南水北调东线一期工程水土保持防护评价

马士龙，叶茂盛，孟繁斌

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；2.南水北调东线总公司，北京 100071；3.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）

生产建设项目作为人为水土流失的重要策源地，其水土保持措施一直以来都受到国家和社会高度重视。笔者以南水北调东线一期工程为例，采用层次分析法和综合值法，从水土保持功能、景观美化功能、生态保护功能和社会经济4 个方面对山东省和江苏省典型的工程单元水土保持措施防护效果进行评价，以期为生产建设项目水土保持措施防护效果评价提供量化理论借鉴。

1 研究方法

1.1 层次分析法

层次分析法（AHP 法）[1]的基本原理简单说就是针对要解决的问题进行由复杂到简单、由高到低的逐层分解。将每个层次每个因素互相比较，得到相对重要性，利用数学方法综合计算各层因素相对重要性的权值以及特征根和一致性指标等，以此进行方案排序，作为评价及选择方案的依据。最终利用每个层次以及每个因素的相对重要性权重建立综合评价模型，达到对定性或半定性因素量化的目的。

层次分析法基本计算步骤包括3 个方面：①建立评价指标体系，通过现场调查以及资料查询，根据工程实际情况，建立由最高层（目标层）、中间层（准则层）、最低层（指标层）组成的3层递阶指标体系结构，同一层次的各个元素之间不存在直接的关系，后两层的元素都分别隶属于上一层的某一元素；②确定指标权重，首先通过两两比较准则层以及指标层因素的相对重要性，得到因素判断矩阵，然后计算判断矩阵最大特征值及特征向量，得到准则层和指标层因素的相对重要权重，最后检验单层权重及合成权重的一致性[2]，最终确定准则层和指标层因素的权重；③依据准则层以及指标层权重，提出综合评价模型。

1.2 综合值法

通过层次分析法可以得到综合评价模型，但是要更准确、方便评价水土保持措施防护效果还需要计算其综合值[3]。

1.2.1 指标无量纲化

由于评价指标涉及多个层次、多个方面，因此其数值和量纲都不尽相同，为了能比较各指标要素和计算指标的综合指数，需进行数据无量纲化处理。

数据无量纲化处理的过程实际上就是分级打分的过程，在划定某一指标要素的上下限范围后，根据统计数据对指标进行分级，采用极差标准型法和等级法对所有指标数据去量纲化。标准无量纲化公式如下：

式中：ai和bi分别是第i个指标的上、下限；Ri为基础数据无量纲化处理之后的结果，取值范围为0～1，它表示该指标距理想状态值的接近程度。对于发展型指标，当基础数据xi越大，对防护效果越具有促进作用，此时Ri按式（1）计算；对于制约性指标，当基础数据xi越大，对防护效果越具有阻碍作用，此时Ri按式（2）计算；对于发展与限制同时存在的指标，当基础数据xi在某个临界值时，对防护效果所起的促进作用最大，此时Ri按式（3）计算。

1.2.2 综合值计算

各指标通过无量纲化处理后得到数值Ri以及通过AHP 判断矩阵法得到各指标权重Pi后，两值相乘就得到各指标的综合值：

式中：SQR为评价对象的综合评价值；n为评价指标个数。

2 数据获取及评价模型构建

2.1 数据获取

2020年8月，由南水北调东线总公司、中水淮河规划设计研究有限公司、中水北方勘测设计研究有限责任公司、江河水利水电咨询中心、江苏省水利勘测设计研究院有限公司及山东省水利勘测设计院组成调研组对南水北调东线一期工程植被绿化及弃渣场防护效果进行调研。调研组一共30余人，包括教授级高工、高级工程师和工程师。

本次调研选择典型工程段7处、典型样地13处，其中江苏省境内包括三阳河、潼河、宝应站工程段，典型样地为宝应泵站和潼河河道段；长江至骆马湖工程段，典型样地为淮安四站；长江至骆马湖其他工程段，典型样地为金宝航道工程、金湖泵站、泗洪泵站以及徐洪河河道段。山东省境内包括南四湖至东平湖工程段，典型样地为二级坝泵站和长沟泵站；穿黄河工程段，典型样地为穿黄出湖闸河道段；济平干渠工程段，典型样地为刁山坡公路桥段；南水北调鲁北工程段，典型样地为鲁北城区段和大屯水库。

根据调研内容以及评价指标的特征，本次调研采用现场调查、样方法、无人机航拍、会议座谈、查阅资料等方式。

对于水土流失治理度、林草覆盖率和追加投资比例等指标主要采用查阅工程单元水土保持设施验收报告获得；对于工程措施完好率、乡土植物种比例、植物种保存率等指标主要采用现场调查以及样方法进行研究计算获得一手数据，本次共随机布置草本样方58 个、灌木样方45 个、乔木样方30 个、综合样方48个；对于美景度[4]、景观多样性指数[5]、景观破碎化程度[6]等指标采用幻灯片研究法以及无人机航拍拼接法通过研究不同景观类型斑块，以及应用相关公式计算获得；对于植物种配置方式、降低水质污染能力、项目整体运行状况、文化传承以及交通通达性等指标采用问卷调查以及专家现场评分法求平均值法进行研究分析获得。通过现场实地调查以及室内计算，调研原始数据汇总详见表1。

表1 调研原始数据汇总

2.2 指标体系

2.2.1 评价指标选取

南水北调东线一期工程水土保持措施防护效果评价指标主要分为3 个层次：第一层为目标层（A），即水土保持措施防护效果；第二层为准则层（U），主要针对水土保持措施实施后对水土保持、景观美化、生态保护及社会经济产生的效果；第三层为指标层（C），主要选取典型性和代表性的指标对防护效果进行指征。具体评价指标及获取方法如下。

（1）水土流失治理度（%）。指工程水土流失防治责任范围内水土流失治理达标面积与水土流失总面积的百分比，通过查阅工程水土保持设施验收报告获取。

（2）林草覆盖率（%）。指工程建设征占地范围内乔木林、灌木林与草地等林草植被面积之和占征占地土地面积的百分比，通过查阅工程水土保持设施验收报告获取。

（3）工程措施完好率（%）。指建成的水土保持工程设施中能有效发挥水土保持功能的工程措施数量（包括表土保护、土地整治、截排水工程以及弃渣场拦挡工程等，线性工程按长度、点状工程按面积进行统计）占总水土保持工程设施数量的比例，通过现场调研、查阅相关统计资料分析研究获取。

（4）乡土树种比例（%）。指工程建设征占地范围内乡土树种的造林数量之和占所有造林树种数量的比例，通过现场调研、查阅相关统计资料分析研究获取。

（5）植物种保存率（%）。指现存活的植物种数量与实施造林时种植的植物种数量的百分比，通过现场调研分析研究获取。

（6）美景度。指人类对自然景观及人造景观在主观意识上的喜恶程度，通过SBE法进行计算获取。

（7）植物种配置方式。指植物种配置的方式，主要包括纯乔木林、纯灌木林、纯草本、乔木与灌木结合、乔木与草本结合、灌木与草本结合以及乔灌草相结合等。根据典型样地不同功能分区内植物种配置的不同方式，将其分为3 个等级并设定不同分值。第一级植物种配置方式主要包括纯乔木林、纯灌木林或纯草本，分值为1～2 分；第二级植物种配置方式主要包括乔木与灌木结合、乔木与草本结合或灌木与草本结合，分值为3～4 分；第三级植物种配置方式为乔灌草相结合，分值为5～6分。通过专家现场评分法对典型样地植物种配置的方式进行打分，并计算其均值作为植物种配置的总评分。

（8）景观多样性指数。指工程单元内景观类型的多样性指数，在一定程度上反映景观异质性以及生态稳定性的程度，通过用Simpson 多样性指数（SHDI）计算获取。

（9）景观破碎化程度。指工程单元内景观类型斑块被分割的破碎程度，在一定尺度上反映人类活动对景观的干扰程度，通过景观格局指数计算获取。

（10）降低水质污染能力。指植物绿化及水土保持措施合理有效的实施能减少水土流失，截留污染物进入水体，提高水环境质量等方面情况，将其分为4 个等级并设定不同分值。第一级植物绿化及其他水土保持防护措施合理有效的实施能减少水土流失，截留污染物进入水体，对南水北调工程水质能起到积极的改善作用，分值为7～8分；第二级植物绿化及其他水土保持防护措施实施后产生的防护效果较好，基本控制水土流失现象发生，对南水北调工程水质状况只能起到较好改善作用，分值为5～6分；第三级植物绿化及其他水土保持防护措施实施后产生的防护效果一般，仍有水土流失发生或者植物出现断带等现象，降低水质污染能力水平一般，分值为3～4分；第四级植物绿化及其他水土保持防护措施实施后产生的防护效果较差，如产生植物落果或者飞絮、弃渣流失等现象对南水北调工程水质状况产生不利影响，分值为1～2分。通过专家背靠背匿名打分方式，对典型工程样地降低水质污染能力进行打分，按照评分标准分别对每一个指标进行打分，取其每一个级别平均值作为该级别的分值，并对每一个指标所有级别分值进行再一次平均得到该指标的评分值。

（11）项目整体运行状况。指植物绿化及水土保持措施实施对项目整体稳定运行的时间、发挥的相关作用等方面影响情况，对发生安全事故的应单独分析，将其分为3 个等级。第一级由于植物绿化及其他水土保持防护措施的实施，防护效果显著，项目整体运行状况良好，没有发生过安全事故，没有发生重大设计变更和追加大量投资情况，分值为5～6分；第二级由于植物绿化及其他水土保持防护措施的实施，防护效果一般，项目整体运行状况处于稳定状态，没有发生安全事故，发生过重大设计变更或后期追加投资较高情况，分值为3～4 分；第三级由于植物绿化及其他水土保持防护措施的设计缺陷，防护效果基本处于较差水平，项目整体运行状况不稳定，发生过安全事故，发生过重大设计变更或后期追加投资较高的情况，分值为1～2 分。通过专家背靠背匿名打分方式，对典型工程样地项目整体运行状况进行打分，按照评分标准分别对每一个指标进行打分，取其每一个级别平均值作为该级别的分值，并对每一个指标所有级别分值进行再一次平均得到该指标的评分值。

（12）追加投资比例（%）。指工程单元水土保持实施投资与水土保持方案批复投资之间差值占方案批复投资的百分比，通过查阅工程水土保持设施验收报告获取。

（13）文化传承。根据典型样地内植物绿化、景观设计或者防护工程设计和实施中是否与运河文化以及沿岸历史文化、民俗文化、风俗习俗等人文因素有较强的融合性，将其分为2个等级并设定不同分值。第一级植物绿化、景观设计或者防护工程设计体现较高的运河文化以及沿岸历史文化、风俗习俗、民俗文化，与当地人文具有较强的融合性，分值为3～4分；第二级景观设计或者防护工程设计未考虑运河文化或沿岸历史文化、民俗文化，与当地人文的融合性较弱，分值为1～2 分。通过专家背靠背匿名打分方式，对典型工程样地项目文化传承情况进行打分，按照评分标准分别对每一个指标进行打分，取其每一个级别平均值作为该级别的分值，并对每一个指标所有级别分值进行再一次平均得到该指标的评分值。

（14）交通通达性。根据典型样地外部交通及工程单元内交通是否便捷、园区开放程度以及交通通达性是否可以满足当地居民关于景观游憩宜居功能的需求，将其分为3 个等级并设定不同的分值。第一级工程单元外部交通及内部交通便捷，通达性强，园区开放，植物绿化可以有较好的游憩宜居功能，分值为5～6分；第二级工程单元外部交通或内部交通便捷，通达性一般，园区开放，但是植物绿化只可以体现一部分居民的游憩宜居功能，分值为3～4 分；第三级工程单元外部交通及内部交通不便，通达性较弱，园区封闭，人类基本较少到达，分值为1～2分。通过专家背靠背匿名打分方式，对典型工程样地交通通达状况进行打分，按照评分标准分别对每一个指标进行打分，取其每一个级别平均值作为该级别的分值，并对每一个指标所有级别分值进行再一次平均得到该指标的评分值。

2.2.2 评价指标体系

综合考虑各项影响因素，建立了水土保持措施综合评价指标体系，对于其中某个具体指标在实际操作中如有困难，可适当增减或者调整指标，具体指标体系详见表2。

表2 植被绿化及弃渣场防护效果综合评价指标体系

2.3 指标权重

2.3.1 判断矩阵标度及含义

构建判断矩阵需要将同一层次评价因子两两进行重要性的相对性比较，判断矩阵是相对于上一级元素来说，低层次因素的重要性比较。为了确定每个影响因素的重要性情况，采用1～9 标度法[7]构建判断矩阵，每个标度都有不同的重要性判断，标度值越大越会对判断结果产生显著影响，导致结果出现误差，影响评价因子权重的确定。判断矩阵标度及含义，详见表3。

表3 判断矩阵标度及含义

2.3.2 构建判断矩阵及权重一致性检验

通过评价标度建立准则层和指标层判断矩阵，并采用正规化求和法计算矩阵的特征根和特征向量，确定各个层次单排序（权重），并对各个层次权重进行一致性检验，以验证权重的合理性。当所有层次单排序计算完成并通过一致性检验后，可以通过准则层权重与指标层权重分别相乘获得最终指标权重，但最终权重也应该进行一致性检验，以便验证权重结果的合理性。层次总排序及一致性检验，详见表4。由表4看出，CR＜0.10，则权重满足一致性检验。

表4 层次总排序及一致性检验

2.4 综合评价模型

从水土保持防护效果、景观美化效果、生态保护效果以及社会经济效果考虑，运用AHP 法计算各个层次的权重，最终构建南水北调东线一期工程植被绿化与弃渣场防护效果综合评价模型：

3 结果与分析

3.1 综合值计算

3.1.1 数据无量纲处理

通过对本次调研指标进行分析讨论，除景观破碎化程度指数属于制约性指标外，其余评价指标全部为发展型指标。因此，在确定所有指标上、下限基础上，应用式（1）与式（2）计算指标无量纲数据Ri。评价指标无量纲数据，详见表5。

表5 评价指标无量纲数据

3.1.2 防护效果综合评价值

通过应用基于AHP 法构建的综合评价模型，计算每个样地所有指标的综合值，最终得到所有样地植被绿化及弃渣场防护效果的综合值，详见表6。

由表6 可以看出，山东省境内线状工程样地中穿黄工程段防护效果最好（综合值0.724），点状工程样地中二级坝泵站防护效果最好（综合值0.573）；江苏省境内线状工程样地中徐洪河河道防护效果最好（综合值0.529），点状工程样地中泗洪泵站防护效果最好（综合值0.685）。

表6 防护效果评价综合值及排序

3.2 结论与建议

（1）运用层次分析法（AHP）构建南水北调东线一期工程水土保持措施防护效果评价综合模型，通过分析可知，从水土保持功能、景观美化功能、生态保护功能和社会经济4个方面评价其对整体防护效果的影响程度逐渐减弱。

（2）通过计算综合值可以看出，南水北调东线一期工程水土保持措施防护效果整体上存在缺陷，防护效果合格率仅为31%。随着国家生态文明建设的推进，生产建设项目水土保持措施应更加完备和系统，水土保持工程标准也需要进一步提高，投入也应加大，才能更好地发挥其防护效果，保障周边生态安全和稳定。