沅水流域梯級開發下游段環境影響評價

殷國仕，劉華平，王勇澤

（湖南水利水電職業技術學院，湖南長沙410131）

沅水流域梯級開發下游段環境影響評價

殷國仕，劉華平，王勇澤

（湖南水利水電職業技術學院，湖南長沙410131）

水能資源不耗費水資源量，不會帶來環境污染，得到了各國的大力推崇。我國地勢條件獨特，水能資源豐富，為我國經濟發展起到了推動作用，有利于經濟的健康可持續發展。然而，水電工程帶來巨大效益的同時，也帶來了較多的環境問題，制約了河流生態系統的健康發展。流域梯級開發的環境影響具有累積性和系統性，單個工程的評價不能代替流域的環境影響評價。因此，需要在單個工程環境影響評價的基礎上進行綜合分析，對區域環境質量有一個更為準確的分析，本文基于沅水流域下游段為例，進行了梯級開發環境影響評價模型的構建，并進行了模型驗證，結果與實際情況較為貼近。

環境影響評價；指標體系；綜合評價模型；沅水流域

1 流域概況

沅水是長江第三大支流，也是洞庭湖水系湘、資、沅、澧四水中水量最大、水能資源蘊藏量最豐富的河流。沅水發源于貴州省都勻縣的云霧山和麻江縣的平越山。沅水流域覆蓋湘西、黔東、渝東與鄂西部分地區，流域南北長而東西窄略呈自西南斜向東北的矩形。總流域面積90000km2，其中：湖南省占57.3%，貴州省占34.1%，重慶和湖北共占8.6%。流域屬東亞季風區，為亞熱帶季風氣候，流域內溫濕多雨，四季分明，多年平均氣溫在14.3℃～17.2℃之間，有自西向東遞增的趨勢，極端最低氣溫在-6℃以下（一月份），極端最高氣溫為42.5℃（八月份）。流域降雨受季風和地形影響，一般以南部和北部山區的降水量較多，中部偏西地區降水量較少，多年平均降水量為1090～1506m m。

2 環境影響評價指標體系

環境影響分析中，評價指標至關重要［1］。一個科學合理的評價指標體系應該是自然環境和社會環境各環境因子綜合的系統，其構成決定了評價結果的合理性和準確性。

沅水流域梯級水電開發環境影響研究范圍廣，影響因素多，建立一個具備科學性、技術性、綜合性及實用性的指標體系是一項復雜而又繁瑣的工作［2-4］。環境評價指標體系的建立一般要初步分析、專家咨詢和最終確定三個階段。

本文中評價指標體系的構建遵循了科學性、實用性和獨立性等原則，從整體觸發并進行分解，最終確定評價指標體系。

3 評價模型

由于梯級開發的層次性和模糊性，正是基于這種特點，本文以層次分析法和模糊理論為基礎，構建了一個多級綜合評價模型。其思路是現將整體進行逐層分解，然后自下而上進行分析評價。本文將沅水流域上、中、下三段，各段包含若干水電工程，先對單項工程對環境因子的影響進行評價，然后評價各段工程對該河段環境的影響，最后綜合各區域得到區域環境影響［5］，生態因環境因子化分具體見圖1。

3.1 評價范圍

沅水流域生態系統是一個復合的大系統，梯級水電工程對流域環境的影響廣泛而深刻，如果籠統地以整個流域為研究對象，其評價結果缺乏一定的準確性，不能真實地反映水電工程對某些小區域的影響程度。沅水流域梯級開發分為3個小區域：上游段：托口水電站（大型）；中游段：洪江水電站（中型）、安江水電站（中型）、銅灣水電站（中型）、清水塘水電站（中型）、大伏灘水電站（中型）、漁潭水電站（中型）；下游段：五強溪水電站（大型）、凌津灘水電站（大型）。

本研究以沅水流域梯級水電工程在湖南省境內下游段的范圍作為研究區域。

圖1 生態環境因子

3.2 水平年選擇

由于各段水電工程建成和投產的時間不同，流域梯級水電開發造成的環境影響具有動態性和可變性。因此提及水電開發環境影響評價需要選取一個基準年來進行，本次研究選取了電站全部投產的2020年作為評價基準年。

3.3 評價模型

3.3.1 各個水電工程對環境因子影響隸屬度和權值計算

（1）隸屬度分析

單個工程環境影響質量的確定取決于各環境因子對環境質量等級的隸屬度，隸屬度的確定思路是將收集到基本數據進行標準化處理，通過特爾斐法來進行處理［6］。本次研究通過專家咨詢和打分的方法初步確定各環境因子的隸屬度。

其中，i=1，2，…n，j=1，2，…m。rij為各指標對評語級的隸屬程度。

（2）各指標權值計算

各因子對上級環境質量的影響程度不同，必須賦予一定的權值Wi。Wi的確定采用改進的層次分析法來確定。

3.3.2 各層次模糊綜合評價

流域梯級水電開發環境影響是多層次多因素的評價模型，需要逐層進行計算［5］。

（1）評價指標對環境因子的影響

多級模糊綜合評價模型采用求積再求和的方法，其信息損失量少，具有較高的評價精度。

式中：Ei——指標體系中D級評價指標對相應

C級生態環境因素的影響程度；

Ri——單個評價指標對不同評價等級的隸屬度；

Wi——環境因子權重；

n——環境因子總數。

（2）環境因素對工程區域的環境影響

根據上步可以得到個環境因素對各工程的環境影響，在此基礎上，對各河段的環境質量進行分析評價，構建二級評價矩陣，則對第P工程有：

式中：Ep——P工程環境影響綜合評價集；

Ej——各個環境因素對不同評價等級的隸屬度；

Wj——環境因素權重；

m——環境因子總數。

（3）環境影響綜合評價

根據第二步的計算得到的是各工程的環境影響評價結果，然后根據各河段不同工程的環境質量狀況，對其進行加權計算，得到河段的環境質量值，三級評價模型為：

式中：E——區域環境影響綜合評價；

Ep——各工程對不同評價等級的隸屬度；

Wk——各工程權重；

I——工程數。

4 沅水流域下游段環境影響評價

根據上節中構建的多級環境評價模型，以沅水流域下游段為例進行了模型驗證，從底層到高層進行了評價。

4.1 三級評價單元

4.1.1 確定綜合權重

根據改進的層次分析法，咨詢專家意見進行評判矩陣的構建。水文泥沙子系統判斷矩陣見表1：

表1 水文泥沙系統評判矩陣

將評判矩陣錄入m a t l a b，得出矩陣的最大特征值及其特征向量，即權重w l，見表1。從表中的C I和C R值可以看出，水文泥沙矩陣具有較好的一致性。其他環境系統評判矩陣的構建同上。

4.1.2 確定子系統的隸屬度向量

根據沅水流域下游段環境資料，對各因子數據進行了標準化處理，得出了工程前后的環境質量標準值，見表2。

表2 水文泥沙環境質量指標及權重

同理，可以得出各個評判因子的生態環境質量指標值和各生態環境子系統的環境指標值。

通過對各子系統的權重和因子指標值進行期望值分析，得出各個子系統的期望值，見表3。

表3 各個子系統期望值

4.2 二級評判系統

4.2.1 評價權重、系統期望值確定

本文劃分了5個評判等級（各層次評判等級相同）：極不利影響、不利影響、一般影響、較有利影響、有利影響）。評判等級的標準向量為。v=（v 1， v 2，v 3，v 4，v 5）=（0，0.3，0.5，0.7，1.0）。

（1）確定權重

同樣，根據專家打分確定權重。兩個水電工程環境子系統評判矩陣、可靠度矩陣見表4和表5。

表4 五強溪水電站自然環境系統評判矩陣及特征向量

表5 凌津灘水電站自然環境系統評判矩陣及特征向量

把2個表中的數據輸入程序，即可求出自然環境系統影響因子的綜合權重，2個電站的權重系數見表6。

表6 各子系統的期望值

判斷矩陣構造完成后，需要對其進行一致性檢驗。

2個電站的C R均小于0.1，因而認為該評判矩陣具有滿意的一致性。

（2）確定環境子系統期望值

將前一單元計算出來的生態環境影響期望值、上一步計算出來的綜合權重W（表6）以及評判等級V輸入程序，計算出自然環境系統隸屬于各等級影響的隸屬度向量，五強溪的隸屬度為0.54，凌津灘為0.56。

4.2.2 環境因子、各工程及各區域權重確定

（1）利用層次分析法將前面建立的環境影響因素、水電工程做兩兩比較，在綜合多個專家的意見后，列出了各因素、各工程和各區域的判斷矩陣，見表7。

表7 下游兩個水電工程判斷矩陣

（2）一致性檢驗

通過計算得出下游2個水電站判斷矩陣的最大特征值為2，根據式和查表得出的R I值，可以計算出每個矩陣的一致性比率C R值（C R =C I/R I），為0，均小于0.10，各矩陣均具有完全一致性。

（3）各指標權重的確定

下游2個水電工程判斷矩陣歸一化的特征向量，b=（0.4，0.6）。

4.3 區域環境影響評價

將上節中計算出的下游五強溪和凌津灘水電站的隸屬度和權重代入程序，計算出下游區域環境特征值，其值為0.552。根據五個評判等級（各層次評判等級相同）：極不利影響、不利影響、一般影響、較有利影響、有利影響）。評判等級的標準向量為v=（v 1，v 2，v 3，v 4，v 5）=（0，0.3，0.5，0.7，1.0）。可以看出沅水下游區域環境評價綜合值位于V 3和V 4之間，屬于一般影響，工程對區域造成的環境影響較小。

5 小結

梯級水電開發環境影響評價是累積性、綜合性的評價，多級模糊綜合評價模型最上層的評價值為綜合評價值，反應區域水電開發的綜合環境影響，根據其評價值確定最終的環境質量值及環境質量等級。

本次評價發現沅水下游段的五強溪水電站和凌津灘水電站造成的環境影響總體為一般，對水文泥沙和社會經濟產生較有利影響，對水質、水生生物產生較不利影響。沅水梯級水電開發改變了原有的徑流形態，對河道生態環境的發展帶來了一系列的影響，今后還要密切關注環境的變化，并進行動態評價。

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1672-2469（2015）05-0043-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.015

殷國仕（1962年—），男，教授級高工。

湖南省水利廳課題：湘財農指［2008］192號.2008.12.