模糊評價法與綜合指數(shù)法在生態(tài)影響后評價中的應(yīng)用比較研究

朱國宇，熊 偉

（1.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點實驗室，成都 610065；2.四川省環(huán)境工程評估中心，成都 610017）

生態(tài)影響后評價，是指采用合適的方法，通過對項目（或規(guī)劃）實施前后的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行綜合評價并對比分析，在環(huán)境影響評價的基礎(chǔ)上進(jìn)一步識別項目（或規(guī)劃）實施后對生態(tài)環(huán)境的影響范圍和程度，為促進(jìn)環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，是環(huán)境影響后評價在生態(tài)領(lǐng)域的發(fā)展和延伸。中國關(guān)于環(huán)境影響后評價的研究始于20世紀(jì)90年代，劉紀(jì)綱、邊歸國、楊志峰等先后對環(huán)境影響后評價進(jìn)行了一系列的研究[1]，使得環(huán)境影響后評價在我國得到了較大的發(fā)展。近年來，我國的水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，作為非污染-生態(tài)影響型的項目，流域水利水電開發(fā)必然會對流域生態(tài)環(huán)境造成明顯的影響，水利水電的建設(shè)過程是對生態(tài)環(huán)境的短暫干擾，而蓄水運行是對生態(tài)系統(tǒng)的長期干擾，它通過重建生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改變生態(tài)系統(tǒng)功能，進(jìn)而導(dǎo)致河流基本形態(tài)和水文狀況的改變、生物多樣性減少，并會促使局地氣候、物質(zhì)循環(huán)和能量流動發(fā)生變化等[2]，特別是梯級水電開發(fā)，還會對流域生態(tài)環(huán)境帶來機(jī)理復(fù)雜的累積性影響和效應(yīng)。因此在流域內(nèi)開展水利水電開發(fā)生態(tài)影響后評價以考察水利水電開發(fā)的生態(tài)影響，完善水利水電工程的全過程環(huán)境管理，具有十分重要的現(xiàn)實意義和實用價值。郭喬羽進(jìn)行了大型水庫工程生態(tài)影響后評價研究[3]；中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院和西北勘測設(shè)計研究院對烏江流域和黃河上游河段進(jìn)行了應(yīng)用研究[4-5]；王波就三峽工程對庫區(qū)的生態(tài)影響從局地氣候、生物多樣性、生態(tài)承載力狀況等角度對三峽工程建設(shè)前、初期蓄水及蓄水后三個時段進(jìn)行了比較研究[6]。但這些研究主要針對項目（或規(guī)劃）實施對單一生態(tài)環(huán)境要素的影響驗證分析，在生態(tài)環(huán)境狀況量化研究方法方面尚未形成系統(tǒng)的體系和方法。

通過項目（或規(guī)劃）實施前后區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評價及對比是生態(tài)影響后評價的基本思路，在進(jìn)行生態(tài)環(huán)境狀況評價中，通常用的方法有模糊評價法和綜合指數(shù)法。本文對模糊評價法和綜合指數(shù)法各自的特點及其在生態(tài)影響后評價中的適用性進(jìn)行比較，從而判斷兩種評價方法在生態(tài)影響后評價中的適用性。

1 評價方法簡介

1.1 模糊評價法

生態(tài)狀況綜合評價具有多方面性、多層次性、模糊性和同一層次各因素的不同重要性的特點，以精確性著稱的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法難以解決這類問題。模糊數(shù)學(xué)作為一門研究和處理模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支，它的誕生提供了數(shù)學(xué)語言和定量方法。由模糊數(shù)學(xué)與層次分析法相結(jié)合而產(chǎn)生的多層次模糊綜合評判原理運用于后評價，可以較好地解決上述問題[7]。模糊評價步驟如下:

1.1.1 確定評價指標(biāo)體系

設(shè)評價指標(biāo)集為U，第一層為準(zhǔn)則層，指標(biāo)集為U={u1，u2，…，um}，第二層為子準(zhǔn)則層，指標(biāo)集為U={ui1，ui2，…，uim}，i=1，2，…，m，以后各層照此類推。

權(quán)重是每個指標(biāo)在集合中所在的比重，反映每個指標(biāo)的重要程度，其合理性將影響到評價結(jié)果的合理性，本文采用組合權(quán)重模型及基于環(huán)境信息的權(quán)重模型確定權(quán)重。設(shè)權(quán)重集為W，則W={w1，w2，…，wn}。

1.1.2 確定評語等級評價集

1.1.3 進(jìn)行單因素評價，建立模糊關(guān)系矩陣R

在構(gòu)造了模糊等級子集后，對逐個評價指標(biāo)進(jìn)行量化，也就是確定從單因素來看評價指標(biāo)對各級模糊等級子集的隸屬度，所有指標(biāo)隸屬度計算后，得到模糊關(guān)系矩陣R。

1.1.4 確定評價因子的模糊權(quán)向量

一般情況下，m個評價因素對被評事物并非是同等重要的，各單方面因素的表現(xiàn)對總體表現(xiàn)的影響也是不同的，因此在合成前要確定模糊權(quán)向量。

1.1.5 利用合適的合成算子將A與各評價對象R合成得到模糊綜合評價結(jié)果向量B

R中不同的行反映了某個評價指標(biāo)從不同的單因素來看對各等級模糊子集的隸屬程度。用模糊權(quán)向量A將不同的行進(jìn)行綜合就可以得到評價指標(biāo)從總體上來看對各等級模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評價結(jié)果向量B。模糊綜合評價的模型為:

其中，bj是由A與R的第j列運算得到的，它表示評價指標(biāo)從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。

1.2 綜合指數(shù)法

生態(tài)綜合指數(shù)是依據(jù)某種標(biāo)準(zhǔn)和計算方法，綜合反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況優(yōu)劣程度的數(shù)量尺度。它由單要素指數(shù)綜合而成，是區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合評價的重要手段，反映了某一生態(tài)環(huán)境單元或區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況變異，在全面評價生態(tài)環(huán)境狀況和環(huán)境管理時有重要價值[8]。綜合指數(shù)評價模型如下:

式中，E－生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)；Wi為各子系統(tǒng)權(quán)重值；Wij為各生態(tài)評價因子的權(quán)重值，Cij為各環(huán)境要素的指數(shù)值。

對較大的區(qū)域，采取分區(qū)評價再綜合的評價方法。

式中，E為區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)；Ei為小區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)，Si為小區(qū)域所占大區(qū)域面積的百分比，該模型不僅可以了解大區(qū)域綜合生態(tài)環(huán)境狀況，還可以了解小范圍內(nèi)環(huán)境狀況。

1.3 兩種方法特點及生態(tài)影響后評價適用性比較

人類對客觀世界的認(rèn)識需要一個概念，但很多清楚的概念外延并不明確，大多數(shù)事物帶有過渡色彩。模糊集理論采用[0，l]取值對事物進(jìn)行判斷符合客觀情況。但模糊評價的結(jié)果是一個模糊向量，并不利于評價結(jié)果的兩兩比較。為進(jìn)行比較方便，必須將模糊向量單值化為一個數(shù)值，根據(jù)生態(tài)評價特征，采用模糊向量單值化方法把評價結(jié)果向量綜合成一個數(shù)值，即:

式中，H為模糊評價綜合級別特征值，h為級別數(shù)。H值采用四舍五入法確定其級別。

但生態(tài)環(huán)境狀況的等級有明確的劃分，就須對結(jié)果進(jìn)行四舍五入處理，從而導(dǎo)致了最終結(jié)果與實際情況的懸殊；綜合指數(shù)法則是根據(jù)各生態(tài)評價指標(biāo)的分值情況，結(jié)合評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷其分值，在其權(quán)重構(gòu)成下綜合評定生態(tài)環(huán)境狀況，得出的結(jié)果一個具體的分值，具有定量描述生態(tài)環(huán)境狀況的功能。

在單一的生態(tài)環(huán)境狀況評價中，兩種方法的評判結(jié)果總體來說是一致的，但在生態(tài)影響后評價中，由于進(jìn)行比較的需要，模糊評價法需對評價結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這就導(dǎo)致了最終結(jié)果的失真，從而使得后評價結(jié)論不可信。因此，綜合指數(shù)法更適用于生態(tài)影響后評價。

2 生態(tài)環(huán)境狀況評價指標(biāo)體系構(gòu)建

生態(tài)環(huán)境是一個復(fù)雜的系統(tǒng)[9]，根據(jù)生態(tài)環(huán)境的特性，結(jié)合水利水電開發(fā)的環(huán)境影響特點，構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系是生態(tài)環(huán)境狀況綜合評價的基礎(chǔ)。本文將水利水電生態(tài)指標(biāo)體系分為自然環(huán)境、社會環(huán)境、環(huán)境污染狀況三個子系統(tǒng)，并采用改進(jìn)的層次分析法對其權(quán)重進(jìn)行了確定，在此基礎(chǔ)上結(jié)合我國現(xiàn)行的環(huán)境狀況標(biāo)準(zhǔn)、其他相關(guān)生態(tài)因子分級標(biāo)準(zhǔn)以及《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》分級標(biāo)準(zhǔn)，擬定了生態(tài)環(huán)境狀況分等級標(biāo)準(zhǔn)。詳見表1。

表1 水利水電工程生態(tài)狀況評價指標(biāo)體系及質(zhì)量分級Table1 Index system and the quality grade of the eco-environmental status for the water conservancy and the hydro-power construction

續(xù)表

3 案例研究

某流域規(guī)劃建設(shè)12座梯級電站，已經(jīng)建設(shè)了6座電站[6]，針對中上游地區(qū)已經(jīng)建設(shè)的電站，結(jié)合開發(fā)時段上的差異，分別用模糊評價法和綜合指數(shù)法對上該流域中上游梯級水電開發(fā)前后生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評價，由于流域較大，因此采用分區(qū)評價綜合的方法。

3.1 模糊評價法評價生態(tài)環(huán)境狀況

3.1.1 模糊評價法對梯級開發(fā)前流域生態(tài)環(huán)境狀況評價

①流域上游梯級水電開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況評價要素集分別為:

②流域中游梯級水電開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評價要素集分別為:

對該流域中上游生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)進(jìn)行模糊評價，得出上游地區(qū)H=2.8，中游地區(qū)H=2.4。

3.1.2 梯級電站開發(fā)后流域生態(tài)環(huán)境狀況評價

①流域上游梯級水電開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評價要素集為:

②流域中游梯級水電開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評價要素集為:

對該流域中上游水電梯級開后生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)模糊評價，得出上游地區(qū)H=2.6，中游地區(qū)H=2.3。

3.1.3 模糊評價結(jié)果處理

對該流域中上游地區(qū)水電梯級開發(fā)前后生態(tài)環(huán)境狀況模糊評價結(jié)果的處理有兩種方法，一種是采用面積比法綜合后四舍五入處理，一種是對分區(qū)評價結(jié)果四舍五入處理后采用面積比法綜合。兩種方法得出的評價結(jié)果分別為:①梯級開發(fā)前 H=2.54，H′=3；梯級開發(fā)后 H=2.37，H′=2；② 梯級開發(fā)前H=2.65，H′=3；梯級開發(fā)后H=2.65，H′=3。由此可見，如果先對評價結(jié)合四舍五入處理再分區(qū)綜合，會導(dǎo)致計算結(jié)果有較大失真，對計算結(jié)果先采取分區(qū)綜合再四舍五入處理更符合實際。

3.2 綜合指數(shù)法評價生態(tài)環(huán)境狀況

3.2.1 梯級開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)計算

根據(jù)式（3），結(jié)合表1生態(tài)環(huán)境狀況等級劃分及3.1.1中各評價指標(biāo)值，對各指標(biāo)采取分值計算。根據(jù)計算結(jié)果，梯級開發(fā)前上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為58.8，中游地區(qū)梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為65.4。

3.2.2 梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)計算

同上，根據(jù)3.1.2中各評價指標(biāo)值，得出其綜賦值情況，根據(jù)計算，上游地區(qū)梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為62.2，中游地區(qū)梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為68.3。采用面積比法對該流域中上游地區(qū)進(jìn)行綜合評價，可知中上游梯級開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為:59.7，梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為:63.2。從綜合指數(shù)計算結(jié)果可知，梯級開發(fā)后，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)增加了6.6。

4 結(jié)論

4.1 評價結(jié)果對比分析

對模糊評價結(jié)果先采用分區(qū)綜合再四舍五入處理，生態(tài)環(huán)境狀況分別處于3級和2級水平；如果先四舍五入處理再進(jìn)行分區(qū)綜合，則生態(tài)環(huán)境狀況均處于3級水平。兩種評價結(jié)果差別極大，一為生態(tài)環(huán)境狀況等級發(fā)生了極大變化，生態(tài)環(huán)境狀況提高了一個等級；另外一個評價結(jié)果則表明生態(tài)環(huán)境狀況處于同一級別，但無法明確生態(tài)環(huán)境狀況的變化情況。根據(jù)綜合指數(shù)法評價結(jié)果，流域中上游地區(qū)梯級水電開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為59.7，梯級開發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為63.2。根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)等級劃分，流域中上游地區(qū)梯級水電開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況處于同一級別，但生態(tài)環(huán)境狀況發(fā)生了明顯變化。

4.2 評價結(jié)果與實際情況對比分析

根據(jù)評價結(jié)果及流域中上游生態(tài)環(huán)境狀況狀況對比，梯級水電開發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況基本處于同一級別，雖然生態(tài)環(huán)境狀況在各種措施的落實后有了一定程度的改善，但生態(tài)環(huán)境的級別并未發(fā)生較大變化，在自然環(huán)境系統(tǒng)的11項評價因子中，有6項是有一定程度的改善，4項變差，1項（森林覆蓋率）在生態(tài)工程實施后有明顯改善；社會環(huán)境系統(tǒng)的6項因子中，因社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口素質(zhì)提升、科技進(jìn)步等發(fā)生變化，使得人口增長率、糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)人口比重、第三產(chǎn)業(yè)比重等因子得到了改善，但水電開發(fā)導(dǎo)致了流域內(nèi)人均耕地面積減少；環(huán)境壓力系統(tǒng)是改善程度最明顯的，人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，流域污染物排放控制措施的的落實，使得污染物排放量大大減少。根據(jù)生態(tài)影響后評價結(jié)果與實際情況對比分析，模糊評價的結(jié)果因處理方法不同，造成結(jié)果差異較大，且不能真實、客觀地反映評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，而綜合指數(shù)法計算結(jié)果，在梯級開發(fā)前后流域中上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境處于同一級別，故認(rèn)為綜合指數(shù)法的評價結(jié)果更為可信。

本文采用模糊評價法和綜合指數(shù)法對流域梯級水電開發(fā)前后的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行了計算，在此基礎(chǔ)上采用前后對比法對梯級水電開發(fā)帶來的環(huán)境影響進(jìn)行了對比分析，認(rèn)為在生態(tài)影響后評價中綜合指數(shù)法得出的結(jié)果更為客觀和實際，建立的水利水電生態(tài)影響評價指標(biāo)也可以引入到環(huán)評過程中，為非污染-生態(tài)影響類項目的生態(tài)影響評價提供了參考和借鑒。

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