【论文精选】水土保持效益评价方法研究进展

中国水土保持效益评价方法经历了从单一措施评价到利用复杂模型开展综合效益评价的发展过程，方法体系已日趋完善；但因缺乏系统的梳理总结，在实践过程中，现有评价方法存在的问题也逐渐暴露。通过文献资料法对近20年水土保持效益研究成果的综述和分析，分类归纳水土保持效益评价方法的缺点及适用范围，并对水土保持评价进行展望。基于关键词"水土保持"和"效益评价"查阅到相关文献892篇，筛选出33篇核心文献，着重阐述当前最常用的灰色关联度分析法、国标法和综合评价法等评价方法及其优缺点。研究表明，当前的评价方法缺乏普遍适用性，且评价的时间和空间尺度受限。未来应依靠计算机技术和人工智能，将理论与多种方法进行融合和建模，探索水土保持效益评估的新方法；同时，建议相关部门组织针对全国不同水土流失防治区编写通用水土保持效益评价方法的准则规范以支持水保事业的发展。

中国是世界上水土流失最为严重的国家之一。2010—2012年开展的全国第1次水利普查结果表明，我国土壤侵蚀总面积为294万9100km²，占普查范围总面积的31.12%。水土流失会引起土壤养分下降、生物多样性丧失和土壤厚度变薄，导致土地生产力降低，严重威胁人类的食物供给，且影响范围大、危害持续时间长。研究表明：黄土丘陵区在干旱年份的水土流失将会导致坡耕地每年平均21.9%~80.0%的作物减产；若土壤的侵蚀面积为10hm²并以每年2t/hm²的流失率持续100年，流失的土壤淤积起来可形成一个厚度为15cm、面积达1hm²的土壤层。

为防治水土流失，保护、改良并合理利用水土资源，改善生态环境，需采取相应的工程、植物和耕作等技术措施与管理措施(即水土保持措施)来减缓水土流失造成的危害；所产生的效益是评判水土保持综合防治措施、政策和技术方案可行性的基本原则和依据。通过科学合理的效益评价可为改善和预防水土流失、保护和改良水土资源、促进生态系统良性循环和社会经济系统健康发展做贡献。为此，国内学者提出众多评价方法，力求对不同水土保持措施的效益做出合理评估。然而，现阶段我国学者提出的水土保持效益评价方法并无统一标准，不同区域，甚至同一区域不同学者的评价方法均有差异；因此，笔者基于国内相关水土保持效益评价方法的应用，总结归纳其优缺点及适用范围，分析当前我国效益评价存在的问题，指出需要完善的方面，以期科学合理地选取评价方法，更好地服务于我国水土保持工作。

1) 定义。水土保持效益评价是水土保持科学体系中的重要内容。早在20世纪90年代初期，我国著名水土保持专家李锐就指出水土保持综合效益是评价水土保持各项措施的有效尺度和客观标准，是评价水土保持技术方案及政策可行性的基本原则和科学依据。

到20世纪90年代中期，为评估水土保持工程效益，推动相关工作的开展，水利部水土保持司组织编写了GB/T15774—1995《水土保持综合治理效益计算方法》，规定水土保持综合治理效益包括基础效益(保水、保土)、经济效益、社会效益和生态效益。通过这4大效益涵盖水土保持直接和间接效益的计算称为水土保持效益评价根据刘宝元等对水土保持综合防治措施类型进行定义，提出该评价是对水土保持措施贡献的计算和分析。

简言之，水土保持效益评价是在构建最优指标体系的基础上，通过模型或数学方法对实施措施所产生的效果和收益进行探讨剖析，最终为促进水土保持事业发展做贡献。

2) 发展历程。中国是世界上较早开展水土保持效益评价研究的国家，20世纪50年代初就通过设立径流小区等方式对比不同水保措施的拦沙效应，迄今已有60多年的历史。20世纪80年代中后期，水利部通过总结全国各地10多年的科研成果与实践经验，先后颁布了SD238—1987《水土保持技术规范》和GB/T15774—1995《水土保持综合治理效益计算方法》进行替换和补充，众多学者以此为核心对水土保持的效益进行了计算和讨论，推动了我国相关工作的发展(图1)。

进入21世纪以来，随着3S技术在地理学领域的广泛应用，以及我国对水保工作的高度重视，水土保持效益评价进入迅速发展阶段(图1)。具体表现为：评价对象更为广泛，涉及生态和生产措施及建设项目各个领域；评价方法日益更新，从依靠定性描述发展为采用模型、计算机运算、运用人工智能等定量评价。这些新方法和新理论的应用，在快速推进我国水土保持效益评价工作的同时提高了评价的精确性。

进入21世纪以来，针对水土流失所凸显的环境和生态问题，研究人员和管理者提出多种方法对已实施的水土保持措施进行评价。其过程主要是基于层次分析法构建指标体系，再通过专家咨询法、文献频数法或主成分分析法赋予指标权重，最终运用评价方法完成效益评价。

笔者主要关注水土保持效益评价方法的研究，因为评价方法是解决共性问题的关键，是科学客观衡量水土保持措施的基础。通过文献资料法，对近年来评价方法进行归纳汇总。主要包括经验评价法、BP神经网络法、遗传算法、双套对偶评价指标体系法、模糊综合评价法、灰色关联度分析法、TOPSIS方法、本体知识库法、物元可拓模型法、加权求和法及综合评价法等11种，各种方法的优缺点及其适用性等详细描述见表1。

2.1.1 双套对偶评价指标体系法

该方法具有动态性，可以随着社会、经济、科技、人们需求、研究区域和相关政策等变化，选取不同的评价指标和评价体系进行水土保持效益评价。刘刚才等于2009年提出双套对偶评价指标体系(包含求-供和产-望2个体系)，根据措施实施前后对自然、社会环境的要求与响应2个方面来展开效益评价。2011年代富强等针对四川省遂宁市群力村水土保持现状，运用该方法选取22个指标进行效益评价，发现在群力村较为普遍的4种水土保持措施中，退耕还草效果最佳，与实际推广情况相符，证明该评价方法具有较高可信度。

2.1.2 加权求和法

加权求和法主要包括综合指数法、多元线性回归法以及国标法。这3种方法最终都是通过对不同权重指标进行求和来评价水土保持效益，其中国标法是直接对指标进行求和。

式中：E_k为第k个评价项目的水土保持效益综合指数值；W_i为第k个评价项目的第i个指标的权重；r_i为第i个指标标准化处理后的定量值。

任烨等和张龙等运用综合指标法对中沟流域和鄱阳湖流域实施水土保持重点治理工程进行评价，结果表明配置结构合理。刘刚才等采用该方法对紫色土坡耕地水土流失治理措施进行效益评价，最终表明“果树+饲草”的水土保持效益最好。

多元线性回归法计算公式如下：

式中：Z_y为水土保持效益综合指数值；β_k为第k个评价指标的常数项；Z_k为第k个指标标准化处理后的定量值。

邓欧等以长江上游水土保持防治第5期工程为研究对象，运用主成分分析法选取了13种主要治理措施，建立了生态经济综合发展水平位次变化与治理措施主成分之间的多元线性回归模型，结果表明不同的治理措施及实施范围的大小、力度和强度是影响生态经济发展水平的主要原因。

目前国家标准评价法主要是根据我国水利部颁布的GB/T15774—2008《水土保持综合治理效益计算方法》，该方法主要从保水保土、经济、社会、生态效益这4方面对水土保持综合治理效益进行计算。杨扬等和李宗杰等分别在2015年和2016年运用该方法对贵州省冗雷河小流域和甘肃省长江河流域进行评价，发现相关的水土保持措施取得了良好的保土保水效果。国家标准评价法对我国区域水土保持效益评价起到重要的推动作用，全国大部分相关评价工作均采用该方法进行计算。

2.1.3 综合评价法

在实际开展大范围水土保持效益评价时，单一评价方法可能难以准确反映其综合效益，因此需建立多种方法相结合的综合评价体系。综合评价法是指通过综合多种评价方法进行评价, 使最终结果更加科学全面，一般利用定性和定量相结合的分析方法进行水土保持效益评价。如温钦舒对新平县退耕还林地上种植大型丛生竹林的土壤理化性质、降雨和地表径流等指标进行定性观测和定量测定，实验结果表明，大型丛生竹具有明显水土保持作用。胡明通过对经济效益进行定量分析，对社会和生态效益进行定性分析，发现安塞县的水土保持工程效果显著。

此外，综合评价法也包括其他多种评价方法的综合运用。如郑国权等对广东省小流域综合治理效益进行定量评价时，基于国标法、实例选取法、文献频数法、理论推导法和专家选取法等5种方法选取了21个可定量的小流域综合治理指标，形成一套适用于广东省完整的效益评价指标体系。钟原等在评价南水北调陕西水源区水土保持效益时，运用因子分析法和专家咨询法从基础、生态、经济和社会效益4方面构建了水土保持效益评价体系，并基于改进的层次分析法确定指标权重，最终运用模糊综合评价法分析该项目实施效果。

所列评价方法都有其优缺点和适用性，进行水土保持效益评价时需根据研究区实际情况、资料可获取性和评价目标，选择合适的评价方法和措施。针对具体评价区域特征、指标体系构建情况、获取数据充足性及最终评判的目标，可参考表 1选取最适宜的方法进行效益评价。

研究表明：如果研究区域涉及的评价指标较为复杂且数据较难获取，可优选模糊综合评价法和灰色关联度分析法进行水土保持效益计算；而如果进行大尺度或大流域的效益评价，选取加权求和法可获取较为精准和统一的结果。但如需对不同水土保持措施效益进行对比，选取遗传算法、TOPSIS法和物元可拓模型法将有助于多目标决策的正确性。总之，没有一种评价方法的适用范围是绝对的，无论是单一评价方法，还是多方法综合运用，最终都要以研究区的具体情况以及最终目标为依据进行选取，才能获得更加科学、合理的评价结果。

通过10多年的发展，中国水土保持工作日渐完善与规范，相应的水土保持效益评价方法也日趋完整和科学。笔者利用文献资料法，对评价方法本身特点采用归纳法和频数法进行分类，该分类原则具有一定的科学性和概括性。但在分类和评价过程中，仍有一些问题亟待解决。

1) 水土保持效益评价体系包含评价指标体系的构建方法和综合效益评价方法，本研究主要关注综合效益的评价方法，并未对评价指标体系构建的方法进行概括和总结。同时作者主要选取国内具有代表性的评价方法并且关注区域在中国，并未对国外相关的方法进行对比和总结。

2) 缺乏普遍适用的评价方法。虽然国家标准规定了各类效益计算和评价方法准则，但在实际运用时面临着区域适应性弱、操作性较差、指标过多及重复性等问题，导致实际应用区域受限。主要由于评价对象的复杂性和区域性、评价目的和侧重点的不同导致评价方法无法统一。

3) 评价方法的时间和空间尺度受限。水土保持措施实施后所形成的综合效益不仅体现在当时当地，也会对实施区域周边以及所在流域中下游的环境和生态产生影响，甚至涉及到若干年后研究区域的社会、生态与经济面貌的变化。而现有的评价方法缺乏对研究区域从空间和时间尺度的综合考虑。

总体来看，今后水土保持效益评价应在方法探索和应用方面进一步完善。

1) 在方法探索方面，依靠计算机技术和人工智能，从水土保持效益评价方法本身入手，充分考虑方法本身的特性和适用范围，并将理论与多种方法进行结合，与计算机技术进行融合和建模。以此改进评价的方法、手段和技术，最终使评价方法统一化、时空尺度与综合化，构建更为完善、科学的评价方法，指导后期的水土保持方案设计和实施，为我国水土保持事业的持续发展做出贡献。

2) 在方法应用方面，针对区域水土保持措施的实施，尤其是重大、重点水土保持治理工程，应选取典型样区或类似区域进行水土保持效益评价工作后，因地制宜实施水土保持工程，并开展长期效益监测和评价，查缺补漏、适时调整以提高水土保持工程效益。

3) 建议相关部门组织研讨编写针对全国不同水土流失防治区的通用水土保持效益评价准则规范，以服务于全国水土保持工作。