基于壓力-狀態-響應框架的白鶴灘水電站工程生態效應評價

馬　駿,朱敏杰

(河海大學商學院,江蘇 南京　211100)

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基于壓力-狀態-響應框架的白鶴灘水電站工程生態效應評價

馬駿,朱敏杰

(河海大學商學院,江蘇 南京211100)

摘要：基于當前國際流行的壓力-狀態-響應框架,以寧南縣為評價區域,選取15項指標,建立白鶴灘水電站對寧南縣生態效應評價指標體系。采用專家打分法與歸一法相結合確定權重,利用寧南縣2009—2013年統計年鑒與白鶴灘水電站建設規劃等相關材料確定指標值,計算生態效應綜合評價指數,并對各具體指標進行分析。研究結果表明,白鶴灘水電站建設對寧南縣地區生態效應綜合評價指數為0.170 3,處于正向影響但不明顯的狀態。

關鍵詞：生態效應評價;壓力-狀態-響應框架;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、運營都會對所在地周邊區域產生重要的影響。水電站工程對相關區域的影響主要包括兩個方面:①經濟影響。作為一項大型工程,水電站的建設和運營會給周邊地區經濟發展帶來影響,如水電站建設時會促進建筑行業、建材產業等相關產業的發展,運營時通過能源的優勢為能源密集型產業的發展提供土壤。②環境影響。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境,不產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域的生態環境產生負面影響,如改變局部氣候條件,引起河流水文情勢變化,導致河流局部斷流、水體水質惡化、生物多樣性減少、觸發地質災害,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的生態效應表面上看是一個環境問題,但由于環境惡化與相關的民生問題會給區域經濟可持續發展帶來障礙,且治理環境也需要一定的成本,因此,研究水電站工程的環境效應在一定程度上也是經濟問題。水電站工程生態效應評價作為水電站工程影響區域環境治理的先期研究,對了解當地環境狀況、分析影響因素、確定治理方案等后期操作非常重要。

1生態效應評價理論綜述

水電站工程作為大型工程,其生態效應由于涉及面廣、影響因素多等特點,存在著模糊性與不確定性。國際上關于水電站工程的生態效應評價研究歷史較長,在相關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對地表水、農業及洪水等方面的影響;Manful等[4]在水文生態環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。目前生態效應評價已經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納入法律體系中[5]。

我國的水電站工程生態效應評價研究起步較晚,20世紀60年代建設的三門峽大壩產生了一系列環境與生態問題,引起學術界對關于水電站工程生態效應問題的關注。隨著我國在水電站工程領域投入的資金越來越多,國內學者也越來越關注水電站工程的生態效應問題,特別是近幾年出現的水電站工程環境影響評估,它是對水電站工程環境影響評價的檢驗和補充,并為工程后續環境保護措施的實施提供指導[6]。當前,國內專家學者主要采用模糊綜合評價法、層次分析法、灰色關聯分析、綜合指數法等方法研究有關水電站工程生態效應問題。于艷新等[7]運用模糊綜合評價法對大慶地區油田開發排水工程的生態環境風險進行了評價,并提出降低環境風險的措施;王華東等[8]運用層次分析法對南水北調中線工程中的生態環境風險進行了識別;翟國靜[9]將灰色關聯度分析引入水資源工程的環境評價中,并進行了實證研究。

表1　生態效應評價指標含義及計算方法

表2　生態效應評價指標體系

從已有研究可以看出,雖然與水電站工程生態效應相關的研究越來越多,但這些研究多數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過程中,需要各相關產業相互配合,并涉及移民、水文、水質等方面,因此只有在生態效應評價時盡量多地考慮相關因素,才能最大限度地還原水電站工程建設過程中的生態效應。一般認為,水電站工程的生態效應是指水電站工程建設及建成后對自然界的生態破壞和生態修復兩種效應的綜合結果[10],據此,水電站工程生態效應評價應從正反兩個方面進行考慮,并通過定量研究來體現。

不同的社會文明和經濟發展階段與不同的工農業生產水平對水電站建設有不同的需求,對生態環境的需求程度也不同。因此,隨著社會經濟的不斷發展,生態環境也處在不斷變化之中,呈現出動態發展的特征。本文在已有研究的基礎上,通過建立生態效應評價指標體系,研究白鶴灘水電站建設對寧南縣地區的生態效應影響情況。

2生態效應評價指標體系與模型的構建

2.1生態效應評價指標體系

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

圖1　生態效應評價指標體系的壓力-狀態-響應概念框架

從壓力-狀態-響應概念框架出發進一步分析可知,狀態指標主要用于描述水電站建設背景下的環境與社會經濟狀態,回答了發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過程中對寧南縣生態環境的影響,回答了為什么會發生這種變化的問題;響應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。

評價指標體系的構建是生態效應評價的基礎和關鍵。圍繞壓力-狀態-響應框架,結合常本春等[11]的研究,建立水電站工程影響下的生態效應評價指標體系,見表1、表2。

在實際的評價過程中,必須將生態效應評價指標體系內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)。每個指標根據其統計或計算后的數據確定其對應的指標值(或根據數據采用內插法確定指標值),則該指標值為各具體指標對應的效應。

2.2確定指標權重

指標權重的確定方法一般有主觀賦權法與客觀賦權法兩種。主觀賦權法主要包括專家打分法、Delphi法等;客觀賦權法主要有熵權法、因子分析法、均方差法等。在實際應用過程中,主觀賦權法確定權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,即根據壓力、狀態、響應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,賦值應為上述數字的倒數,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。

權重根據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)

由此得到權重向量W=(W1,W2,W3)。權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重。

為保證所計算的權重的準確性,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。

2.3建立生態效應評價模型

生態效應評價的最終結果可用生態效應綜合評價指數來表示。生態效應綜合評價指數(E)計算公式為

(5)

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

3實證研究

3.1白鶴灘水電站建設對寧南縣生態效應評價指標計算

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,調節庫容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系。

根據被評價主體的實際情況建立相應的評價標準是進行生態效應評價的基礎之一。白鶴灘水電站位于寧南縣與巧家縣境內,作為全國第二大水電站,其建設涉及經濟、移民、生態、環境保護等多方面,對其進行生態效應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,并根據寧南縣統計年鑒等文獻,建立白鶴灘水電站工程生態效應指標評價標準。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個指標沒有相應的計算方法,因此在實際操作過程中采用在實地調查的基礎上,結合專家討論的方法,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。

指標權重的確定是生態效應評價的又一基礎性工作。本文通過專家打分法與經驗判斷相結合,根據寧南縣2009—2013年統計年鑒相關數據,結合對白鶴灘水電站的實地調查,并征求多名環境科學、工程建設以及區域經濟等領域專家的意見,建立判斷矩陣,再采用歸一化的方法計算出相應權重。具體的判斷矩陣與相應權重計算結果見表4。

表3　白鶴灘水電站工程生態效應評價標準

表4　判斷矩陣及權重

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

3.2指標計算結果分析

根據壓力-狀態-響應框架,計算出寧南縣地區在白鶴灘水電站工程建設影響下的生態效應綜合評價指數為0.170 3,處于-0.2～0.2的范圍內,且為正,表明白鶴灘水電站工程對寧南縣的生態環境有促進作用,但這種促進作用不明顯。導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。

根據白鶴灘水電站建設規劃與寧南縣2009—2013年統計年鑒相關數據,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影響下的相應生態效應評價指標值,并根據上文得到的指標權重計算出單個指標的評價指數,再求和得到寧南縣在白鶴灘水電站建設影響下的生態效應評價指數。最終計算結果見表5。

表5　寧南縣生態效應評價指標值

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

對寧南縣地區生態環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境惡化的最主要的原因之一,白鶴灘水電站的建設一定程度上加劇了當地水土流失的程度。水電站建設會導致人口遷移、土地淹沒等情況,從而使部分農民失去賴以生存的土地,如何使得失地農民找到合適的就業途徑并最大限度地降低對生態環境的不利影響也是水電站建設過程中必須考慮的問題。

4結論

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

a. 基于壓力-狀態-響應框架構建的生態效應評價體系,可以分析寧南縣地區在白鶴灘水電站工程建設影響下的生態環境總體變化情況。可以看出,白鶴灘水電站的建設對寧南縣地區生態環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階段,尚未正式運營。建設過程在一定程度上會破壞當地環境。當白鶴灘水電站正式運營后,其在水電生產、環境保護等經濟與環境方面的作用將逐步體現。

b. 建立生態效應評價指標體系是進行生態效應評價的基礎和關鍵,圍繞壓力-狀態-響應框架建立的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對寧南縣生態變化的影響情況。從各個具體指標的分析情況看,生物多樣性與河流水質的改善是白鶴灘水電站建設過程對寧南縣生態改善的主要貢獻方面,這是由于水電站建設前已經進行了移民工作,人類活動的減少使得生態得到改善。水土流失與人均耕地的減少是白鶴灘水電站建設對寧南縣生態破壞最主要的兩個方面,因此,在白鶴灘水電站繼續建設以及今后運行過程中,必須加強科學管理,并投入足夠的人力、物力、財力,最大限度地減少破壞環境的不利因素,發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，主要從事環境及自然資源經濟、技術經濟與循環經濟等研究。E-mail:majun1807@163.com

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