綠色水電評價中層次分析法的運用

孫 歡，王楊科

（1.四川清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072；2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

綠色水電評價中層次分析法的運用

孫 歡1，王楊科2

（1.四川清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072；2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

通過對國內外綠色水電定義的綜合理解，在水電建設中引入綠色水電的概念以實現經濟與資源、環境的可持續發展。通過分析水電工程規劃階段、施工期及運營期的主要環境影響，結合綠色水電的特點建立規劃、施工及運營階段的評價指標體系，運用層次分析法結合實例，對規劃設計階段指標體系的建立及評價方法的科學性和可操作性進行驗證。

綠色水電；層次分析法；評價

0 前 言

根據電力“十二五”規劃，水電將迎來發展高峰，到2020年全國水電裝機預計達到3.6億kW左右，全國水電開發程度為69%，其中西部水電開發程度達到63%。

水利水電工程具有發電、防洪、灌溉、航運、養殖、供水、旅游等綜合效益，但是，修建大壩所引起的河流水沙變化、河道阻隔，以及水庫淹沒、移民安置活動及工程施工等都會對生態環境產生不同程度的影響。我國1957年黃河三門峽水電站的修建，使位于大壩上游的渭河河床不斷增高，造成關中平原3.33多萬hm2農田鹽堿化。2003年，怒江水電站的開發建設，引起了中央領導、地方政府、專家學者及網絡、報紙和各種新聞媒體，甚至水電開發區內當地居民對環境影響的廣泛關注［1］。

大力發展水電是我國當前能源發展的必然選擇，但必須有相應的認證評價體系來支持和完善能源的可持續發展理念，以解決中國水能資源開發過程中出現的生態影響問題。

1 綠色水電評價定義

所謂綠色水電，應該理解為：通過水電開發活動，達到人類社會與生態環境相互促進和共同發展。綠色水電的內涵主要包括以下幾個方面：以人為本是根本出發點；和諧社會是最終目的；可持續發展是基本原則；生態環境是核心內容［2］。

綠色水電評價則是將綠色水電從哲學理念層面引入到實際操作層面的重要環節。如果沒有綠色水電評價指標體系、評價方法和評價模型，綠色水電的思想只能停留在定義上，既無法給出科學的界定，也無法在水電開發過程中進行實際的操作［2］。

同時，綠色水電作為未來水電的發展方向，必然涉及到實踐方案的提出、制定、論證和評估等問題。尤其是對實踐方案是否滿足綠色水電的要求做出判斷，顯得尤為重要。

2 綠色水電指標體系的建立

按照水電的開發建設過程，把整個水電建設過程劃分為三個階段：規劃階段、施工階段、運營階段。這樣就可以實現全過程監控、分階段評估的指導思想。

然后按照綠色水電的內涵，將每個階段應該涉及到的評價指標分為三層，由目標層、指標層和子指標層三個層次組成。

各目標層下指標層的選取則是以綜合考慮目標層所要達到的綠色目標為依據來確定，實質上是為實現各目標的設計內容在具體化后所形成的中間層。子指標層是指標層的細化和具體化，實質上為具體設計指標［3］。

2.1 規劃設計階段

在水電站規劃設計階段要把降低社會影響、維護生態平衡、防止水土流失作為設計的重要因素，以保證流域的水電開發與區域的持續發展相協調。規劃設計階段綠色水電的評價指標體系見表1。

表1 設計階段綠色水電評價指標體系

2.2 施工階段

通過對水電工程建設過程中的環境影響分析，水電工程施工階段的主要問題是生態破壞、水土流失、施工誘發地質災害以及施工環境污染等［4］。施工階段綠色水電的評價指標體系見表2。

2.3 運行階段

通過分析水電工程運營管理對環境的影響，水電站運行期的主要問題是：對河流的生態環境影響；電站工程影響范圍內的水土流失；庫區及廠房環境污染；誘發地質災害可能性等［5～6］。運營階段綠色水電的評價指標體系見表3。

表2 施工期綠色水電評價指標體系

表3 運行期綠色水電評價指標體系

3 層次分析評價法

層次分析法（Analytic Hierarchy process簡稱AHP）是20世紀70年代由美國運籌學家T.L.Stay提出的一種定性與定量相結合的系統分析方法。此方法基本原理簡單來說就是用下一層次因素的相對排序來求得上一層次的相對排序。解決問題的思路為：根據問題性質和要達到的目標將問題分解為不同的組成因素，按照因素相互影響及隸屬關系將各層次各因素聚類組合，形成一個遞階、有序的層次結構模型；由專家和決策者對所列指標因素通過兩兩比較重要程度，逐層進行判斷評分，利用計算判斷矩陣的特征向量確定下層指標對上層指標的重要性權重，并輔之一致性檢驗，以保證評價者思維判斷的符實性。最終得到最底層（子指標層）相對于較高層（指標層）和最高層（目標層）的相對重要性次序的組合權值，以此來作為評價的依據。

本論文中綠色水電評價采用多層次模糊綜合評價法進行評價。模型的建立按以下步驟進行：

3.1 因素集合的劃分

對評價因素集合U，將其劃分成m個子集，使它們滿足：

這樣，就得到了第二級評判因素集合

在（2）式中U1＝｛uik｝（i＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n）表示子集Ui中含有nm個評判因素。

3.2 評價矩陣的建立

設評判集為V＝｛v1，v2，…，vm｝（Vj為評判等級），如果對U中的每個元素ui單獨作一個評判f（ui），就可以看作是從U到V的模糊映射，誘導出模糊矩陣R：

R即為從U到V的單層次模糊評價矩陣。

對于Ui中nm個評判因素按照以上評價模型進行評價，若Ui中的各因素權重分配數為Aij，其評價決策矩陣為Ri，則得到第i個子集Ui的綜合評價結果：

對于U中m個評判子集進行綜合評價，最后得到綜合評價結果。

3.3 指標權重A的確定

確定權重系數的方法有：

（1）主觀經驗判斷法；

（2）專家調查法或專家征詢法；

（3）評價專家小組集體討論投票表決法；

（4）層次分析法。

為了保證確定的權重系數的客觀性、公正性和科學性，常?？蓪⑸鲜鰩追N方法結合起來使用。

AHP的信息基礎是對每一層次各元素的相對重要性的判斷，并將判斷結果用數值表示出來，在建立遞階層次后，上、下層次之間的隸屬關系基本確定。這是AHP關鍵的一步，將每個層次各元素對上一層次諸元素的相對重要性做出判斷，用數值表示，構成判斷矩陣（本論文采用1－9標度法）。確定的判斷矩陣通過一致性檢驗后，進行層次總排序，這樣就可以確定指標層指標相對于目標層的相對重要性權值。根據以上方法，再結合具體水電工程的建設階段和實際情況，定出具體工程的一級指標和二級指標權重。

根據相應指標的評價等級、相對權重，確定了本評價指標體系中指標間的兩兩標度，這樣來驗證該評價指標體系的科學性，提高其可操作性。

4 綠色水電評價運用實例

4.1 工程概況

寧朗水電站位于四川省涼山州木里縣境內，是金沙江中游左岸一級支流水洛河干流（額斯～捷可）河段上“一庫十一級”水電開發方案中的第九級水電站，分別與上游博瓦水電站和下游撒多水電站相銜接。電站采用引水式開發，裝機容量114 MW。閘址位于寧朗鄉全馬拐溝下游2.5 km水洛河河段，廠址位于寧朗鄉寧夏溝上游約400 m的水洛河左岸臺地上，電站通過左岸隧洞引水發電，閘、廠址相距約6.20 km。工程開發任務主要為發電，兼顧下游生態環境用水要求，電站建成運行后，供電四川電網，每年可向社會提供4.726億kW·h（單獨運行）的電量。

4.2 評價指標建立

根據我國綠色水電現狀，建立綠色水電評語集V＝｛綠色程度低，綠色程度較低，綠色程度一般，綠色程度較高，綠色程度高｝。

4.2.1 指標權重的確定

根據寧朗河水電站的特點，結合現場調研成果，確定其設計階段綠色水電評價指標見表4。

根據上述指標體系，采用層次分析法確定了寧朗水電站設計階段綠色水電評價指標的權重，見表5、6、7。

表4 寧朗水電站設計階段指標體系

表5 寧朗水電站設計階段一級指標權重

表6 寧朗水電站設計階段二級指標權重

表7 寧朗水電站設計階段三級指標權重

因此，寧朗水電站設計階段各項指標權重如表8所示。

4.2.2 指標評價標準的確定

（1）建立各指標的評價等級標準。首先建立定性、定量指標評價標準（見表9、10）：

（2）根據寧朗水電站地理位置、自身特點及其對環境的影響，建立各指標的評價等級標準（見表11）。

（3）建立各指標的隸屬函數。某單一因素的影響可以用模糊評價集合V＝｛綠色程度低，綠色程度較低，綠色程度一般，綠色程度較高，綠色程度高｝來描述。設某指標的單因素評價向量為y（x）＝｛y1（x），y2（x），y3（x），y4（x），y5（x）｝，其中y1（x）對應綠色程度低的隸屬度，y5（x）對應綠色程度高的隸屬度。

表8 寧朗水電站設計階段各項指標權重

表9 定性指標評價標準形式

表10 定量指標評價標準形式

表11 設計階段各項指標評價標準

定性指標對評價（目標）評語的隸屬函數為：

定量指標對評價（目標）評語的隸屬函數為：

當a0＞a1＞a2＞a3＞a4時，定量指標對評價（目標）評語的隸屬函數為：

（4）評價結果。各項指標權重可由表8所知，通過查閱寧朗水電站的規劃設計報告、環境影響評價報告以及相關資料，確定各個指標值。計算如下：

（5）最大隸屬度原則有效度檢驗。

由結果可知，對本次綜合評價結果實施最大隸屬度原則的有效度非常低，宜采用加權平均法，即

由以上結果可知，寧朗水電站綠色程度約為4，即綠色程度較高。

5 結 論

（1）由于寧朗水電站為引水式電站，該指標體系還未能完全涵蓋其他類型的電站特點（如河床式、壩后式及抽水蓄能電站等），還需要進一步研究完善。

（2）層次分析法是把定量問題和定性問題相結合的方法，適用于如綠色水電評價這類多變量、模糊問題的分析，但層次分析法只能在給定的策略中去選擇最優的，而不能產生新的策略，因此在綠色水電評價過程中所用的指標體系需要有專家系統的支持，如果給出的指標不合理則得到的結果也就不準確。

［1］祝興祥，常仲農.中國水電環境保護現狀與對策［J］.環境經濟雜志，2004.

［2］劉勝祥，薛聯芳.水利水電工程生態環境影響評價技術研究［M］.北京：中國環境科學出版社，2006.

［3］李華鵬，何玉龍，王婷浩.綠色水電的評價指標體系研究［J］.環境科學與管理，33（9）.

［4］劉翼翎.水電工程建設及營運對環境的影響［J］.云南環境科學，2006，25（增刊1）：99－102.

［5］曹連棟，黃稀湛，張新華.水利水電工程環境影響評價的探討［J］.山東水利，2007（4）：61－62.

［6］曹永強，倪廣恒，胡和平.水利水電工程建設對生態環境的影響分析［J］.人民黃河，2005（1）：56－58.

TV72；X820.3

B

1003－9805（2015）01－0062－06

2012－12－18

孫 歡（1981－），女，貴州貴陽人，高級工程師，從事環境影響評價工作。