基于證據理論的川西水電開發生態環境評價研究

莫泓銘，夏 齡

(1.四川民族學院圖書館，四川康定 626001；2.四川民族學院網絡中心，四川康定 626001)

基于證據理論的川西水電開發生態環境評價研究

莫泓銘1，夏 齡2

(1.四川民族學院圖書館，四川康定 626001；2.四川民族學院網絡中心，四川康定 626001)

水電作為一種可再生的清潔能源，近年來越來越受到人們的關注。大力開發水電資源有利于緩解能源危機,促進節能減排政策的落實。我國川西地區擁有豐富的水資源，水電資源開發對當地經濟發展、基礎設施建設、旅游發展等具有推動作用。然而，川西地區也是生態脆弱區,在水電開發之前應做好生態評估，以期把對生態環境的影響降到最小。本文基于證據理論提出了一種水電開發對生態環境影響的評估方法，運用證據理論強大的數據融合能力，融合多名專家對多方面的評估，最終得到生態環境的綜合評價。實例證明，該方法能有效評估水電開發對生態環境的影響。

證據理論；水電開發；生態環境；生態評價

能源安全、全球氣候變暖和生態環境日趨惡化等與人們生產生活密切相關的問題越來越受到全世界的關注，大力發展清潔能源和可再生能源符合當前社會可持續發展和經濟增長的需求。保護生態環境，促進人與自然和諧相處已成為當前的熱門話題[1-4]。近年來，水力發電進入了人們的視野[5]。相對常規能源而言，水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源。水力發電是綜合利用水資源的一個典型應用系統，其具有發電效率高、發電成本低、能控制洪水泛濫、提供農業灌溉用水、改善河流航運等優點[6-7]。此外，水電開發還能帶動地方經濟發展，改善交通環境，提供電力供應，發展旅游業和水產養殖等。

2014年國務院辦公廳發布的《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》指出，在做好生態環境保護和移民安置的前提下，積極有序推進大型水電基地建設，因地制宜發展中小型水電站，加強水資源綜合利用；到2020年，力爭常規水電裝機達到3.5億千瓦左右。我國川西地區擁有大渡河、金沙江、雅礱江等流域豐富的水資源[8]。近年來，在國家的大力支持下，川西地區水電資源開發取得了一定的進展，對當地的經濟社會發展和農牧民脫貧致富起到一定的推動作用。大江大河流域梯級開發逐步形成，如大渡河干流的下爾呷、雙江口、猴子巖、長河壩、大崗山、瀑布溝等水電站形成的3庫22級梯級格局開發方案[9]。然而水電開發也同樣面臨諸如建設周期長、前期投入大、移民搬遷、受地勢影響大等困境，特別是對生態環境的影響很大[10-12]。如何評價水電開發對生態環境的影響顯得尤其重要[13-15]。證據理論[16-17]由于其強大的數據融合能力，被廣泛應用于目標識別、專家系統等領域[18-23]。

水電開發對生態環境的影響是多方面的，因而可以利用證據理論多屬性融合來評價水電開發對生態環境的影響。基于此，本文構建一種基于證據理論的水電開發對生態環境的影響評價體系，通過定量分析開發目標區域水電資源后生態環境面臨的問題，評估后期生態環境受影響程度，做出生態環境預警。

1 水電開發對川西地區生態環境的影響

川西地區主要是指四川西部的甘孜藏族自治州、阿壩藏族羌族自治州和涼山彝族自治州，幅員面積達30.2萬平方公里，約占四川省國土總面積的62%，是我國最大的彝族聚居區，第二大藏族聚居區，主要的羌族聚居區[24]。該地區具有豐富的水資源、礦產資源、生態資源和旅游資源，但經濟基礎薄弱，基礎設施建設滯后，交通通訊不便等特點[25-26]。開發水電資源對川西地區具有促進礦產資源開發、改善交通環境、加快旅游資源開發、減輕地方財政壓力、促進經濟發展等作用。川西地區同樣是一個生態脆弱區，全年多旱少雨，降雨量遠遠小于蒸發量，地表裸露嚴重，土地沙漠化、沼澤化和鹽堿化嚴重，地震、滑坡、泥石流等自然災害頻發[27-28]。近年來，川西地區的生態環境越來越脆弱而敏感，直接威脅和影響著該地區居民的生活和經濟發展，對社會的穩定和可持續發展也有一定的影響[29]。川西地區作為生態脆弱區同時也是水資源富裕區。水電開發特別是無序開發對當地生態環境的影響巨大，直接或間接造成了水土流失、植被破壞、生物多樣性減少等后果[30-31]。

1.1 對土地的影響

川西地區大多為高山峽谷地貌，可耕地面積少,后備耕地不足，林地數量多但林木品種單一且分布不均，草地數量多但可利用價值不高等。水電開發過程中不可避免的占地、采石、取土、棄渣等會影響到本來就不富裕的可利用土地；對地表生物造成破壞，植被的恢復周期長；造成水土流失，土壤營養成分降低，出現土地沙漠化、沼澤化和鹽堿化等“三化”現象[32]。

1.2 對氣候的影響

蓄水大壩建成后，將改變部分土地的原有用途，陸地變成水域或濕地，水蒸發量增大，局部空氣變得濕潤，進而改變原來的降雨分布。相關資料表明，庫區及其附近地區降雨減少，而一定距離外地區的降雨則有所增加。此外，還會導致氣溫的變化，水庫地區年均氣溫會有所升高[33]。

1.3 對水體的影響

由于修建大壩及大壩蓄水，水的流動性降低，水的自凈能力減弱，水質可能變差，存在發生水污染的風險[34]。此外，由于多個地震帶位于川西地區，加上人為大量蓄水，淺層地表壓力增大，破壞原有地殼構造應力相對平衡狀態，誘發地震的機率增大[35]。

1.4 對生物多樣性的影響

水電項目的建設會淹沒一定的具有生產能力的草原、土地等，改變陸地生物的棲息地，導致陸生生物物種的多樣性減少等后果。由于大壩蓄水，導致水體溫度發生變化等，水生生物的生存環境面臨考驗，不能適應的生物將面臨滅絕或種類減少。此外，由于水庫梯級大壩的修建，將阻斷大量珍稀魚類和水生生物的生活軌跡，破壞其生存環境，造成其數量與種類的減少。如長江流域大型水利工程的修建嚴重影響了中華鱘的洄游路線和繁殖場所；貢嘎山南坡水壩的修建將使牛羚、馬鹿等珍稀動物的高山湖濱棲息活動地喪失，大面積珍稀樹種原始林將被淹毀[36]。

2 證據理論及其在多屬性決策中的運用

2.1 證據理論基礎知識

證據理論(Evidence theory)是1967年由Dempster發明[16]并由其學生Shafer于1976年推廣開來的[17]。證據理論相對于傳統的貝葉斯概率論而言，不需要先驗概率信息并且允許非單子集概率存在，其應用范圍比傳統概率論更廣。證據理論的定義如下：

Dempster組合規則是證據理論中的第一個組合規則，它能夠將兩個BPA融合并生成一個新的BPA。Dempster組合規則，或稱為兩個BPA的正交和。Dempster組合規則如下：

(1)

(2)

其中，k是沖突系數。k=1代表兩個BPA是完全沖突的，即完全相反的，Dempster組合規則不能應用于此情形。當k=0時，意味著兩個BPA是完全一樣的。Dempster組合規則還滿足交換律和結合律：①m1⊕m2=m2⊕m1；②(m1⊕m2)⊕m3=m1⊕(m2⊕m3)。因此，當存在多個BPA需要融合時，可以不用考慮其先后順序而一對一對地進行融合。

2.2 基于證據理論的多屬性融合模型

證據理論在目標多屬性融合中的運用如圖1所示，主要分為四個步驟：構建證據理論框架→專家在證據理論的框架下對目標的各屬性進行評估(各專家結合自身知識水平及經驗獨立地對目標不同的屬性進行評價)→屬性總評(運用Dempster組合規則對同一屬性的不同專家的評估進行融合，最終得到同一屬性的總體評價，以此類推，得到所有屬性的總體評價)→結論(再次運用Dempster組合規則對各屬性的總評進行融合，最終得到目標屬性的總評)。

圖1 基于證據理論的多屬性融合模型

3 案例分析

假設某公司擬在大渡河流域的甲、乙兩地選址投資修建一座水電站，特邀請環境評估專家對評估修建水電站后對當地生態環境的影響，以期選擇對生態環境影響最小者。評估的內容涉及土地影響、氣候變化影響、水體影響、生物多樣性影響等四個方面。專家們將通過查閱相關資料并結合自身經驗對這四個方面進行評估。專家對甲、乙兩地進行評估后的結果如表1～表8所示。

為方便表述，“甲地、乙地”分別用“P、Q”表示；“很嚴重、嚴重、一般嚴重”分別用“H、M、L”表示；“專家1、專家2、專家3”分別用“E1、E2、E3”表示。本案例將從四個方面來評估對生態環境的影響，屬于多屬性目標決策類問題，因而證據理論的多屬性融合是適用的。接下來，根據圖1所示的基于證據理論的多屬性融合模型來探討修建水電站對生態環境的影響。

表1 甲地土地影響(L)評估

專家1專家2專家3很嚴重0.30.50.7嚴重0.50.50.1一般嚴重0.200.2

表2 甲地氣候影響(C)評估

表3 甲地水體影響(W)評估

專家1專家2專家3很嚴重0.20.70.5嚴重0.20.20.5一般嚴重0.60.10

表4 甲地生物多樣性(B)評估

表5 乙地土地影響(L)評估

專家1專家2專家3很嚴重0.30.30.5嚴重0.40.20.4一般嚴重0.30.50.1

表6 乙地氣候影響(C)評估

表7 乙地水體影響(W)評估

專家1專家2專家3很嚴重0.30.20.2嚴重0.40.20.8一般嚴重0.30.60

表8 乙地生物多樣性(B)評估

第一步：構造證據理論辨識框架。結合評估標準，有Θ={H,L,M}。

第二步：各專家對各屬性進行評估。結合本例，有3位專家(E1、E2、E3)對影響生態環境的4個屬性(L、C、W、B)進行評估，因而每個屬性有3組BPA。以表1為例，則有：

E1：mLE1P(H)=0.3,mLE1P(M)=0.5,mLE1P(L)=0.2，

E2：mLE2P(H)=0.5,mLE2P(M)=0.5，

E3：mLE3P(H)=0.7,mLE3P(M)=0.1,mLE3P(L)=0.2.

其中，mLE1P(H)=0.3指專家1(E1)認為會對甲地(P)土地(L)產生“很嚴重”影響(H)的概率為0.3。

第三步：屬性總評。在此階段，運用Dempster組合規則分別融合某一屬性的各個評價，最終得到某一屬性的總體評價結果。在表1中，結合式(1)(2)進行融合，融合E1、E2對甲地土地影響的評估結果有：

k=mLE1P(H)mLE2P(M)+mLE1P(M)mLE2P(H)+mLE1P(L)mLE2P(H)+mLE1P(L)mLE2P(M) =0.3×0.5+0.5×0.5+0.2×0.5+0.2×0.5=0.6,

即mLE1E2P(H)=0.375,mLE1E2P(M)=0.625.

將上述結果再與E3的評估結果進行融合，可得：

k=mLE1E2P(H)mLE3P(M)+mLE1E2P(H)mLE3P(L)+mLE1E2P(M)mLE3P(H)+mLE1E2P(M)mLE3P(L) =0.375×0.1+0.375×0.2+0.625×0.7+0.625×0.2=0.675,

由此可知，甲地(P)土地(L)的綜合影響概率為：

mLP(H)=0.808,mLP(M)=0.192.

(3)

同理，可得甲地(P)氣候(C)、水體(W)、生物多樣性(B)的綜合影響概率分別如下：

mCP(H)=0.255,mCP(M)=0.426,mCP(L)=0.319.

(4)

mWP(H)=0.778,mWP(M)=0.222.

(5)

mBP(H)=0.735,mBP(M)=0.176,mBP(L)=0.089.

(6)

第四步：運用Dempster組合規則分別融合目標的各總屬性，最終得到目標的總體評價。對式(3)～(6)進行融合，最終可得甲地(P)修建水電站對當其生態環境的總體影響為：

m甲(H)=0.974,m甲(M)=0.026.

(7)

至此，通過各專家對甲地(P)生態環境的影響評估，最終判定對生態環境有“很嚴重”影響的概率為0.974，“嚴重”影響的概率為0.026。

重復以上步驟，由表(5)～(8)可得在乙地(Q)修建水電站對其生態環境的總體影響為：

m乙(H)=0.649,m乙(M)=0.351.

(8)

整理甲乙兩地的最終評估結果，如表9所示。

表9 甲乙兩地最終評估結果

可見，m甲(H)?m乙(H),m甲(M)m乙(M)，在乙地修建水電站對其生態環境的影響要小些，因而可選址乙地。

4 結語

本文提出了一種基于證據理論的水電開發生態環境影響評價方法，通過融合不同專家的評價，最終得到綜合影響評價，可為政府或企業在水電開發時參考。水電資源開發有利于改善當地基礎設施和居民生產生活條件，帶動相關產業發展和促進就業。此外，還能減少對常規能源如石油的依賴，有利于保護生態環境。然而，水電開發也是一把雙刃劍，涉及方方面面。在水電開發時，既要考慮經濟效益，更要注重對生態環境的保護，畢竟破壞容易，修復卻很困難。在水電開發之初要做好科學規劃，水電工程項目的選擇、建設和運營等都要與生態系統保護和環境建設相適應，做到生態、經濟、社會三者可持續發展。

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An Evidence Theory-based Evaluation of Influence on Ecological Environment Among Hydropower Development in Western Sichuan

MO Hong-ming1, XIA Ling2

(1.Library, Sichuan Minzu College,Kangding Sichuan 626001,China; 2.Network Center,Sichuan Minzu College,Kangding Sichuan 626001,China)

Hydropower, as a kind of renewable clean energy, has attracted more and more attentions in recent years. Development of hydropower resources will vigorously help to relieve the energy crisis and promote the implementation of energy conservation policy. There exist abundant water resources in China’s western Sichuan. The development of hydropower resources will benefit local economy, infrastructure construction and tourism industry etc. However, western Sichuan is also the region of fragile ecology. The aim of effectively assessing ecological environment prior to hydropower resource development is to minimize the harm to environment. A new method to evaluate the influence on ecological environment related to hydropower development is proposed in this manuscript.The ability of data fusion of evidence theory is used to fuse multi-aspects made by experts. And the overall assessment will be obtained. A numerical example is used to illustrate the effectiveness of the proposed method.

evidence theory; hydropower development; ecological environment; ecological assessment

2016-09-21

國家民委科研項目“基于證據理論的決策方法及其在民族地區生態環境治理決策中的應用”(14SCZ014)。

莫泓銘(1983- )，男，助理研究員，從事信息融合、不確定信息處理、生態環境評估研究。

TP391.4；X171.1

A

2095-7602(2017)02-0035-06