基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架的白鶴灘水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價

馬　駿,朱敏杰

(河海大學(xué)商學(xué)院,江蘇 南京　211100)

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基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架的白鶴灘水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價

馬駿,朱敏杰

(河海大學(xué)商學(xué)院,江蘇 南京211100)

摘要：基于當前國際流行的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架,以寧南縣為評價區(qū)域,選取15項指標,建立白鶴灘水電站對寧南縣生態(tài)效應(yīng)評價指標體系。采用專家打分法與歸一法相結(jié)合確定權(quán)重,利用寧南縣2009—2013年統(tǒng)計年鑒與白鶴灘水電站建設(shè)規(guī)劃等相關(guān)材料確定指標值,計算生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù),并對各具體指標進行分析。研究結(jié)果表明,白鶴灘水電站建設(shè)對寧南縣地區(qū)生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)為0.170 3,處于正向影響但不明顯的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)效應(yīng)評價;壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架;白鶴灘水電站;寧南縣

水電作為一種清潔、可再生的能源已得到國際社會的廣泛認可。水電站作為水電的主要來源,其建設(shè)、運營都會對所在地周邊區(qū)域產(chǎn)生重要的影響。水電站工程對相關(guān)區(qū)域的影響主要包括兩個方面:①經(jīng)濟影響。作為一項大型工程,水電站的建設(shè)和運營會給周邊地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展帶來影響,如水電站建設(shè)時會促進建筑行業(yè)、建材產(chǎn)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,運營時通過能源的優(yōu)勢為能源密集型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供土壤。②環(huán)境影響。一方面,水電站能保證可靠的水源、防洪排澇、改善魚類等水生物的棲息環(huán)境,不產(chǎn)生溫室氣體和有害氣體[1]。另一方面,水電站工程可能會對所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響,如改變局部氣候條件,引起河流水文情勢變化,導(dǎo)致河流局部斷流、水體水質(zhì)惡化、生物多樣性減少、觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,同時帶來危害人類健康、征地移民、自然景觀和文物古跡淹沒等社會問題[2]。雖然水電站工程建設(shè)的生態(tài)效應(yīng)表面上看是一個環(huán)境問題,但由于環(huán)境惡化與相關(guān)的民生問題會給區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展帶來障礙,且治理環(huán)境也需要一定的成本,因此,研究水電站工程的環(huán)境效應(yīng)在一定程度上也是經(jīng)濟問題。水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價作為水電站工程影響區(qū)域環(huán)境治理的先期研究,對了解當?shù)丨h(huán)境狀況、分析影響因素、確定治理方案等后期操作非常重要。

1生態(tài)效應(yīng)評價理論綜述

水電站工程作為大型工程,其生態(tài)效應(yīng)由于涉及面廣、影響因素多等特點,存在著模糊性與不確定性。國際上關(guān)于水電站工程的生態(tài)效應(yīng)評價研究歷史較長,在相關(guān)問題上取得了許多成果。Refsgaard等[3]采用一種整合了個體標準準則的評價模型來評價多瑙河流域水電站工程建設(shè)對地表水、農(nóng)業(yè)及洪水等方面的影響;Manful等[4]在水文生態(tài)環(huán)境風險評價模型中引入了語言描述,同時擴充了指標體系,并用這一新模型對水電站工程影響下河馬棲息地的變化進行了分析。目前生態(tài)效應(yīng)評價已經(jīng)成為水電站工程審批過程中不可或缺的一步,且被許多國家或地區(qū)納入法律體系中[5]。

我國的水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價研究起步較晚,20世紀60年代建設(shè)的三門峽大壩產(chǎn)生了一系列環(huán)境與生態(tài)問題,引起學(xué)術(shù)界對關(guān)于水電站工程生態(tài)效應(yīng)問題的關(guān)注。隨著我國在水電站工程領(lǐng)域投入的資金越來越多,國內(nèi)學(xué)者也越來越關(guān)注水電站工程的生態(tài)效應(yīng)問題,特別是近幾年出現(xiàn)的水電站工程環(huán)境影響評估,它是對水電站工程環(huán)境影響評價的檢驗和補充,并為工程后續(xù)環(huán)境保護措施的實施提供指導(dǎo)[6]。當前,國內(nèi)專家學(xué)者主要采用模糊綜合評價法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析、綜合指數(shù)法等方法研究有關(guān)水電站工程生態(tài)效應(yīng)問題。于艷新等[7]運用模糊綜合評價法對大慶地區(qū)油田開發(fā)排水工程的生態(tài)環(huán)境風險進行了評價,并提出降低環(huán)境風險的措施;王華東等[8]運用層次分析法對南水北調(diào)中線工程中的生態(tài)環(huán)境風險進行了識別;翟國靜[9]將灰色關(guān)聯(lián)度分析引入水資源工程的環(huán)境評價中,并進行了實證研究。

表1　生態(tài)效應(yīng)評價指標含義及計算方法

表2　生態(tài)效應(yīng)評價指標體系

從已有研究可以看出,雖然與水電站工程生態(tài)效應(yīng)相關(guān)的研究越來越多,但這些研究多數(shù)都停留在對單一風險因素的分析與管理階段。實際上,在水電站工程的建設(shè)過程中,需要各相關(guān)產(chǎn)業(yè)相互配合,并涉及移民、水文、水質(zhì)等方面,因此只有在生態(tài)效應(yīng)評價時盡量多地考慮相關(guān)因素,才能最大限度地還原水電站工程建設(shè)過程中的生態(tài)效應(yīng)。一般認為,水電站工程的生態(tài)效應(yīng)是指水電站工程建設(shè)及建成后對自然界的生態(tài)破壞和生態(tài)修復(fù)兩種效應(yīng)的綜合結(jié)果[10],據(jù)此,水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價應(yīng)從正反兩個方面進行考慮,并通過定量研究來體現(xiàn)。

不同的社會文明和經(jīng)濟發(fā)展階段與不同的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平對水電站建設(shè)有不同的需求,對生態(tài)環(huán)境的需求程度也不同。因此,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,生態(tài)環(huán)境也處在不斷變化之中,呈現(xiàn)出動態(tài)發(fā)展的特征。本文在已有研究的基礎(chǔ)上,通過建立生態(tài)效應(yīng)評價指標體系,研究白鶴灘水電站建設(shè)對寧南縣地區(qū)的生態(tài)效應(yīng)影響情況。

2生態(tài)效應(yīng)評價指標體系與模型的構(gòu)建

2.1生態(tài)效應(yīng)評價指標體系

水電站工程具有建設(shè)時間長、影響范圍大、涉及因素多等特點,因此,水電站工程的生態(tài)效應(yīng)評價指標體系是一個由若干相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng),各子系統(tǒng)中又有若干具有代表性的指標。根據(jù)這一特點,選擇當前國際上最流行的指標體系——壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)框架對生態(tài)效應(yīng)進行評價。圖1為水電站工程影響下生態(tài)效應(yīng)評價指標體系的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)概念框架。

圖1　生態(tài)效應(yīng)評價指標體系的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)概念框架

從壓力-狀態(tài)-響應(yīng)概念框架出發(fā)進一步分析可知,狀態(tài)指標主要用于描述水電站建設(shè)背景下的環(huán)境與社會經(jīng)濟狀態(tài),回答了發(fā)生了何種變化的問題;壓力指標主要用于描述水電站在建設(shè)過程中對寧南縣生態(tài)環(huán)境的影響,回答了為什么會發(fā)生這種變化的問題;響應(yīng)指標主要用于描述對各種問題采取的政策與措施,回答了該做什么以及怎么做的問題。

評價指標體系的構(gòu)建是生態(tài)效應(yīng)評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。圍繞壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架,結(jié)合常本春等[11]的研究,建立水電站工程影響下的生態(tài)效應(yīng)評價指標體系,見表1、表2。

在實際的評價過程中,必須將生態(tài)效應(yīng)評價指標體系內(nèi)涉及的各指標量化分級,即確定具體各指標的指標值。操作時,可將指標效應(yīng)的正極大值1與負極大值-1之間劃分為11個具體的指標值(±1,±0.8,±0.6,±0.4,±0.2,0)。每個指標根據(jù)其統(tǒng)計或計算后的數(shù)據(jù)確定其對應(yīng)的指標值(或根據(jù)數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法確定指標值),則該指標值為各具體指標對應(yīng)的效應(yīng)。

2.2確定指標權(quán)重

指標權(quán)重的確定方法一般有主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法兩種。主觀賦權(quán)法主要包括專家打分法、Delphi法等;客觀賦權(quán)法主要有熵權(quán)法、因子分析法、均方差法等。在實際應(yīng)用過程中,主觀賦權(quán)法確定權(quán)重的過程雖然較為主觀,但一般都能基本反映評價指標間的相對重要性差異。

判斷矩陣中各元素值一般采用五級定量法確定,即根據(jù)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標的重要性分為同等重要、稍重要、重要、很重要、特別重要,相應(yīng)賦值為1、3、5、7、9,而2、4、6、8表示重要性標度之間的中間值。在實際應(yīng)用過程中,往往是考量兩個指標之間的相對重要性,如一個指標比另一個指標不重要等情況,此時,賦值應(yīng)為上述數(shù)字的倒數(shù),即1/3表示較不重要,1/5表示不重要,1/7表示很不重要,1/9表示特別不重要。

權(quán)重根據(jù)判斷矩陣中各指標值計算,一般采用歸一化的方法。先將判斷矩陣中每一行指標值相乘得到連乘積,即

(1)

式中:aij為判斷矩陣中各指標值。隨后計算各連乘積的幾何平均值,即

(2)

(3)

由此得到權(quán)重向量W=(W1,W2,W3)。權(quán)重向量中各元素即為判斷矩陣以其行向量為基準計算出的權(quán)重。

為保證所計算的權(quán)重的準確性,必須對其進行一致性檢驗,一般通過計算一致性比率來判定:

(4)

式中:R為一致性比率;I為一致性指標;I為平均隨機一致性指標,當n=3時,I=0.58;λmax為判斷矩陣的最大特征值;n為判斷矩陣階數(shù)。

2.3建立生態(tài)效應(yīng)評價模型

生態(tài)效應(yīng)評價的最終結(jié)果可用生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)來表示。生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)(E)計算公式為

(5)

根據(jù)表1、表2生態(tài)效應(yīng)評價指標體系與計算方法可知,生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)取值范圍為[-1,1]。指數(shù)越接近-1,表示負效應(yīng)越大;反之則正效應(yīng)越大。參照劉恒等[13]的評價方式,可將水電站建設(shè)工程生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)劃分成5級:一級,生態(tài)影響大,綜合評價指數(shù)為±0.8～±1.0;二級,生態(tài)影響較大,綜合評價指數(shù)為±0.6～±0.8;三級，生態(tài)影響中等,綜合評價指數(shù)為±0.4～±0.6;四級,生態(tài)影響較小, 綜合評價指數(shù)為±0.2～±0.4;五級,生態(tài)影響小,幾乎無影響, 綜合評價指數(shù)為-0.2～0.2。

3實證研究

3.1白鶴灘水電站建設(shè)對寧南縣生態(tài)效應(yīng)評價指標計算

圖2　白鶴灘水電站地理位置與上下級水電站關(guān)系

白鶴灘水電站是金沙江下游4個梯級電站中的第2級,上接烏東德梯級電站,下鄰溪洛渡梯級電站。壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣的界河上。上游距巧家縣城約41 km,距烏東德水電站約182 km;下游距溪洛渡水電站約195 km,距宜賓市河道里程約380 km。水電站控制流域面積43.03萬km2,占金沙江以上流域面積的91%。水電站距昆明直線距離約260 km,至重慶、成都、貴陽直線距離均約400 km,到廣州直線距離約1 150 km,到武漢直線距離約1 200 km,到上海直線距離約1 850 km。水電站正常蓄水位825 m,總庫容206.27億m3,調(diào)節(jié)庫容104.36億m3,防洪庫容75億m3,裝機容量16 000 MW,多年平均發(fā)電量846.05億kW·h。圖2為白鶴灘水電站所處位置與上下級水電站關(guān)系。

根據(jù)被評價主體的實際情況建立相應(yīng)的評價標準是進行生態(tài)效應(yīng)評價的基礎(chǔ)之一。白鶴灘水電站位于寧南縣與巧家縣境內(nèi),作為全國第二大水電站,其建設(shè)涉及經(jīng)濟、移民、生態(tài)、環(huán)境保護等多方面,對其進行生態(tài)效應(yīng)評價而建立的評價標準必須力求全面。表1、表2所建立的評價體系雖然較為繁瑣,但充分反映了水電站建設(shè)帶來的各方面影響,因此,依照表1、表2所建立的指標體系與指標值確定方法,并根據(jù)寧南縣統(tǒng)計年鑒等文獻,建立白鶴灘水電站工程生態(tài)效應(yīng)指標評價標準。由于表1指標體系中,工程施工壓力、珍稀水生物存活狀況以及人群健康狀況這3個指標沒有相應(yīng)的計算方法,因此在實際操作過程中采用在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合專家討論的方法,得出相對客觀的評價標準與指標值。評價標準與指標值見表3。

指標權(quán)重的確定是生態(tài)效應(yīng)評價的又一基礎(chǔ)性工作。本文通過專家打分法與經(jīng)驗判斷相結(jié)合,根據(jù)寧南縣2009—2013年統(tǒng)計年鑒相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合對白鶴灘水電站的實地調(diào)查,并征求多名環(huán)境科學(xué)、工程建設(shè)以及區(qū)域經(jīng)濟等領(lǐng)域?qū)＜业囊庖?建立判斷矩陣,再采用歸一化的方法計算出相應(yīng)權(quán)重。具體的判斷矩陣與相應(yīng)權(quán)重計算結(jié)果見表4。

表3　白鶴灘水電站工程生態(tài)效應(yīng)評價標準

表4　判斷矩陣及權(quán)重

由表4計算可知,R=0.007 8<0.1,符合一致性檢驗要求,所以判斷矩陣與權(quán)重可信度較高。在將所得權(quán)重應(yīng)用到各具體指標時,采用平均分配的方法進行賦值,即各具體指標權(quán)重向量W見表5。

3.2指標計算結(jié)果分析

根據(jù)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架,計算出寧南縣地區(qū)在白鶴灘水電站工程建設(shè)影響下的生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù)為0.170 3,處于-0.2～0.2的范圍內(nèi),且為正,表明白鶴灘水電站工程對寧南縣的生態(tài)環(huán)境有促進作用,但這種促進作用不明顯。導(dǎo)致這種正向促進作用不明顯的原因必須從各具體評價指標中進一步分析。

根據(jù)白鶴灘水電站建設(shè)規(guī)劃與寧南縣2009—2013年統(tǒng)計年鑒相關(guān)數(shù)據(jù),按照表3的評價標準,采用插值法計算寧南縣在白鶴灘水電站建設(shè)影響下的相應(yīng)生態(tài)效應(yīng)評價指標值,并根據(jù)上文得到的指標權(quán)重計算出單個指標的評價指數(shù),再求和得到寧南縣在白鶴灘水電站建設(shè)影響下的生態(tài)效應(yīng)評價指數(shù)。最終計算結(jié)果見表5。

表5　寧南縣生態(tài)效應(yīng)評價指標值

在所有指標中,對寧南縣地區(qū)生態(tài)環(huán)境正向促進作用最大的兩個指標分別是生物多樣性指數(shù)與河流水質(zhì)達標率指標,表明白鶴灘水電站的建設(shè)對寧南縣地區(qū)生物種群的繁衍生息起到了明顯的保護作用,同時,水電站的建設(shè)對寧南縣地區(qū)的水質(zhì)也有很好的保護作用,這將進一步促進寧南縣生態(tài)環(huán)境的改善。保護生態(tài)與水質(zhì)也是白鶴灘水電站籌劃過程中重點考慮的因素,壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架分析結(jié)果與實際相符合。

對寧南縣地區(qū)生態(tài)環(huán)境負向作用最大的兩個指標分別是水土流失強度與人均耕地面積指標。水土流失是寧南縣環(huán)境惡化的最主要的原因之一,白鶴灘水電站的建設(shè)一定程度上加劇了當?shù)厮亮魇У某潭取Ｋ娬窘ㄔO(shè)會導(dǎo)致人口遷移、土地淹沒等情況,從而使部分農(nóng)民失去賴以生存的土地,如何使得失地農(nóng)民找到合適的就業(yè)途徑并最大限度地降低對生態(tài)環(huán)境的不利影響也是水電站建設(shè)過程中必須考慮的問題。

4結(jié)論

基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)框架,構(gòu)建寧南縣在白鶴灘水電站工程建設(shè)影響下的生態(tài)效應(yīng)評價指標體系,計算生態(tài)效應(yīng)綜合評價指數(shù),并對相應(yīng)指標進行了具體分析。

a. 基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架構(gòu)建的生態(tài)效應(yīng)評價體系,可以分析寧南縣地區(qū)在白鶴灘水電站工程建設(shè)影響下的生態(tài)環(huán)境總體變化情況。可以看出,白鶴灘水電站的建設(shè)對寧南縣地區(qū)生態(tài)環(huán)境總體上有正向的促進作用,但促進作用不明顯,這是由于水電站仍處在建設(shè)階段,尚未正式運營。建設(shè)過程在一定程度上會破壞當?shù)丨h(huán)境。當白鶴灘水電站正式運營后,其在水電生產(chǎn)、環(huán)境保護等經(jīng)濟與環(huán)境方面的作用將逐步體現(xiàn)。

b. 建立生態(tài)效應(yīng)評價指標體系是進行生態(tài)效應(yīng)評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,圍繞壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架建立的25個具體指標的指標體系,從各個方面反映了白鶴灘水電站建設(shè)對寧南縣生態(tài)變化的影響情況。從各個具體指標的分析情況看,生物多樣性與河流水質(zhì)的改善是白鶴灘水電站建設(shè)過程對寧南縣生態(tài)改善的主要貢獻方面,這是由于水電站建設(shè)前已經(jīng)進行了移民工作,人類活動的減少使得生態(tài)得到改善。水土流失與人均耕地的減少是白鶴灘水電站建設(shè)對寧南縣生態(tài)破壞最主要的兩個方面,因此,在白鶴灘水電站繼續(xù)建設(shè)以及今后運行過程中,必須加強科學(xué)管理,并投入足夠的人力、物力、財力,最大限度地減少破壞環(huán)境的不利因素,發(fā)揮水電站的正面作用,為人民謀福祉。

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Ecological effect assessment of Baihetan Hydropower Station based on PSR model/

MA Jun, ZHU Minjie

(Business School, Hohai University, Nanjing 211100, China)

Abstract:Based on the current international popular pressure-state-response (PSR) analytical model, an evaluation system for the ecological effects of Baihetan Hydropower Station is established to assess Ningnan County by choosing 15 indices. The expert scoring method and the normalized method are employed to determine the weights. The values of various indices are determined according to the statistical yearbooks of Ningnan County from 2009 to 2013 and the related construction planning documents of Baihetan Hydropower Station. Finally, the values of the comprehensive indices for the ecological effects are calculated, and each specific index is analyzed. The results show that the value of the comprehensive index (E) for the ecological effects of the construction of Baihetan Hydropower Station is 0.1703, and it is in a positive state and but not obvious.

Key words:ecological effect assessment; pressure-state-response model; Baihetan Hydropower Station; Ningnan County

(收稿日期：2015-07-21編輯：胡新宇)

中圖分類號：X826

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2016)02-0006-05

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.02.002

作者簡介：馬駿(1970—),男,江蘇金湖人,副教授,博士，主要從事環(huán)境及自然資源經(jīng)濟、技術(shù)經(jīng)濟與循環(huán)經(jīng)濟等研究。E-mail:majun1807@163.com

基金項目：江蘇省社會科學(xué)基金(12EYB008);江蘇省博士后基金(1202087C)