基于模糊物元綜合評價法的水利水電工程環境影響后評價研究

孫會堂

(遼寧省海城市水務事務服務中心，遼寧 鞍山 114200)

水體生態環境在水電工程建設過程中通常可發生一定的改變，并對周圍居民和自然生態造成影響，因此相關部門明確提出要對水利工程建設項目進行環境影響評價。工程項目的后評價是組成建設項目的主要內容之一，它是對完成竣工驗收并運行一定時間的項目進行系統評價的過程，而作為建設項目評價過程中的重要組成部分環境后評價發揮著重要作用。環境后評價可作為工程項目建設是否有效，并滿足預定投資效益的主要判定依據，通過評價對周圍環境的影響可為提高項目的管理水平提供一定參考和決策依據[1- 3]。

水電工程對環境的影響評價所涉及的定性指標較多、范圍較廣，并且對其后評價通常具有一定的模糊性與不確定性特征，因此對水利工程環境影響往往難以進行客觀、準確的后評價。在環境影響后評價方面國內外學者開展了大量研究，如Brains[4]等結合實際案例和各方法操作的特點，給出了環境影響后評價定量與定性相結合的評價方法；Anbari[5]等認為應用于環境影響后評價的理論具有一定的有效性，但是該觀點仍需要較為系統、成熟的制度體系支撐。水利部在2010年對水電工程建設項目后評價的內容、流程以及管理監督進行了明確規定，并且國內生態學者開展了相關研究，如鄭艷紅[6]等通過將評價指標體系劃分為水體環境、社會影響和經濟發展3項內容研究了環境影響后評價指標的選取原則；陳若緹[7]等采用無對比法對環境影響后評價進行了研究分析，對項目運行存在的不利因素和有利因素進行了分析并給出了相應的措施；蔣固政等通過分析要求標準和法律依據，研究了影響后評價結果的主要因素和內容。

目前，相關研究主要集中在某些大中型建設項目的試點工作，而對于水電工程環境影響后評價指標體系和理論方法的研究還處于初始階段，綜合考慮定量與定性指標的后評價方法相對較少[8]。據此，本文結合已有文獻和水利工程實際狀況，針對后評價影響因素較多以及評價過程中的不確定性和模糊性特征，考慮采用模糊物元法建立評價指標體系，并以遼寧省某大型水利樞紐工程為例進行了綜合分析。

1 構建水利水電工程環境影響后評價指標體系

水環境、生態環境通常是項目建設影響的主要方面，其中對水環境的影響主要包括下游河道淤積變化、水文、水文水質、岸邊覆沒以及水庫淤積等；而生態環境影響主要有氣象、地質、水土流失、生態景觀破壞、植被、水生生物等。本文結合該水利樞紐工程實際狀況分別從水環境、生態環境2個方面進行影響評價，并建立了包含10項具有代表性指標的指標體系，見表1。

表1 水電工程環境影響后評價指標體系

2 建立模糊物元綜合評價模型

物元分析法是由蔡文[9]教授于1983年提出一種采用“事物、特征、量值”要素描述事物狀態的方法。該方法通過分析事物參數的變化規律可有效解決事物間互不相容的問題，如果將模糊理論引入該理論體系中，即可實現對相關問題的模糊處理。模糊理論是對具有模糊性的客觀事物利用模糊數學進行識別、分類和評價的一種常用的方法，其基本內涵和理論是對評價指標集建立隸屬度函數，然后以各指標評價等級標準范圍為判別原則對各指標計算相對隸屬度，利用模糊判斷矩陣計算指標的權重然后經過加權求解得到綜合評價結果，依據綜合評價結果進行特征公式計算得到評價目標的最終判定和評價。

通過將物元分析和模糊數學有機結合就形成了交叉滲透的模糊物元分析法，在水電工程后評價過程中通常具有較強的模糊性和主觀性特征，并且影響后評價的定性指標較多，因此本文考慮引入模糊物元分析法進行影響后評價。

2.1 各模糊復合物元模型

為更加直觀、準確地得出水利工程影響后評價量化結論，應首先按照不同的分級標準對影響程度進行等級劃分，假定影響因素為n，相應的等級為Mj。本文根據水電工程實際情況將環境影響程度劃分為5個級別，其中M1、M2、M3、M4、M5分別代表該水電工程建設對周圍環境存在較大與較小負面影響、無不利影響以及較小與較大的正面影響。

引入Mj作為水電工程影響程度的第j個等級，則第i個主要因素在第j個影響等級中可表示為Cji，并且在該物元模型中存在P個次要因素，因此第i個主要因素在第j個影響等級下屬于第k項次要因素的指標可表示為Cik。根據文中所構建的指標體系，主要因素有生態環境、水環境兩方面一級指標，次要因素主要有水質、泥沙情況、水文、水溫等二級指標，并引入xik表示與各因素指標相對應的量值，據此可構建n維復合物元Rn如下：

(1)

(2)

考慮到不同評價等級下的指標量值隸屬度特征，對第j個等級條件下xik指標的隸屬度表示為μjik，由專家給出或隸屬度函數確定相應的μjik數值。據此，可建立具有m種影響程度等級的n維模糊復合物元Rmn。對后評價主、次要因素的權重引入Rwi、Rwik，其中wi代表在j個等級條件下第i項主要因素權重值，并假定wik為第k項次要因素的權重值。

指標權重系數計算是決定評價結果合理性、準確性的關鍵性參數，其中層次分析法、變權分析法、熵值法和博弈組合權重法等是應用于坡耕技術模式評價的主要評價方法。變權分析法主要適用于在指標賦予值過低時可對整體評分產生顯著影響的情況，該方法通過提高過低分數指標的權重使綜合評價得分更加合理；信息熵值法結合信息系統的無序化程度，對評價指標賦予客觀的參數數值，往往適用于多層次的綜合目標整體評價；層次分析法以專家學者的知識經驗對指標權重進行賦值，該方法具有簡單、直觀、可靠的優點。據此本文利用模糊層次分析法進行權重值的求解計算。主要因素與次要因素的權重復合物元分別如下所示：

(3)

(4)

由于每一影響等級條件下各主要因素在水電建設項目環境影響后評價中的隸屬度相對較為分散，所以有必要采用加權平均法將其集中為某一值，計算方法如下：

Rb=Rwik·Rmn

(5)

2.2 綜合評價

引入bji為第i項主要因素在第j個影響等級下的隸屬度集中值，對單項指標模糊物元采用Rx進行表示，則其表達式如下：

(6)

為避免單一片面性對影響后評價的不利影響，分別選取各主要因素相對權重模糊量的最大、最小、平均值作為評判依據，分別為dj1、dj2、dj3。則綜合評價模糊物元可表示為RD，如下所示：

(7)

dj為綜合評價值，因此水電工程影響后評價所屬等級即為dj所對應的最大隸屬度影響等級。

3 實例應用

某大型水利樞紐工程位于某流域中游區域，該工程主要有大壩、電站以及壩頂等部分，其中電站裝機共有4臺總容量為2500kW。該水利樞紐工程和發電工程分別為Ⅳ和Ⅴ等，工程規模分別為小(1)和小(2)型，水庫總容量為990萬m3，具有投資快、開發條件優越等特點。該水電工程的建設不僅有利于降低對國家電網的依賴而且可增強該區域的電網供電能力，具有顯著的經濟效益和社會效益，而且每年可向周圍區域提供2030萬kW·h的發電量，該建設項目發揮著不可替代的重大作用[10- 11]。

3.1 環境影響復合物元

該樞紐工程在建設完成后因采取了一系列的防護治理措施大大降低了項目運行期對土壤、陸生生態環境以及水溫的不利影響，因此可忽略不計，所以本文僅僅考慮指標體系中剩余部分指標，主要有土地資源、水土歷史、生態景觀、水生生物、水質以及泥沙情況等。可采用專家咨詢法直接確定定性指標取值，而對于定量指標應首先根據實際觀測數值，計算單因子影響后評價結構，然后結合專家咨詢法綜合確定最終的評價等級。為更加客觀、準確地反映評價等級，可按照不同的賦分結果確定相應的影響等級，其中M1～M5等級賦分值分別為100、80、60、40、20。對各評價指標由專家根據調查情況和現場實測結果進行相應的輔助，并通過一級指標的賦值建立水環境與生態環境的復合物元，分別如下：

3.2 環境影響模糊復合物元

確定各評價指標量值所屬等級的隸屬度是建立環境影響后評價模糊復合物元的基礎和前提條件，本文采用降半梯形法作為評價指標隸屬函數。然后在函數中輸入專家評分結果并得到不同等級條件下各指標的隸屬度，水環境與生態環境影響模糊復合物元隸屬度矩陣分別如下所示：

3.3 環境影響綜合評價

對指標權重采用層次分析法求解，其中水環境影響后評價中二級指標權重物元Rw1k=(0.75，0.25)；生態環境影響后評價二級指標權重符合物元Rw2k=(0.45，0.25，0.16，0.14)；環境影響一級指標權重Rw3k=(0.55，0.45)。

利用文中所述相關計算公式以及各級指標權重物元、模糊物元計算結果可建立綜合模糊復合物元，其中R1=Rw1·R521=(0，0.45，0.55，0，0)；R2=Rw2·R522==(0，0.056，0.268，0.676，0)。然后建立水電工程影響后評價集中模糊物元，并結合單項評價物元和文中所述綜合復合物元公式最終可得到：

按照最大隸屬度原則最終可得到影響后評價dmax=d3，由此可判定該水電工程對周圍環境的影響程度屬于M3等級，即基本不產生不利的環境影響。該評價結果與水電工程項目建設以來的實際檢測情況基本相符，能夠客觀、全面地反映其實際情況。該評價方法表現出良好的適用性與可行性。

4 結論

本文結合某大型水利樞紐工程實際狀況，在查閱相關文獻資料和大量調研的基礎上對環境影響因子進行了識別，然后按照科學性、系統性、代表性、可獲取性等原則篩選了環境影響后評價指標，并建立相應的指標體系和影響程度分級標準，對該水電工程利用模糊物元綜合評價法進行了客觀、科學地評價，主要結論如下：

(1)該水電工程對周圍環境的影響程度屬于M3等級，即基本不產生不利的環境影響。該評價結果與水電工程項目建設以來的實際檢測情況基本相符，能夠客觀、全面地反映其實際情況，該評價方法表現出良好的適用性與可行性。

(2)影響水電工程建設項目環境后評價的因素較多，且各因素指標之間存在較為復雜的作用關系，本研究受數據資料的限制，未考慮社會經濟等因素的影響，因此在未來研究中仍需要不斷完善指標體系，綜合考慮社會經濟、自然資源以及生態環境等方面的影響，采用更加客觀、科學的理論方法對指標要素之間的作用關系進行分析，以此進一步提升評價結果的可靠性與準確性。