基于模糊物元的楊梅山水庫環境影響與社會經濟效益評價

摘要：水庫建設在提供水資源保障的同時，也對周邊生態環境產生了潛在影響。為科學評估水庫運行的環境影響，文章基于模糊物元理論和組合賦權方法，構建了多層次的后評價模型，對楊梅山水庫的水環境、生態環境、大氣環境、聲環境、土壤與水土保持、社會經濟環境及環境管理等方面進行了綜合分析。評價結果表明，水庫的總體環境影響處于“良好”水平，說明現有的環境管理措施較為有效，且水庫運行帶來了顯著的社會經濟效益。研究結果為水庫的可持續管理及類似水利工程的環境保護提供了科學依據和實踐參考。

關鍵詞：楊梅山水庫；環境影響；社會經濟效益；模糊物元模型；組合賦權

一、引言

水庫是國家水利基礎設施的重要部分，既能有效保障防洪、灌溉、供水和發電的需求，又對區域經濟的快速發展起到了顯著推動作用。然而，水庫建設也可能對生態環境造成負面影響，如水質惡化和生物多樣性下降等。為此，環境影響后評價成為保障水庫工程適應性和可持續發展的關鍵措施。楊梅山水庫通過改善農業灌溉、支持生態旅游及提升地方經濟水平，展現了顯著的環境與經濟效益。本研究結合模糊物元模型，綜合評價楊梅山水庫的環境影響與社會經濟效益，為水利工程的可持續管理提供科學依據。

國內外學者在水庫環境影響評價領域已有豐富研究。國外研究多集中于生態系統變化、污染物擴散模型構建等方面，通過生態模型與統計分析評估水庫對環境的長期影響。如Waldo等學者的研究關注大型水庫的溫室氣體排放，指出水庫淹沒區的有機物分解對碳排放的貢獻顯著，提出了改進的水質評價模型。在國內，近年來研究更多結合本土生態特點，重視多維評價和多方法綜合運用的創新。孟建佛等的研究利用改進層次分析法構建了小水電生態環境影響評價模型，通過優化指標權重分配，提高了評價的科學性和準確性，為小水電項目的生態環境管理提供了有效依據。王力磊的研究構建了基于模糊評價模型的跨流域調水生態環境影響評價方法，通過多維指標和不確定性處理，提供了有效評估調水工程生態影響的工具。在后評價方法上，模糊物元理論因其在處理模糊性方面的有效性，逐漸成為評價水利工程環境影響的常用方法。

由于傳統的評價方法難以充分體現環境因素的模糊性特征，本文基于模糊物元理論，結合楊梅山水庫的實際情況，構建了后評價指標體系，從多角度對該項目進行了綜合后評價，旨在為水庫類工程的環境管理和影響控制提供科學、可行的理論支持和實踐指導。

二、水庫概況及后評價指標體系

（一）水庫概況

楊梅山水庫位于西山區碧雞鎮黑蕎母村，距昆明市區約25公里，有公路通往，交通便利。水庫控制流域面積3.68km2，水庫正常蓄水位1952.5m，總庫容100.37萬m3。工程建設主要解決飲水和灌溉的問題，并通過修建具有一定調節性能的蓄水工程，提高當地水源工程供水能力，為位于水庫壩址附近的云南省大型生態旅游項目之一的世界蝴蝶生態園提供用水保障。

（二）構建后評價指標體系

為全面、系統地評估楊梅山水庫對生態環境與社會經濟效應的影響，本研究基于科學性、系統性和可操作性原則，構建了多層次的后評價指標體系。該體系涵蓋了水環境、生態環境、大氣環境、聲環境、土壤與水土保持、社會與經濟效益以及環境管理與監測等多個方面，力圖通過細致的指標分層對水庫建設和運營過程中可能產生的環境影響進行全方位評估。每個指標的選取均結合現有的環境保護技術規范和相關研究成果，以確保該體系在實際應用中具有良好的科學性和可操作性。指標體系見表1。

三、水庫環境影響與社會經濟效益后評價模型

基于已建好的評價體系，通過AHP-熵權-相對熵組合賦權方法，結合楊梅山水庫實際經濟貢獻數據，將經濟效益指標權重設定為重點評估維度，確保模型充分反映水庫對區域經濟發展的實際拉動作用。

（一）相對熵求解組合權重

若xi，yi≥0，i=1，2，…，n，且1=xi≥yi，則稱h（x，y）=xilog為x相對于y的相對熵。相對熵可作為x，y距離測度。定義任意兩個權向量ui和uj，i，j=1，2，…，p，則ui和uj的相對熵h（ui，uj）=∑ui1log。通過以下數學規劃，可以求得由m 種賦權方法綜合得到的權重d*=（d，d，…，d）。

minH（d）=

d

log

s.t.

d=1，

u≥0，i∈M

（1）

模型（1）有全局最優解d*=（d，d，…，d），其中：

d=，i=1，2，…，m（2）

假設通過p種賦權方法，得到權重向量uk=（uk1，uk2，…，ukm），k=1，2，…，p，利用模型（1）得到集結權重d*=（d，d，…，d），并計算ui與集結權重d*的貼近度h（ui，d*），根據計算所得的貼近度，可以進一步計算各賦權結果的可信度，可信度權重可表示為：

αi=，i=1，2，…，p（3）

因此，組合權重w=∑αiuki，i∈M。

（二）模糊物元評價模型求解

在物元中，如果量值具有模糊性，則可用一個由“事物、特征和模糊量值”構成的有序三元組來描述，這種物元被稱為模糊物元。那么m個事物的n維模糊物元記為：

Rnm=M

M

…

M

C

μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）

C

μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）

┆" " "┆" " " "┆" " " "┆" " "┆

C" μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）（4）

式中，Rmn表示m個事物的n維模糊復合物元；Mj=（j=1，2，…，m）為第j個事物的第i個特征相應量值的隸屬度（j=1，2，…，m；i=1，2，…，n）；j、i分別表示的是事物的序號和事物特征的序號，即物元的維數。評價等級Mj對應的評價指標Ci的量值范圍被定義為經典域物元，即：

Rj=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（5）

若Rp表示的是評價等級的全體，xp=（api，bpi）為Rp關于Ci對應的量值范圍，則節域物元為：

Rp=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（6）

以下為模糊物元評價模型的步驟：

（1）確定評價的模糊符合物元。

Rn=" " " "Mj

C

x11

┆ ┆

C1p x1p

┆ ┆

C

xn1

Cnp" "xnp（7）

其中，Mj為第j個等級；Ci為第j個等級的第i項主因素；Cik是Mj的第i項主因素中的第k個次因素；xik為與Cik相對應的值表示（i=1，2，…，n；k=1，2，…，p）。

（2）確定評價指標的隸屬度物元。

Rnm=" " " M1 M2 … Mm

C

μ111 μ211 … μm11

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ11p μ21p … μm1p

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ1n1 μ2n1 … μnn1

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ1np μ2np … μnnp（8）

其中，μjik是xik對第j個等級的隸屬度。

環境監測值往往呈現出較強的離散型，因此當監測次數過多時，可近似認為對于同一指標的隸屬度而言，對環境進行監測的數據是具有規律性的，符合正態分布，即：

μ（x）=exp-（

）（9）

由式（9）可得，當x=p時，μ（x）=1，即max（μ（x））=μ（p）。明顯地，p對應Mj的經典域物元量值范圍的平均值：

p=（a+b）/2（10）

此外，（a，b）的邊界值對應的兩種等級的隸屬度相同，因此有：

exp-

≈0.5

q=|a-b|/1.665，該隸屬度可根據式（9）求得。

（3）確定指標權重物元?？煞謩e構建主、次因素權重物元R和R：

R=" " "C

… C

…

C …

C

w w

… w

…

w …

w（11）

R=C

C

…

C

w" w

w2 …

w （12）

式中，w為每等級第i項主因素所屬的第k項因素的權重；wi則是每一等級第i項主因素的權重。

（4）計算評價模型中的加權模糊復合物元Rb：

M

M

M

b

b

=

w

μ b

=

w

μ … b

=

w

μ

b

b

=

w

μ b

=

w

μ" … b

=

w

μ

┆ " ┆" " " " " " "┆" " " " " " " " " " "┆

b

b

=

w

μ b

=

w

μ … b

=

w

μ（13）

（5）計算準則層的模糊復合物元Rx：

Rx= M

M

M

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b

┆" " "┆" " " " ┆" " " " " " " ┆

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b（14）

（6）確定綜合評價模糊復合物元：

d=（

x+

x+…+

x）/n

d=max（

x，

x，…，

x）

d=min（

x，

x，…，

x）j=1，2，…，m（15）

可得模糊符合物元Rd：

Rd=" " "M

M …

M

d d

d

…

d

d d

d

…

d

d d

d

…

d（16）

設RD為綜合評價模糊復合物元，即：

RD=Mj" "M

M …

M

d" "d

d

…

d（17）

其中

dj=dji j=1，2，…，m

djmax所對應的等級Mj即為該環境影響對應等級。

四、后模糊物元綜合評價

（一）評價指標的隸屬度物元的確定

為確定該項目中的評價指標的權重，本研究邀請4位具有豐富現場經驗的專家學者進行評分。首先，將評價指標的等級標準代入公式（10）計算出p和q的值。其次，應該將p、q值與專家評分代入公式（9）。最后，得到每個等級評價指標的隸屬函數μ（z）值，即隸屬度。據此，得出各級評價指標的隸屬度物元，以下為水環境的隸屬度物元。

R=" " " M1" " M2" "M3" " M4" " M5

A1 0.005 0.862 0.599 0.462 0.254

A2 0.006 0.882 0.654 0.529 0.337

A3 0.033 0.283 0.063 0.195 0.421

同理可以得到準則層其他指標的隸屬度物元。

（二）相對熵組合賦權法確定權重

首先根據專家打分的數據，分別利用層次分析法（AHP）和熵權法獲得水環境層下三個指標的主觀權重w=（0.221，0.352，0.427），客觀權重w=（0.317，0.335，0.348）。由公式（1）～（3）可得：

α1==0.468

α2==0.532

組合權重為：

w=α1w+α2w=（0.272，0.343，0.385）

因此，水環境的評價指標權重物元為

R=" " " " A1" " "A2" " "A3

W" 0.272" 0.343" 0.385

主因素層評價指標權重物元為：

R=" " " " A

W" 0.293

同樣地，可以得到其他準則層的指標權重物元。

（三）環境影響與社會經濟效益后綜合評價

根據公式（14）、（15）和（16）可分別得所有次因素層（指標層）的模糊復合物元Rb、主因素層（準則層）的模糊復合物元RX和綜合評價模糊復合物元RD。其中，RD結果顯示為：

RD=" " M1" " "M2" " M3" "M4" " M5

d 0.035 0.018 0.046 0.082 0.030

從而，可得，djmax=d4，因此根據最大隸屬度的判斷原則，水庫環境影響對應的環境影響與社會經濟效益等級為良（M4），K*=0.082。

五、結語

本研究結合楊梅山水庫的實際工程概況，構建了楊梅山水庫環境影響的后評價模型，通過對水環境、生態環境、大氣環境、聲環境、土壤與水土保持、社會經濟環境以及環境管理等方面的綜合評價，系統分析了水庫運行對周邊生態系統的多維度影響。主要結論如下：

第一，該水庫工程對周圍環境的影響程度被評定為“良好”等級，即整體上未對周邊生態環境造成顯著的不利影響。

第二，評價結果與水庫運行以來的實際監測情況基本一致，能夠客觀、全面地反映其實際環境狀況，表明所采用的模糊物元評價方法具有良好的適用性和可行性。

第三，影響水庫環境影響后評價的因素較多，各因素之間存在復雜的相互關系。本研究由于數據資料的限制，未能將社會經濟等因素納入全面分析。因此，未來研究中需要不斷完善指標體系，綜合考慮社會經濟、生態系統及自然資源等多方面的影響，采用更加科學、系統的理論方法對指標要素的相互關系進行分析，以進一步提升評價結果的可靠性和準確性。

綜合而言，楊梅山水庫不僅在環境保護方面表現良好，還通過提高農業灌溉能力、支持生態旅游發展等多種方式，顯著推動了地方經濟增長。

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（作者單位：朱蓉蓉，昆明理工大學建筑工程學院、昆明市西山區水務局；李國良，昆明理工大學建筑工程學院）