基于模糊物元的楊梅山水庫(kù)環(huán)境影響與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

摘要：水庫(kù)建設(shè)在提供水資源保障的同時(shí)，也對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了潛在影響。為科學(xué)評(píng)估水庫(kù)運(yùn)行的環(huán)境影響，文章基于模糊物元理論和組合賦權(quán)方法，構(gòu)建了多層次的后評(píng)價(jià)模型，對(duì)楊梅山水庫(kù)的水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境及環(huán)境管理等方面進(jìn)行了綜合分析。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，水庫(kù)的總體環(huán)境影響處于“良好”水平，說(shuō)明現(xiàn)有的環(huán)境管理措施較為有效，且水庫(kù)運(yùn)行帶來(lái)了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。研究結(jié)果為水庫(kù)的可持續(xù)管理及類(lèi)似水利工程的環(huán)境保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：楊梅山水庫(kù)；環(huán)境影響；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；模糊物元模型；組合賦權(quán)

一、引言

水庫(kù)是國(guó)家水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分，既能有效保障防洪、灌溉、供水和發(fā)電的需求，又對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了顯著推動(dòng)作用。然而，水庫(kù)建設(shè)也可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，如水質(zhì)惡化和生物多樣性下降等。為此，環(huán)境影響后評(píng)價(jià)成為保障水庫(kù)工程適應(yīng)性和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。楊梅山水庫(kù)通過(guò)改善農(nóng)業(yè)灌溉、支持生態(tài)旅游及提升地方經(jīng)濟(jì)水平，展現(xiàn)了顯著的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。本研究結(jié)合模糊物元模型，綜合評(píng)價(jià)楊梅山水庫(kù)的環(huán)境影響與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為水利工程的可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在水庫(kù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域已有豐富研究。國(guó)外研究多集中于生態(tài)系統(tǒng)變化、污染物擴(kuò)散模型構(gòu)建等方面，通過(guò)生態(tài)模型與統(tǒng)計(jì)分析評(píng)估水庫(kù)對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期影響。如Waldo等學(xué)者的研究關(guān)注大型水庫(kù)的溫室氣體排放，指出水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)的有機(jī)物分解對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)顯著，提出了改進(jìn)的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)研究更多結(jié)合本土生態(tài)特點(diǎn)，重視多維評(píng)價(jià)和多方法綜合運(yùn)用的創(chuàng)新。孟建佛等的研究利用改進(jìn)層次分析法構(gòu)建了小水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，通過(guò)優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重分配，提高了評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為小水電項(xiàng)目的生態(tài)環(huán)境管理提供了有效依據(jù)。王力磊的研究構(gòu)建了基于模糊評(píng)價(jià)模型的跨流域調(diào)水生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法，通過(guò)多維指標(biāo)和不確定性處理，提供了有效評(píng)估調(diào)水工程生態(tài)影響的工具。在后評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)水利工程環(huán)境影響的常用方法。

由于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法難以充分體現(xiàn)環(huán)境因素的模糊性特征，本文基于模糊物元理論，結(jié)合楊梅山水庫(kù)的實(shí)際情況，構(gòu)建了后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從多角度對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了綜合后評(píng)價(jià)，旨在為水庫(kù)類(lèi)工程的環(huán)境管理和影響控制提供科學(xué)、可行的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

二、水庫(kù)概況及后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（一）水庫(kù)概況

楊梅山水庫(kù)位于西山區(qū)碧雞鎮(zhèn)黑蕎母村，距昆明市區(qū)約25公里，有公路通往，交通便利。水庫(kù)控制流域面積3.68km2，水庫(kù)正常蓄水位1952.5m，總庫(kù)容100.37萬(wàn)m3。工程建設(shè)主要解決飲水和灌溉的問(wèn)題，并通過(guò)修建具有一定調(diào)節(jié)性能的蓄水工程，提高當(dāng)?shù)厮垂こ坦┧芰Γ瑸槲挥谒畮?kù)壩址附近的云南省大型生態(tài)旅游項(xiàng)目之一的世界蝴蝶生態(tài)園提供用水保障。

（二）構(gòu)建后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為全面、系統(tǒng)地評(píng)估楊梅山水庫(kù)對(duì)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響，本研究基于科學(xué)性、系統(tǒng)性和可操作性原則，構(gòu)建了多層次的后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該體系涵蓋了水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境管理與監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面，力圖通過(guò)細(xì)致的指標(biāo)分層對(duì)水庫(kù)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行全方位評(píng)估。每個(gè)指標(biāo)的選取均結(jié)合現(xiàn)有的環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范和相關(guān)研究成果，以確保該體系在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的科學(xué)性和可操作性。指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

三、水庫(kù)環(huán)境影響與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益后評(píng)價(jià)模型

基于已建好的評(píng)價(jià)體系，通過(guò)AHP-熵權(quán)-相對(duì)熵組合賦權(quán)方法，結(jié)合楊梅山水庫(kù)實(shí)際經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)，將經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)權(quán)重設(shè)定為重點(diǎn)評(píng)估維度，確保模型充分反映水庫(kù)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際拉動(dòng)作用。

（一）相對(duì)熵求解組合權(quán)重

若xi，yi≥0，i=1，2，…，n，且1=xi≥yi，則稱(chēng)h（x，y）=xilog為x相對(duì)于y的相對(duì)熵。相對(duì)熵可作為x，y距離測(cè)度。定義任意兩個(gè)權(quán)向量ui和uj，i，j=1，2，…，p，則ui和uj的相對(duì)熵h（ui，uj）=∑ui1log。通過(guò)以下數(shù)學(xué)規(guī)劃，可以求得由m 種賦權(quán)方法綜合得到的權(quán)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(yōu)解d*=（d，d，…，d），其中：

d=，i=1，2，…，m（2）

假設(shè)通過(guò)p種賦權(quán)方法，得到權(quán)重向量uk=（uk1，uk2，…，ukm），k=1，2，…，p，利用模型（1）得到集結(jié)權(quán)重d*=（d，d，…，d），并計(jì)算ui與集結(jié)權(quán)重d*的貼近度h（ui，d*），根據(jù)計(jì)算所得的貼近度，可以進(jìn)一步計(jì)算各賦權(quán)結(jié)果的可信度，可信度權(quán)重可表示為：

αi=，i=1，2，…，p（3）

因此，組合權(quán)重w=∑αiuki，i∈M。

（二）模糊物元評(píng)價(jià)模型求解

在物元中，如果量值具有模糊性，則可用一個(gè)由“事物、特征和模糊量值”構(gòu)成的有序三元組來(lái)描述，這種物元被稱(chēng)為模糊物元。那么m個(gè)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(gè)事物的n維模糊復(fù)合物元；Mj=（j=1，2，…，m）為第j個(gè)事物的第i個(gè)特征相應(yīng)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(hào)和事物特征的序號(hào)，即物元的維數(shù)。評(píng)價(jià)等級(jí)Mj對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci的量值范圍被定義為經(jīng)典域物元，即：

Rj=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（5）

若Rp表示的是評(píng)價(jià)等級(jí)的全體，xp=（api，bpi）為Rp關(guān)于Ci對(duì)應(yīng)的量值范圍，則節(jié)域物元為：

Rp=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（6）

以下為模糊物元評(píng)價(jià)模型的步驟：

（1）確定評(píng)價(jià)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(gè)等級(jí)；Ci為第j個(gè)等級(jí)的第i項(xiàng)主因素；Cik是Mj的第i項(xiàng)主因素中的第k個(gè)次因素；xik為與Cik相對(duì)應(yīng)的值表示（i=1，2，…，n；k=1，2，…，p）。

（2）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)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(duì)第j個(gè)等級(jí)的隸屬度。

環(huán)境監(jiān)測(cè)值往往呈現(xiàn)出較強(qiáng)的離散型，因此當(dāng)監(jiān)測(cè)次數(shù)過(guò)多時(shí)，可近似認(rèn)為對(duì)于同一指標(biāo)的隸屬度而言，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)是具有規(guī)律性的，符合正態(tài)分布，即：

μ（x）=exp-（

）（9）

由式（9）可得，當(dāng)x=p時(shí)，μ（x）=1，即max（μ（x））=μ（p）。明顯地，p對(duì)應(yīng)Mj的經(jīng)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(duì)應(yīng)的兩種等級(jí)的隸屬度相同，因此有：

exp-

≈0.5

q=|a-b|/1.665，該隸屬度可根據(jù)式（9）求得。

（3）確定指標(biāo)權(quán)重物元。可分別構(gòu)建主、次因素權(quán)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(jí)第i項(xiàng)主因素所屬的第k項(xiàng)因素的權(quán)重；wi則是每一等級(jí)第i項(xiàng)主因素的權(quán)重。

（4）計(jì)算評(píng)價(jià)模型中的加權(quán)模糊復(fù)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(jì)算準(zhǔn)則層的模糊復(fù)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(píng)價(jià)模糊復(fù)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(shè)RD為綜合評(píng)價(jià)模糊復(fù)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(duì)應(yīng)的等級(jí)Mj即為該環(huán)境影響對(duì)應(yīng)等級(jí)。

四、后模糊物元綜合評(píng)價(jià)

（一）評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度物元的確定

為確定該項(xiàng)目中的評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，本研究邀請(qǐng)4位具有豐富現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行評(píng)分。首先，將評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)代入公式（10）計(jì)算出p和q的值。其次，應(yīng)該將p、q值與專(zhuān)家評(píng)分代入公式（9）。最后，得到每個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)μ（z）值，即隸屬度。據(jù)此，得出各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度物元，以下為水環(huán)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(zhǔn)則層其他指標(biāo)的隸屬度物元。

（二）相對(duì)熵組合賦權(quán)法確定權(quán)重

首先根據(jù)專(zhuān)家打分的數(shù)據(jù)，分別利用層次分析法（AHP）和熵權(quán)法獲得水環(huán)境層下三個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重w=（0.221，0.352，0.427），客觀權(quán)重w=（0.317，0.335，0.348）。由公式（1）～（3）可得：

α1==0.468

α2==0.532

組合權(quán)重為：

w=α1w+α2w=（0.272，0.343，0.385）

因此，水環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重物元為

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

W" 0.272" 0.343" 0.385

主因素層評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重物元為：

R=" " " " A

W" 0.293

同樣地，可以得到其他準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)重物元。

（三）環(huán)境影響與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益后綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式（14）、（15）和（16）可分別得所有次因素層（指標(biāo)層）的模糊復(fù)合物元Rb、主因素層（準(zhǔn)則層）的模糊復(fù)合物元RX和綜合評(píng)價(jià)模糊復(fù)合物元RD。其中，RD結(jié)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(jù)最大隸屬度的判斷原則，水庫(kù)環(huán)境影響對(duì)應(yīng)的環(huán)境影響與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等級(jí)為良（M4），K*=0.082。

五、結(jié)語(yǔ)

本研究結(jié)合楊梅山水庫(kù)的實(shí)際工程概況，構(gòu)建了楊梅山水庫(kù)環(huán)境影響的后評(píng)價(jià)模型，通過(guò)對(duì)水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及環(huán)境管理等方面的綜合評(píng)價(jià)，系統(tǒng)分析了水庫(kù)運(yùn)行對(duì)周邊生態(tài)系統(tǒng)的多維度影響。主要結(jié)論如下：

第一，該水庫(kù)工程對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度被評(píng)定為“良好”等級(jí)，即整體上未對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成顯著的不利影響。

第二，評(píng)價(jià)結(jié)果與水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)的實(shí)際監(jiān)測(cè)情況基本一致，能夠客觀、全面地反映其實(shí)際環(huán)境狀況，表明所采用的模糊物元評(píng)價(jià)方法具有良好的適用性和可行性。

第三，影響水庫(kù)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的因素較多，各因素之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。本研究由于數(shù)據(jù)資料的限制，未能將社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素納入全面分析。因此，未來(lái)研究中需要不斷完善指標(biāo)體系，綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)及自然資源等多方面的影響，采用更加科學(xué)、系統(tǒng)的理論方法對(duì)指標(biāo)要素的相互關(guān)系進(jìn)行分析，以進(jìn)一步提升評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

綜合而言，楊梅山水庫(kù)不僅在環(huán)境保護(hù)方面表現(xiàn)良好，還通過(guò)提高農(nóng)業(yè)灌溉能力、支持生態(tài)旅游發(fā)展等多種方式，顯著推動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

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（作者單位：朱蓉蓉，昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院、昆明市西山區(qū)水務(wù)局；李國(guó)良，昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院）