基于水利调度工程中的水土保持可持续发展能力评价

郭 继

(安徽省驷马山引江工程管理处，安徽 马鞍山 238251)

对地区可持续发展能力的影响，是目前开展各类工程重点考虑的问题[1-2]。由于我国早期因经济发展原因，导致水土流失较为严重，因此对水土保持的可持续发展能力较为重视。但评价可持续发展能力的因素较多，早期的研究大多是从理论上给出基本的方向判断。但目前开展工程规划时，需要地区可持续发展能力的量化评价方法，而当前相关研究仍然较少[3-6]。

1 水利调度工程中的水土保持可持续发展能力评价方法设计

1.1 水土保持生态足迹模型

水土保持生态足迹模型，可以根据地区生态特征以及生态变化状态，大致判断出地区水土流失或保持的趋势[7-9]。本文建立的水土保持生态足迹模型中，首先需要满足两个要求：①可以追踪到水土流失状态和恢复状态；②为了解具有生态恢复性的水利调度情况。

首先计算人均年水利消耗量，如下所示：

(1)

式中：i为工程中水源消耗类型；Pi为在第i类水源消耗类型中的水源年生产量；Ii为在第i类水源消耗的外来产生量；Ei为在第i类水源消耗的年消耗量；N为参与消耗的总人口数。

其次计算因消耗项目导致的人均生态土地面积的占用量，公式如下所示：

(2)

式中：Yi为生态土地生产的年均生产力，考虑到均衡因子γi，生态生产土地中的生物生产力存在一定差距，而评价区域中的人均水土保持生态足迹总和为：

ef=∑γiAi=∑γi(Pi+Ii-Ei)/(Yi×N)

(3)

其中的均衡因子γi可以通过对不同类型的水土流失转化为生物生产力的等价系数来确定。

而后则需要计算地区的水土流失承载力，地区的人均水土生态容量计算公式如下：

ec=∑Qi×γi×yi

(4)

式中：ec为人均水土生态容量；Qi为地区的水土人均拥有量；yi为产量因子。

同时计算地区的水土总承载力，如下所示：

EC=N×ec

(5)

根据式(5)判断当前地区的水土状态处于流失或保持。

1.2 水土效益计算

通过生态足迹模型可以粗略地确定当前水土状态，但无法给出具体的水土保持情况，因此需要对区域的各类特征进行计算[10-12]。以土圈效益来说，小流域中的土圈效益可以采用替代效益并用如下公式进行计算：

(6)

Vce=PceΔE

(7)

式中：ΔE为地区河流下游泥沙的淤积量，m3；Si为地区土圈面积，km2；ei为经过水土保持改善后的区域土壤侵蚀模数，t/km2；ηi为地区泥沙输移比；γi为地区土壤容重，t/m3；Vce为通过水土保持改善后的地区土壤侵蚀减少的价值；Pce为进行水土保持改善后的成本价值。

1.3 地区水土保持可持续发展评价量化计算

本文对地区水土保持可持续发展评价的量化结果，采用层次单排序方法来进行确定。通过专家对于水土保持的各类因素打分，构筑判断矩阵[13]。本文中的判断矩阵D见表1。

表1 因素评价矩阵形式

层次单排序方法可以确定在前一层次下相连接元素重要性的次序权重，并依靠此排序方法对其中的特征向量进行归一化处理[14-16]。得到层次下的单排序权重向量：

DW=λmaxW

(8)

式中：λmax为D的最大特征根；W为对应λmax的正规特征向量。

为了判断矩阵D呈现的一致性状态，需要保证λmax=n，但实际运算中，影响因素较多，因此需要保证矩阵具有客观性，并检验一致性，一致性指标计算如下：

(9)

如果CI=0时，则证明矩阵D存在完全一致性；而CI越大，则证明该矩阵的一致性越差。

表2 层次总排序

从而得出归一化的正规向量，即可得出当前地区的水土保持可持续发展能力评价数值。

2 实验论证分析

为了验证所设计的水土保持可持续发展能力评价方法的可行性，以某地开展中的水利工程为例，对该地区的水土保持情况进行评价，以验证评价方法的可行性。

2.1 实验地区介绍

本文中的实验地区为小流域范围，流域面积为40.5 km2。该流域包括平原以及山脉深山区，地貌较为复杂，同时流域中存在沟壑，密度为241 km/km2，地区岩性为石灰岩，土壤大多为棕壤，且存在岩层分化现象。由于该地域开展了水利调度工程，一定程度上减少了地区的流域流量，因此需要对该地区未来的水土保持可持续发展能力进行评价。

2.2 评价指标确定

为了实现对该地区的水土保持可持续发展能力评价，首先需要确定评价指标，评价指标及权重见表3。

表3 部分评价指标权重

表3为评价中的部分评价指标，其中有益于水土保持的因素编号为x集合，反之则标为y集合中。

2.3 权重因子确定

根据本文评价方法的层次分析准则，首先需要确定准则层的权重因子，其中包括水土保持的3项主体指标，即地区生态效益、社会效益和经济效益，并用B1、B2、B3来进行表示，见表4。

表4 准则层指标判断矩阵

就此得出对应的最大特征值和单位特征向量值。为了保证评价指标的正确性，对其进行一致性检验，结果见表5。

表5 各层评价指标的一致性检验

2.4 可持续发展能力评价结果

本文实验中，可以获得该地区单年的指标参数。本文以当年6及12月份的综合指标参数作为评价数据并进行计算，结果见表6。

根据表6的计算结果，从总体的水土保持可持续发展能力上来说，合计增幅值为正数，证明该地区在进行水利调度工程时，仍能保有较好的效益正向增幅，说明该地区具有水土保持的可持续发展能力。

表6 地区水土保持的可持续发展能力评价结果

3 结 语

本文通过建立水土保持生态足迹模型，设计了水土保持可持续发展能力评价方法，该方法可以实现将地区的发展能力进行量化，便于相关工程的规划。但就工程规划来说，本文方法仅能对已开展的工程可持续发展能力影响进行评价，无法构筑可持续发展能力的数值模拟。今后研究将会结合数值模拟技术，对地区未来可持续发展状况进行模拟研究。