权重定义方法，建立不同物元属性下（量纲可不同）的关联关系。综合考虑赋分值c和关联权重值k，即将二者进行和积计算，计算结果归一化后，按照分数判断该工程所处等级L。

L=sum（c×k）

2.2 关联权重确定方法

如果某一指标属于设定的权重区间，则该工程能够评价其优劣程度，但往往有些工程的综合权重值处于界定区间的边缘，则很难界定其等级。所以采用3种权重确定方法，试图得到理想生小流域生态与现实小流域生态的偏离程度。

2.2.1 标准差法

考虑到属性值存在区间和数值的情况，以关联函数值作为度量指标，在计算出可拓距基础上，计算关联函数的标准差，从而确定属性的权重，如式（1）：

式中 si为第i个属性相似度的标准差；n为属性的个数。

假设用区域生态模式中有m个实例，每个实例具有n个影响因子，将各个影响因子归一化处理，根据相关公式计算出关联函数值如式（2），标准差如式（3），再进行和积计算：

2.2.2 关联度法

设x0为实数域中的任一点，与X0∈＜a，b＞实数域上的任一区间之距为ρ（x，X0）。其中＜a，b＞既可是开区间，也可以是闭区间，还可以是半开半闭区间。

一般地，设X0∈＜a，b＞，X∈＜c，d＞，且X0∈X，则点x关于区间X0和X组成的区间套的位置规定为:

D（x，x0，X0）描述了点x0与X0和X组成地区间套的位置关系。

在此基础上，建立了关联函数：

其中X0∈X，且无公共点用于计算点和区间套的关联程度。

式（5）的关联度k（x）取值在（-∞，+∞）之间。当X0和X取相同的区间时，k（x）在（0，1）间取值，这时的关联度表征着x与标准取值区间X0的关联程度。就可以将k（x）的值作为综合评判的权重。进而根据关联权重值k决定该物元与理想物元的相容程度。

当k＜0，表示两物元处于相斥关系；当k=0，表示两物元处于相容关系；当k＞0，表示两物元处于关联关系。

对不同小流域生态工程进行满意度调查，可以最大限度地得到整个工程对当地居民的影响程度，从而对该工程进行全面评价。

2.3 评价流程

建立了小流域生态指标的关系物元模型后，既可对候选区域生态指标进行可拓综合评价，其具体流程如图3。

图3 评价流程

3 案例分析

3.1 安吉县杭垓清洁小流域治理工程

该工程位于杭垓镇南侧，小流域内溪流主要河道为唐舍港，下游为赋石水库，总面积49.55km2，现有水土流失面积5.94km2。2009年作为生态清洁小流域建设试点项目开展治理。治理工程主要包括水土流失综合治理、生态修复工程、河道综合整理工程、人居环境综合整治工程、生态农业建设工程、植物缓冲带建设工程、生态移民工程、监测评价工程等。

3.2 诸暨市孝四溪清洁小流域治理工程

该工程位于诸暨市以东的东白山麓，地处陈蔡水库上游，流域面积39.26km2。孝四溪小流域属于水力侵蚀为主的类型区。水土流失面积16.66km2，占土地总面积的42.44%。治理措施包括小流域治理、生态修复工程、河道综合治理工程、人居环境综合整治工程、生态农业建设工程、面源污染治理工程等。

3.3 永康市舟山溪清洁小流域治理工程

该工程位于永康市东南的舟山镇境内，地处杨溪水库上游，流域面积50.71km2。小流域属于水力侵蚀为主的类型区。水土流失面积14.28km2，占土地总面积的28.16%。治理措施主要分生态修复区采取封育治理和管护两项措施；生态治理区采取低丘红壤治理、退耕还林还草、废弃矿山开采裸露面治理、节水灌溉与坡面水系调整工程、垃圾处置、污水处理、农村人居环境整治、生态农业等八项措施；生态保护区采取河道生态护岸、修建拦沙曝气坝、清污清淤等措施；建设人工湿地等措施。

3个工程的各项评价指标原始数据如表1。