层次-熵值组合评估原理在阜新水土治理综合效益评估中的应用

王海龙

（辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003）

1 阜新地区水土流失现状

阜新地区位于辽宁省西部水土流失较为严重区域，阜新全市根据第四次遥感调查水土流失总面积达到4187.73km2，水土流失面积位居全省第5位，相比于第三次遥感调查水土流失面积减少比例达到3.54%，其中中度和轻度水土流失面积分别减少141.53km2和319.67km2。极强和强度水土流失面积分别增加25.93km2和69km2［1］。通过近些年来阜新地区加大水土流失治理，区域中轻度侵蚀面积呈现明显缩减变化，但在强度以上侵蚀面积依旧有所增加变化的趋势［2］。自然因素和人为因素是阜新地区水土流失的主要原因，风沙、干旱及降水集中是阜新地区水土流失的自然原因［3］。人类活动影响也成为近些年来阜新地区水土流失的一个重要因素。从1993年开始，阜新地区加大对区域水土流失治理，截止到2017年，全市水土流失治理面积已经达到75%，水土流失治理效果也逐步得到显现，尤其是在2015年以后，区域强度以上土壤侵蚀面积呈现递减变化。

2 水土流失治理综合效益评估研究现状

对区域水土流失效益进行综合评估对于进一步争取水土保持治理资金和项目扶持具有重要意义［4］。近些年来，对于区域水土流失治理效益评估逐步得到国内学者的广泛关注和研究。袁帅［5］对单家店小流域水土保持综合治理规划设计及效益进行评估，评估结果表明通过对流域水土流失治理，每年可产生直接经济效益和间接经济效益分别为474.81万元和237.39万元，对农村经济发展与产业结构的调整有极大促进作用。崔胜寓［6］对不同下垫面条件的水土保持效益及机理进行研究，研究结合人工降雨试验方式对不同水土流失治理效果进行综合评估。袁克光［7］采用灰色关联投影理论对水土流失生态修复过程进行综合评估，评估结果表明对水土流失生态修复需要从社会、生态、经济效益出发构建评估指标体系。陈威［8］基于改进的TOPSIS指标评估模型对辽宁西部水保工程进行后期评估，评估表明在进行直接和间接经济效益评估的基础上，还需要纳入生态效益进行水保工程的综合评估。郑帅［9］从工程和生物措施对大清河流域水土流失进行综合评估，评估结果表明需要对水土流失进行综合评估，才能使得其评估效果符合实际情况。张龙［10］采用生态、社会、经济等3大类11项指标对鄱阳湖水土保持工程进行综合评估，评估结果可为水土保持综合治理后期决策提供帮助。通过以上研究表明需要从社会、生态、经济效益出发构建评估体系，才能实现对水土保持治理效果的综合评估。本文结合阜新地区水土流失变化特征，建立区域水土保持效益综合评估指标体系，对区域水土流失治理效益进行分析。研究成果对于区域水土保持规划具有重要参考意义。

3 层次-熵值组合评估原理

首先对综合评价指标体系的各指标进行单一指标的熵权值计算：

式中 rij为熵权指标值；m为分析指标的个数。

在单个指标熵权值分析进行综合熵权值计算：

式中 Hi为熵权指标值；fij为不同指标的关联度；bij为标准化指标，其计算方程为：

式中 rmax为最大熵权指标值；rmin为最小熵权指标值。

各指标权重在标准化基础上进行计算：

式中 Wi为不同指标权重，在单一指标权重设置的基础上对其指标组合权重进行计算：

式中 W1为组合指标权重。

4 评估指标体系

本文在以往研究的基础上，针对水土流失治理的生态、社会、经济效益为目标，设定水土保持治理效益综合评估指标体系，其中土壤侵蚀模数（A1）、土壤保肥能力（A2）、地表径流深（A3）、已治理面积比例（A4）、林草覆盖比例（A5）为生态效益评估指标。经济效益指标分别为：林业产值收益（B1）、农作物产值（B2）、粮食产量人均占有比例 （B3）、农民收入比例（B4）、劳动生产率（B5）。社会效益指标分别为：农村人口的比例（C1）、土地退化减少率（C2）、土地生产率（C3）。

5 评估结果

5.1 熵权指标计算

结合构建的评估指标体系，对社会、生态、经济3个效益对应指标的熵权值进行计算，结果如表1。

表1 熵权指标计算结果

5.2 指标相关度分析

考虑到不同指标之间的关联程度，对不同目标层之间的指标相关度进行分析，结果如表2。

表2 指标相关度分析结果

土壤侵蚀模数和土壤肥力作为生态小于相关度最高的两个指标具有较好的关联度，土壤侵蚀模数降低后相应提升了土壤的肥料效应，而区域水土流失治理面积比例和地表径流深的关联度相对较低，这主要是因为水土流失治理对区域水量产生综合影响，因此两个指标的关联度相对较低。粮食产量和人均粮食产量作为经济效益关联度最大的两个指标，对经济效益影响程度也较高。土地退化和土地生产率是社会效益关联度最高的两个指标，具有较高的相关性。虽然各指标具有一定的关联度，但总体存在一定的独立变化特征。

5.3 指标权重计算

本文主要采用专家赋分方法对13项指标，依据其对不同目标的影响程度进行指标权重的计算，结果如表3。

表3 不同指标的权重归一化处理计算结果

从指标权重归一化处理分析结果可看出，指标权重和各指标关联度具有较好的一致性，和目标效益关联度较高的指标权重一般较大，林草覆盖率和土壤侵蚀模数作为生态效益最为显著的两个指标，对水土流失治理区生态效益最为重要的两个指标。林业产值及劳动生产率对于经济效益而言，是较为重要的两个指标，尤其是林业产值，作为水土流失治理的附加产业，林业产值是水土流失治理效益的直接经济效益。土地生产率作为社会效益影响权重最大的指标，主要体现在水土流失治理的间接效益方面。

5.4 权重组合计算

对各单一指标权重进行组合分析，不同目标层的权重组合值计算结果如表4。

表4 组合权重计算结果

从组合权重计算可看出，组合权重相比于单一指标权重，可以对不同指标之间的相关度进行组合分析，权重设定的客观、合理性好于单一指标权重。

5.5 治理效益综合评估结果

在指标组合权重计算基础上，结合层次-熵值分析方法对阜新地区某水保小流域的水土流失治理的生态、社会、经济效益进行综合评估，评估结果如表5～表7。

表5 生态效益综合评估结果

表6 经济效益综合评估结果

表7 社会效益综合评估结果

生态经济效益评估结果表明阜新地区某水保小流域总体处于一般到好的等级，其中土壤侵蚀模数达到很好的等级，土壤保肥能力和地表径流深评估值低于其他3个指标，这主要是因为对于水土流失治理的生态效益而言，首先是降低治理区域的土壤侵蚀模数，其次是增加土壤保肥能力，水土流失治理一般而言通过调高流域蓄水能力，而使得地表径流有所减少。从经济效益评估结果可看出，劳动生产率和林业产值是其直接经济效益作为重要的两个指标，尤其是林业产值的提高能使水保小流域产生直接的经济效益。从表中可看出，阜新水保小流域在林业产值上具有较好的评估结果。在社会效益评估方面，阜新水保小流域的土地生产率效益值评估结果最好，这主要是因为对于社会效益而言，其指标权重值较大，因此评估结果好于其他两个指标，对于阜新水保小流域而言，由于提高了土地生产率，使其社会效益总体评估达到很好的状况。

6 结语

（1）对于阜新地区水保小流域水土流失治理的生态效益而言，应重点关注土壤侵蚀模数和林地覆盖率两个指标，提高这两项指标将直接影响生态治理效益，此外在经济效益方面应关注林业产值和劳动生产率两项指标，这两项指标也具有较好的关联度，在社会效益方面进行流域水土流失治理的同时关注土地生产率的提高，从而提高水土流失治理的社会间接效益。

（2）在进行阜新地区水保小流域水土流失效益综合评估时，在各指标关联度分析基础上建议采用组合权重方式对各指标权重进行设置，这样可有效降低权重设置的主观性，提高权重设置的客观性和合理性，提高综合评估结果的可靠度。