黔中水利樞紐工程生態環境評價體系研究

管世烽，夏振堯 ，陳 毅，胡文靜，張 倫，張琳琳，馬 鑫

(1.三峽大學三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心，湖北宜昌443002;2.三峽大學水利與環境學院，湖北宜昌443002;3.三峽大學土木與建筑學院，湖北宜昌443002;4.三峽大學生物與制藥學院，湖北宜昌443002)

自20世紀初期開始，人類社會經濟活動的能力和強度急劇增加，對生態環境的影響也從單一生態系統擴展到人類生活的整個區域，生態問題越來越突出，區域性生態環境問題已經成為許多國家可持續發展的重要制約因素［1］。水利工程具有供水、灌溉、發電、防洪等功能，既有經濟效益，又有改善生態環境的意義。但水利工程也會產生一些如水土流失等生態環境方面的不利影響。水利工程引起的自然環境問題和生態環境問題是制約水利工程建設的重要因素，將生態環境效益與經濟效益結合起來作為水利工程建設的長遠目標是水利工程建設與生態建設相互關系研究的重點［2～6］。環境影響評價是水利工程投建評估報告的重要內容之一。專門的生態環境影響評價方法國內研究得不多，目前還處于探索與發展階段;德爾菲法［7］(Delphi)具有較為嚴密和完善等特性已成為風靡全球的權威方法，被應用于預測和決策;層次分析法［8］(AHP)適合處理復雜性問題。該方法從整體出發，進行定性與定量分析相結合的、自上而下的綜合集成的決策認識和評價復雜生態系統，是目前最常見的評價方法。

因此，該文以黔中水利樞紐工程影響生態環境區域為例，運用德爾菲法和層次分析法相結合的方法，針對該工程影響的生態環境情況建立一套較系統的生態環境影響評價體系，為工程的決策和管理提供科學依據，推動該區域在生態環境基礎上的經濟和社會可持續發展。并為類似的水利工程項目的決策和管理提供方法和依據。

1 研究區域概況

黔中水利樞紐工程處于云貴高原中東部、長江和珠江兩流域分水嶺地帶，介于三岔河中下游以南、打幫河和漣江源頭區以北、南明河以西，地形分布為東北走向的長弧形區域;地處株六鐵復線路經濟帶的核心部位，是貴州省城市最密集、工業基礎最好、人口最集中的地區。工程主要包括水源工程和灌區工程;水源工程包括大壩、泄洪建筑物、沖沙底孔、灌溉引水隧洞、發電引水隧洞及發電廠房等，位于六枝特區和織金縣交界處，地處東經 105°10'～ 105°30'、北緯26°25'～26°40'。灌區工程包括壩址 － 桂家湖的總干渠、桂家湖－革寨水庫－凱掌水庫的桂松干渠、革寨泵站、配套支渠等，灌區包括六枝北部和東部、普定南部、鎮寧北部、關嶺中部、西秀區中部和南部、平壩南部、長順西北部，共49個鄉鎮，國土面積2 553 km2，介于東經105°20'～106°30'、北緯25°45'～26°30'之間。全區年平均降雨量為 912.3 ～1 508.2 mm，且自西向東遞減;多年平均風速1.3～3.2 m/s，年日照時數1 174.6 ～1 804.9 h;多年平均無霜期272 ～309 d。

2 生態環境評價體系

生態環境影響評價的基本對象是生態系統。生態環境評價是利用各種技術測定和分析生態系統各層次對自然或人的反應或反饋效應的綜合表征，來判斷和評價這些干擾對環境產生的影響、危害及其變化規律［9］。在水利工程項目開發建設中，生態環境影響評估的基本目標是客觀地、正確地了解生態環境對水利項目的反應以及其動態變化原因和規律。

2.1 德爾菲法與層次分析法 多專家多輪咨詢系統被認為是德爾菲法的本質，它對研究對象的調查意見進行統計處理、概括和總結，而后累次進行信息反饋，使意見趨于集中后，得出調查結果。此方法成敗的關鍵是合理挑選調查對象，即參與主體的代表性、研究指標的重要性、專家的權威級別和積極性程度，這些都被德爾菲法應用者所考慮，并計量專家意見的集中度、協調系數、變異系數，以及進行顯著性檢驗。具體步驟如下:①選擇咨詢專家組;②設計調查表，進行專家組問卷調查;③收集調查表，進行統計處理，將統計結果作為研究依據，進行第二輪調查，如此往復，循環到調查數據趨于一致為止;④統計和整理研究數據，作為最終的調查報告。

層次分析法亦被稱為生態系統綜合評價法。該方法的基本觀點是系統論原理，根據整個脈絡具有層次性特征，將復雜問題作為一個大系統來研究;通過對脈絡的多個因素分析，研究問題被分解成為若干層次要素，再請專家對各層次的各要素進行客觀的判斷，相應地提交相對重要性的定量表示程度;根據它的相互作用關系構建遞階層次數學模型，并運用兩兩比較的方法，從定性到定量，確定決策方案之間的相對重要性，同時評估其評價指標值大小，從而計算出各層次全部要素的相對重要性的權數，并給定排序;最后依據排序結果進行計劃裁決和精選解決問題的方案。

因此，運用德爾菲法與層次分析法相結合的方法，對水利工程建設進行生態環境評價被認為是一條行之有效的途徑。充分利用專家的經驗進行定性分析，并對生態環境影響定量評價，被看作是這種結合方法的兩個優點。它實現了對水利水電工程建設項目的科學有效的分析評價目標。

2.2 評價指標的確定 基于德爾菲法和層次分析法理論，建立一個具有科學性、完備性及實用性的綜合評價指標體系。初步擬定階段、專家評定篩選階段和最終確定階段被看作是建立評價指標體系的3個階段。依據水利工程建設對生態環境影響的特點，將可能產生的影響因素進行分類、組合，設計出囊括目標層、準則層及指標層的生態環境影響評價體系框架。為了判斷水利工程建設對其受影響的各指標的影響程度，通過理論分析、資料調查、規劃目標和通用分級標準等手段，制定出各指標的分級標準，即將各指標分為優、良、中、劣 4 級，并分別賦予分值為 4、3、2、1。

根據以上所述原理，運用實地調查取樣、實地監測指標、類比分析法［10－11］等方法，并在定性和定量描述各評價指標影響程度的基礎上，針對黔中水利樞紐工程建設對生態環境影響的特點，采用德爾菲法理論邀請專家對擬選取的生態影響評價因子進行打分、分析和整理，最終選定了17個評價因子:(1)地形地貌;(2)森林覆蓋率;(3)維管束植物;(4)珍稀瀕危植物;(5)古樹名木;(6)淹沒區生物量/評價區生物量［12］;(7)陸棲脊椎動物;(8)珍稀瀕危動物;(9)魚類;(10)土著物種;(11)水體污染;(12)空氣污染;(13)噪聲污染;(14)敏感區;(15)土地墾殖率［12］;(16)土壤侵蝕模數;(17)人口經濟密度。各評價指標的評分等級和評價等級及評分設計見表2。

2.3 判斷矩陣及權重計算 在基于德爾菲法理論邀請專家分別對各評價指標進行打分并分析處理的基礎上，根據評分結果，運用層次分析法理論，構建判斷矩陣，確定各評價指標的權重，并對其進行一致性檢驗。具體步驟如下:首先，專家逐一對各層次上的影響因子進行對比并評分，對照規定的標度，量化后寫成矩陣形式。評分標度量化說明見表1。

表1 評分標度量化情況

其次，對列出的判斷矩陣的最大特征根λmax及特征向量進行排序計算，并對判斷矩陣進行一次性檢驗，判斷層次分析結果是否合理。

以下方法是最大特征根和一次性檢驗的計算方法。

(1)通過計算最大特征根及最大特征根所對應的特征向量 W 使得，An·nW=λmaxW

式中:An·n為n·n階互反性判斷矩陣。

取規范化的初始向量W0=(W01……，W0n)

計算:An·n·Wi－1=Wi直至收斂，停止計算，則

此時，計算得到排序權重W。

(2)為檢驗矩陣的一致性，可使CI=(λmax－n)/(n－1)則矩陣隨機一致性比例CR=CI/RI

當CR＜0.10時，則認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應對判斷矩陣進行適當調整［13］。

根據上述原理和方法，針對黔中水利樞紐工程的評價指標特征，分別進行排序計算以及一致性檢驗;檢驗結果表明均具有一致性。各評價因子的權重計算結果如表2所示。

2.4 綜合評價結果 該工程建設依據單因子評價結果，采用加權求和法對生態環境影響的綜合分值計算，計算公式為:

式中:I—工程建設對生態環境影響的綜合分值;n—指標個數;Wi—各指標權重值;Li—各指標的評分分值。

將總指數分為優、良、中、劣4等級來判斷工程建設對生態環境總體影響的優劣程度。工程建設對生態環境的影響評價等級見表3。

根據黔中水利樞紐工程建設的基本概況及各指標的評價分析結果，評價該工程建設對生態環境的影響程度。計算得該工程的生態環境影響的綜合評價分值=2.18。

結果表明，該工程建設對該地區生態影響評價分值為2.18，綜合評價為良，即工程建設對生態環境造成了一定程度的破壞，生態系統結構稍有變化，尚較完整，功能較好，在一般干擾下可恢復，生態問題不顯著，災害不大;說明從生態環境角度看該工程的建設是可行的。

表2 黔中水利樞紐工程對生態環境的影響綜合評價體系及指標

表3 工程建設對生態環境影響評價等級

由于該項目的該評價分值僅有2.18，綜合評價等級接近與中等，因此在工程建設中應采取有效措施針對評價指標權重較大的方面進行控制和保護。比如針對魚類的保護，可在工程施工期采用減少在河道中挖沙、取石傾倒建設垃圾、改變水流流向和加重泥沙含量等行為以減少直接對魚類生長繁殖、活動等影響;可在運行期采用科學調水運行方式，開展特有魚類保護研究工作，建立魚類增殖站，魚類棲息地保護等措施保護魚類的生長繁殖與活動。

3 結論

建設后的水利工程發揮著巨大的經濟效益，但同時也引發了許多生態環境問題，而進行生態環境影響評價和實施生態保護則成為解決這一矛盾的手段，成為水利工程項目是否擬建評估報告中不可缺少的一部分。文章基于德爾菲法和層次分析法理論綜合分析了黔中水利樞紐工程對生態環境的影響，確定了該工程的17項生態環境影響因子，建立了該工程建設對生態環境影響的綜合評價體系，該綜合評價體系豐富了水利工程建設對生態環境影響的評價方法;并采用建立的綜合評價體系對該工程進行了綜合分析評價，評價結果為良，得到了較為合理、可靠的生態環境影響評價結果，充分證明了該評價體系的科學性、實用性;為類似的水利工程的建設項目提供了生態環境評價方法的科學依據。

［1］董貴華，何立環，劉海江，等.生態系統管理中生態環境評價的關鍵問題［J］.中國環境監測，2013，29(2):41 －45.

［2］孫威.基于單片機的節水灌溉自動控制器的設計［J］.安徽農業科學，2007(29):9228 －9230.

［3］匡秋明，趙燕東，白陳祥.節水灌溉自動控制系統的研究［J］.農業工程學報，2007(6):136－139.

［4］鄢光輝.PLC和變頻器在灌溉節水自動控制中的應用［J］.電氣技術，2006(4):13－15.

［5］夏春華，方部玲，金永奎，等.節水灌溉系統自動控制的研究應用［J］.農業網絡信息，2004(12):18－20.

［6］胡鋼，沈波，宋培卿，等.節水灌溉自動控制系統研究［J］.排灌機械，2004(2):39－42.

［7］陸雍森.環境評價［M］.2 版.上海:同濟大學出版社，1999.

［8］陳國階.三峽工程對生態與環境影響綜合評價體系［J］.云南地理環境研究，1991，3(1):46 －57.

［9］盧其棟，劉震.基于RS-GIS和AHP的生態環境評價［J］.能源與環境科學，2013(2):177－178.

［10］毛文永.生態環境影響評價概論［M］.北京:中國環境科學出版社，1998.

［11］陸書玉.環境影響評價［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［12］劉勝祥，劉家武，賀占魁，等.水利水電建設工程生態環境質量定量評價體系研究［J］.環境科學與技術，2002，25(5):24 －25.

［13］馬麗麗，田淑芳，王娜.基于層次分析與模糊數學綜合評判法的礦區生態環境評價［J］.國土資源遙感，2013，25(3):165 －170.