基于改進EF理論的梯級引水式電站生態環境影響定量評估

趙運吉

(岫巖滿族自治縣水利局，遼寧 鞍山 114300)

1 基本情況

農村引水式電站一般建在山丘型的河道上，也多呈現梯級分布的方式，引水電站的建設和運行方式也勢必對區域生態環境產生一定的影響。當前，國內許多學者對梯級水利工程運行的生態環境影響定量評估進行了主要研究[1- 6]，這些研究采用的生態環境影響定量評估的主要方法為EF理論，通過EF理論來定量分析水利工程運行對區域生態環境的影響。但是傳統EF理論未能考慮不同屬性之間生態承載力的可比性，計算的生態EF值存在偏大的局限，為此有學者對傳統EF理論進行改進，并在一些生態環境影響評估中得到具體應用[7- 9]，但是在農村引水式梯級電站的生態環境影響評估中還未進行相關應用，為此本文引入改進的EF理論，以遼寧東部某梯級引水電站為研究實例，對區域農村引水式梯級電站的生態環境進行定量評估。

在傳統EF理論計算中，不同屬性的生態EF值計算方程為：

A=∑Ci/Pi

(1)

式中，A—農村引水式電站各生態屬性值；i—計算類型；Pi—第i類型的初級生產力；Ci—不同屬性的環境影響程度。

改進的EF理論綜合考慮生態承載可比性，對方程(1)進行了改進，改進方程為：

(2)

式中，Ag—改進的農村引水式電站各生態屬性值；CM—區域生態承載力可比性調整系數。

其中改進的EF理論采用以下方程計算CM值，計算方程為：

(3)

式中，Ak—同期生態屬性值；AM—不同時期生態屬性值。

在農村引水式梯級電站生態屬性確定的基礎上，可計算各屬性EF值，計算方程為：

EF=∑rjAg

(4)

式中，EF—改進EF理論計算的農村引水式電站EF值；rj—各生態屬性的等價因子。在計算各分屬性EF值后，可計算不同類型的生態EF值，計算方程為：

EFT=N×EF

(5)

式中，EFT—不同類型的生態EF總值；N—類型個數。在計算生態EF值的同時，改進的EF理論采用以下方程計算農村引水梯級電站的區域生態承載力，計算方程為：

EC=N(ajrjYj)

(6)

式中，EC—計算的區域總的生態承載力；Yj—不同類型的生態承載比；aj—不同類型所占的面積屬性值。

2 基于改進EF理論的遼寧東部農村梯級引水式電站生態環境影響評估

2.1 研究區域梯級農村引水式電站概況

本文以遼寧東部某區域梯級農村引水式電子為研究實例，該區域內有5座農村引水式電站，各引水式電站的屬性表見表1。結合區域各梯級引水式電站的屬性表，結合不同算法對各農村引水式電站的生態EF值和生態承載比進行計算。

表1 遼寧東部各梯級引水式電站屬性表

2.2 基于不同算法的區域梯級引水式電站生態影響定量評估

分別結合傳統和改進EF理論對研究區域梯級引水式電站的生態EF值進行定量評估，分析結構見表2和表3。

表2 傳統算法下各梯級引水電站不同屬性的EF計算值 單位：hm2

表3 改進算法下各梯級引水電站不同屬性的EF計算值 單位：hm2

表2為傳統算法下各梯級引水式電站不同級別的EF值，從表中可以看出，河道減水脫水和邊坡水土流失的生態EF值在各類型屬性中最高，各級引水式電站的生態EF值在4.52～9.53hm2之間，對生態影響高于其他類型。廢渣占據河道的生態EF值最低，在0.23～0.62hm2之間，對區域生態環境影響低于其他類型。從表3中可以看出，各梯級電站不同類型的生態EF計算值均小于采用傳統EF值，這主要是改進的EF理論綜合考慮各類型承載允許比，使得計算EF值小于傳統算法下的EF值。改進算法和傳統算法下的各電站生態評估結果較為類似，但計算值小于傳統算法。

2.3 基于不同算法的區域梯級引水式電站生態承載力定量評估

在生態EF值計算基礎上，結合不同算法對區域梯級引水式電站的生態承載力進行評估，分析結果見表4和表5。

表4 傳統算法下各梯級引水電站不同屬性的生態承載力計算值 單位：hm2

表5 改進算法下各梯級引水電站不同屬性的生態承載力計算值 單位：hm2

從表4中可以看出，各級生態承載比呈現遞增變化的特點，隨著農村引水式梯級電站級數的增加，各類型生態承載力逐漸增加；引水式電站下河道減少脫水的生態承載力最高，區域各類型的生態承載力均指在82.0～133.8hm2。從表5中可以看出采用改進算法下各類型的生態承載力較傳統算法都有所提高。

2.4 基于不同算法的區域梯級引水式電站生態環境變化百分比分析

結合不同算法下區域各梯級農村引水式電站的生態EF值和生態承載力計算值，對比分析不同算法下各區域梯級引水式電站的生態環境變化百分比，計算結果見表6和表7。

表6 不同算法下各梯級引水電站EF值變化百分比結果 單位：hm2

表7 不同算法下各梯級引水電站生態承載力變化百分比結果 單位：hm2

圖1 不同算法下各級農村引水式電站生態環境變化百分比

從表6中可以看出，相比于傳統EF理論，改進EF理論下的各梯級水電站的EF值都有所減少，各類型EF減少百分比均值在-29.1%～37.3%之間，生態EF值平均減少-29.7%，但生態EF值減少特點不明顯。從表7中可以看出，改進EF理論下的各梯級農村引水式電站的生態承載力相比于傳統EF理論均有所提高，這和區域的實際情況較為吻合，各類型區域生態承載力變化值在35.8%～40.2%之間，生態承載力相比于傳統EF理論均值提高37.9%。從圖1中可看出，引水電站邊坡水土流失的生態EF和生態承載力變化最大，而河道減少脫水變化最小，可見引水電站邊坡水土流失對該區域農村引水梯級電站的生態環境影響較大。

3 結語

本文結合改進前后的EF理論對遼寧東北某區域農村引水梯級電站的生態環境影響進行定量評估，評估結論為：

(1)改進后EF理論對降低了不同類型的生態EF值，對區域生態承載力計算值有所提高，適用性好于傳統EF理論。

(2)遼寧東部研究取農村引水式梯級電站下的邊坡水土流失和河道減少脫水對生態影響高于其他類型；廢渣占據河道的生態EF值最低，在0.23～0.62hm2之間，對區域生態環境影響低于其他類型。

[1] 王智陽. 水利工程的生態環境影響及調控措施[J]. 黃河水利職業技術學院學報, 2011(04): 7- 9.

[2] 鄒淑珍. 贛江中游大型水利工程對魚類及其生態環境的影響研究[D]. 南昌大學, 2011.

[3] 莊益朋. 宮山咀水庫環境安全保護對策探析[J]. 水利技術監督, 2017(01): 55- 56+141.

[4] 王慧斌. 水庫生態調度的內涵與模型探析[J]. 水利規劃與設計, 2016(03): 34- 35+107.

[5] 賈碩. 水利水電工程生態環境影響評價指標體系與評價方法的研究[D]. 河北農業大學, 2011.

[6] 趙鑫. 石佛寺水庫生態修復若干問題及對策[J]. 水利規劃與設計, 2015(11): 22- 23+37.

[7] 王國剛, 楊德剛, 張新煥, 等. 基于能值理論的生態足跡改進模型及其應用[J]. 中國科學院研究生院學報, 2012(03): 352- 358.

[8] 趙運林, 傅曉華. 生態足跡理論在長株潭城市生態安全研究中的應用與改進[J]. 城市發展研究, 2008(04): 127- 130+134.

[9] 王書玉, 卞新民. 生態足跡理論方法的改進及應用[J]. 應用生態學報, 2007(09): 1977- 1981.