沅水流域梯級開發(fā)下游段環(huán)境影響評價

殷國仕，劉華平，王勇澤

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院，湖南長沙410131）

沅水流域梯級開發(fā)下游段環(huán)境影響評價

殷國仕，劉華平，王勇澤

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學院，湖南長沙410131）

水能資源不耗費水資源量，不會帶來環(huán)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(jīng)濟發(fā)展起到了推動作用，有利于經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展。然而，水電工程帶來巨大效益的同時，也帶來了較多的環(huán)境問題，制約了河流生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。流域梯級開發(fā)的環(huán)境影響具有累積性和系統(tǒng)性，單個工程的評價不能代替流域的環(huán)境影響評價。因此，需要在單個工程環(huán)境影響評價的基礎上進行綜合分析，對區(qū)域環(huán)境質(zhì)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(fā)環(huán)境影響評價模型的構(gòu)建，并進行了模型驗證，結(jié)果與實際情況較為貼近。

環(huán)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(fā)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(qū)，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?qū)贃|亞季風區(qū)，為亞熱帶季風氣候，流域內(nèi)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(qū)的降水量較多，中部偏西地區(qū)降水量較少，多年平均降水量為1090～1506m m。

2 環(huán)境影響評價指標體系

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

沅水流域梯級水電開發(fā)環(huán)境影響研究范圍廣，影響因素多，建立一個具備科學性、技術(shù)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(huán)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(gòu)建遵循了科學性、實用性和獨立性等原則，從整體觸發(fā)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(fā)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(gòu)建了一個多級綜合評價模型。其思路是現(xiàn)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(huán)境因子的影響進行評價，然后評價各段工程對該河段環(huán)境的影響，最后綜合各區(qū)域得到區(qū)域環(huán)境影響［5］，生態(tài)因環(huán)境因子化分具體見圖1。

3.1 評價范圍

沅水流域生態(tài)系統(tǒng)是一個復合的大系統(tǒng)，梯級水電工程對流域環(huán)境的影響廣泛而深刻，如果籠統(tǒng)地以整個流域為研究對象，其評價結(jié)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(qū)域的影響程度。沅水流域梯級開發(fā)分為3個小區(qū)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(nèi)下游段的范圍作為研究區(qū)域。

圖1 生態(tài)環(huán)境因子

3.2 水平年選擇

由于各段水電工程建成和投產(chǎn)的時間不同，流域梯級水電開發(fā)造成的環(huán)境影響具有動態(tài)性和可變性。因此提及水電開發(fā)環(huán)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(chǎn)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(huán)境因子影響隸屬度和權(quán)值計算

（1）隸屬度分析

單個工程環(huán)境影響質(zhì)量的確定取決于各環(huán)境因子對環(huán)境質(zhì)量等級的隸屬度，隸屬度的確定思路是將收集到基本數(shù)據(jù)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(huán)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(quán)值計算

各因子對上級環(huán)境質(zhì)量的影響程度不同，必須賦予一定的權(quán)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(fā)環(huán)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(huán)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(tài)環(huán)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(huán)境因子權(quán)重；

n——環(huán)境因子總數(shù)。

（2）環(huán)境因素對工程區(qū)域的環(huán)境影響

根據(jù)上步可以得到個環(huán)境因素對各工程的環(huán)境影響，在此基礎上，對各河段的環(huán)境質(zhì)量進行分析評價，構(gòu)建二級評價矩陣，則對第P工程有：

式中：Ep——P工程環(huán)境影響綜合評價集；

Ej——各個環(huán)境因素對不同評價等級的隸屬度；

Wj——環(huán)境因素權(quán)重；

m——環(huán)境因子總數(shù)。

（3）環(huán)境影響綜合評價

根據(jù)第二步的計算得到的是各工程的環(huán)境影響評價結(jié)果，然后根據(jù)各河段不同工程的環(huán)境質(zhì)量狀況，對其進行加權(quán)計算，得到河段的環(huán)境質(zhì)量值，三級評價模型為：

式中：E——區(qū)域環(huán)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(quán)重；

I——工程數(shù)。

4 沅水流域下游段環(huán)境影響評價

根據(jù)上節(jié)中構(gòu)建的多級環(huán)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(quán)重

根據(jù)改進的層次分析法，咨詢專家意見進行評判矩陣的構(gòu)建。水文泥沙子系統(tǒng)判斷矩陣見表1：

表1 水文泥沙系統(tǒng)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(quán)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(huán)境系統(tǒng)評判矩陣的構(gòu)建同上。

4.1.2 確定子系統(tǒng)的隸屬度向量

根據(jù)沅水流域下游段環(huán)境資料，對各因子數(shù)據(jù)進行了標準化處理，得出了工程前后的環(huán)境質(zhì)量標準值，見表2。

表2 水文泥沙環(huán)境質(zhì)量指標及權(quán)重

同理，可以得出各個評判因子的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標值和各生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的環(huán)境指標值。

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

表3 各個子系統(tǒng)期望值

4.2 二級評判系統(tǒng)

4.2.1 評價權(quán)重、系統(tǒng)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(quán)重

同樣，根據(jù)專家打分確定權(quán)重。兩個水電工程環(huán)境子系統(tǒng)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(huán)境系統(tǒng)評判矩陣及特征向量

表5 凌津灘水電站自然環(huán)境系統(tǒng)評判矩陣及特征向量

把2個表中的數(shù)據(jù)輸入程序，即可求出自然環(huán)境系統(tǒng)影響因子的綜合權(quán)重，2個電站的權(quán)重系數(shù)見表6。

表6 各子系統(tǒng)的期望值

判斷矩陣構(gòu)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(huán)境子系統(tǒng)期望值

將前一單元計算出來的生態(tài)環(huán)境影響期望值、上一步計算出來的綜合權(quán)重W（表6）以及評判等級V輸入程序，計算出自然環(huán)境系統(tǒng)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(huán)境因子、各工程及各區(qū)域權(quán)重確定

（1）利用層次分析法將前面建立的環(huán)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(qū)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(jù)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(quán)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(qū)域環(huán)境影響評價

將上節(jié)中計算出的下游五強溪和凌津灘水電站的隸屬度和權(quán)重代入程序，計算出下游區(qū)域環(huán)境特征值，其值為0.552。根據(jù)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）?？梢钥闯鲢渌掠螀^(qū)域環(huán)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(qū)域造成的環(huán)境影響較小。

5 小結(jié)

梯級水電開發(fā)環(huán)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(qū)域水電開發(fā)的綜合環(huán)境影響，根據(jù)其評價值確定最終的環(huán)境質(zhì)量值及環(huán)境質(zhì)量等級。

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

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B

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(nóng)指［2008］192號.2008.12.