退牧还草工程效益评价中多属性决策模型的构建

丰 骁，牛雪娜

（1.天水市秦州区畜牧兽医局，甘肃 天水 741000；2.甘肃农业大学理学院数量生物学研究中心，甘肃 兰州 730070）

随着环境气候变化的影响和滥垦、滥伐超载过牧等人类活动的破坏，我国天然和人工草地出现了不同程度的退化、沙化和盐渍化，导致沙尘暴频发、水土流失加剧，草地生产力低下等生态问题。在经济社会欠发达、自然生态条件脆弱的西部地区表现尤为突出，为遏制草地生态环境进一步恶化的趋势，维护国家生态安全，实现经济社会协调可持续发展，国家于2002年末正式批准在西部11个省区内实施退牧还草工程，以保护和恢复退化的草地植被，建立绿色生态屏障，实现草业可持续发展。为给项目管理和实施部门提供合理可行的决策依据，项目的评价必不可少。许多专家学者对项目的效益评价[1-3]和项目实施对农牧民生产生活的影响[4-6]作了深入的研究。赵成章[7,8]等构建了退牧还草工程综合效益评价体系，并作了相应的实证研究；王静等[2]从草地生态系统服务价值变换角度研究了退牧还草工程的生态效益；张鹤[1]、赵春花[3]等选取了特定的项目执行区，结合实证分析，对项目工程效益进行了评价；李新[4]、王艳艳[5]、李善堂[6]等就退牧还草工程对农牧民生产生活的影响作了相关研究。虽然已有学者从不同角度对退牧还草工程效益评价进行了研究，但目前为止尚未形成一套公认、统一的评价指标体系，况且既有指标体系过于繁杂，致使后续的数据收集及定量分析研究变得复杂和难以实施。

评价或评估是项目决策过程中的重要步骤，甚至是关键性环节，评价的结果可以直接作为项目管理决策者的决策依据。退牧还草工程是一项庞杂的系统工程，其评价系统往往分多个层次，每个层次又包含多个评价指标，退牧还草的效益评价涉及多准则或多属性问题。首先根据指标体系所具有的层级结构，考虑构建能较为准确反映项目工程效益的指标体系，并使用层次分析法确定出各指标权重。然后建立退牧还草工程效益评价的多属性决策模型对工程效益进行评价，运用该模型也可对其他项目的生态效益进行评价，此模型具有可操作性强，普遍适用的特点。

1 评价的内涵和原则

1.1 内涵

生态工程项目除具有一般工程项目的共性外，还应具有生态特性。以生态学理论为依据，在注重生态效益同时，兼顾经济社会效益对生态项目进行一种系统客观的分析评价，以确定项目的效果、效益和目标的实现程度。与一般工程项目类似，生态工程项目评价也分为两类，一类为对现存或正在实施的项目系统进行评级，以判定和测量被评系统的性能和质量[9,10]；另一类为项目后评价，在项目实施后根据实际数据资料进行检验评估，以获取决策依据并修正后续的决策计划。建立多属性决策模型对退牧还草工程进行效益评价属于项目后评价。

1.2 原则

作为一种特殊的工程项目，生态工程项目在组织和实施评价时应当遵循以下基本原则：

（1）客观性。在项目评价中要尊重客观规律，避免主观随意性。

（2）科学性。评价标准、指标体系及定性和定量的分析方法应符合客观实际，全面体现系统的性能和特点。

（3）系统性。在实施评价时要建立系统观念，将待评价生态项目作为一个开放系统对待。用系统的方法进行全面的分析评价。

（4）效益性。生态项目有其特殊性，在注重生态效益同时对其产生的经济和社会效益做出相应的评价。

（5）动态性。对生态项目的评价，既要对它的现状作出评价，也应对其未来的影响给出一定的评判。在评价生态项目时须具动态的眼光。

2 指标体系建立及权重确定

2.1 指标选取准则

退牧还草工程效益评价的指标选取应遵循客观性、系统性、科学性和可行性，兼顾生态工程的特殊性。指标的选取应遵循以下原则：

（1）反映草地生态修复工程的动态性与可识别性。

（2）须全面反映工程的综合效益，如生态、社会和经济效益。

（3）其标志值易于观察和测量。

表1 退牧还草工程效益评价指标体系

（4）具有分层性，说明不同时空间尺度上的相互依赖关系。

2.2 评价指标体系建立

为了体现退牧还草工程的系统性和生态性，结合生态评价概念及指标选取准则，本研究运用层次分析法建立3个层次的退牧还草工程效益评价指标体系。第1层为目标层，表示退牧还草工程综合效益指数；第2层为准则层，用生态、经济和社会效益刻画目标；第3层为指标层，由表达每一个相应准则的具体指标构成。退牧还草工程效益评价的指标体系见表1。

2.3 指标权重确定

2.3.1 层次分析法确定权重

每一项指标在指标体系中的重要性不同，在实际问题中往往引入权重来表示其差异性。当指标体系的指标较多，且具有分层结构时，可以考虑使用层次分析法来确定各个指标的权重。大体可以分为以下四个步骤：

（1）划分层次结构。

（2）根据Saaty[11]给出的1-9标度方法结合专家意见构造反映各指标间重要性程度的判断(成对比较)矩阵。

（3）求得上述矩阵最大特征值对应的特征向量，作为本层指标相对于上一层指标的权重，由此完成层次单排序。并由一致性指标CI和一致性比率CR进行一致性检验。

（4）根据分层指标间的层级关系，求出最底层指标相对于最高层目标的权重，完成层次总排序，并作相应的一致性检验。

2.3.2 指标体系权重确定

首先构造准则层中三个准则两两比较的判断矩阵（式1）确定各准则对总目标的权重，判断矩阵的元素aij由Saaty[11]的1-9标度方法结合专家意见给出，这里aij表示了第i个准则相对于第j个准则的重要性，由此得如下判断矩阵：

式（1）中 Z，E，S分别表示三个准则，矩阵中数字刻画了一个准则相对于另一个准则的重要性程度。

然后使用Matlab软件求得矩阵A的最大特征值λmax=3.05，其次解出λmax对应特征向量，做归一化处理得各准则对总目标的权重：生态效益权重为w1=0.49，经济效益权重为w2=0.20，社会效益权重为w3=0.31。查Saaty[11]给出的判断矩阵的随机指标RI值(3阶方阵的RI=0.58)，计算CR=CI/RI=0.0462＜0.1通过一致性检验。

用同样的方法计算出指标层中每个指标相对于其上一级准则的权重wij(i=1,2,3;j∈Λ)，这里Λ是各准则下指标的指标集合。由所划分的层次结构，求wiwij即为最底层第j个指标相对于最高层目标的权重，经归一化处理和一致性检验后，得最终权重结果见表2。

表2 指标体系各层的权重系数

3 多属性决策模型构建

3.1 基本理论

多属性决策是多准则决策问题的一种，有时也称有限方案多目标决策，指在考虑多个属性的情况下，选择最优备选方案或进行方案排序的决策问题[9,10]。记一个多属性决策问题为MA，X={x1, x2,…,xm}是可供选择的方案集,G={f1,f2,…, fn}是属性（目标）集。而 yij=fj(xi)(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)是方案xi在目标fj下的属性值, 矩阵

表示方案集X关于目标集G 的“决策矩阵”或属性矩阵，这里属性值一般分为效益型、成本型、固定型、区间型和偏离型等。求解多属性决策问题，一般是决策者依据决策矩阵，并结合各属性权重，采取一定的决策方法从方案集X中选择M（M＜m）个最满意方案或进行方案集X的排序问题。

3.2 模型的建立与求解

3.2.1 模型的建立

根据已构建的评价指标体系，建立退牧还草工程效益评价的多属性决策模型：

其中，X={x1, x2,…,xm}表示m个方案的集合。G={f1, f2,…, f15}表示指标体系中15个属性（指标）集合，用w=(w1,w2,…,w15)T表示各属性相对于最高层的权重向量。在实际评价中，结合有关多属性决策方法，选择最优方案或对所有方案进行排序，完成退牧还草工程的效益评价。

3.2.2 求解步骤

退牧还草工程的项目管理和实施者运用多属性决策模型对工程效益进行评价，需完成以下步骤：

（1）构造决策矩阵Y。选择m个实施评价项目执行区作为备选方案，对应于表1中的15个属性，收集各项目区的相关数据，获取每个方案在相应目标下的属性值yij，形成决策矩阵Y=(yij)m×15。

（2）规范矩阵Y。运用数据预处理方法获取无量纲的规范化决策矩阵R=(y’ij)m×15。

（3）建立模型。据式(3)和规范化决策矩阵R，结合表2中各属性权重值，建立针对m个项目区效益评价的多属性决策模型。

（4）应用层次分析法 (AHP)、逼近理想解的排序法(TOPSIS)和ELECTRE法等常见的多属性决策方法完成各备选方案的优选和排序，完成退牧还草工程效益的评价。

4 结论

当前环境问题日益突出，政府主导实施的退耕还林、退牧还草和自然保护区等生态恢复工程对环境治理与保护显得极为重要。作为工程实施中的一个重要环节，工程效益的评价在工程实施中必不可少。但生态恢复工程是一个系统、复杂的工程，影响工程效益的因素多种多样，而且不同的项目决策者带有不同的偏好，退牧还草工程效益的评价始终没有形成一套公认、统一的评价体系和评价方法。

本研究从常用的衡量生态工程效益的三个指标：生态、经济和社会效益出发，结合层次分析思想，将表示工程效益的指标分为三层，第一层为目标层，第二层为生态、经济和社会效益构成的准则层，第三层为常用的各自刻画三大效益的指标构成的指标层，并依此建立评价退牧还草工程效益的指标体系。考虑到退牧还草工程效益的评价涉及多方案的多准则或多属性问题，本研究提出多属性决策模型对退牧还草工程效益进行评价。基于其实用性和可操作性，在实际问题中可作为一种有效的方法评价工程实施的效益。在指标体系的建立中，选取的度量三大效益的指标只考虑了具代表性、数据易采集性的指标，选取的指标不够全面。在设定指标体系权重时，将其设定为树状结构而非网状结构，缺少现实性。比如草原旅游收入（S5）也能用来度量经济效益。总之，探讨如何建立一套完善、统一的退牧还草工程效益评价指标体系仍是工程效益评价的一个难题。