邢文婷+張宗益+吳勝利

摘要針對(duì)頁(yè)巖氣特殊的開(kāi)發(fā)方式及環(huán)評(píng)難度比常規(guī)氣大的特點(diǎn)，運(yùn)用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架模型，建立了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。引入曲線(xiàn)投影的方式，并將投影尋蹤方法和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法相結(jié)合，提出了曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)的定量評(píng)價(jià)方法；基于樣本各指標(biāo)的曲線(xiàn)投影和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法尋找最佳投影方向，并建立相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)優(yōu)化模型。結(jié)合全局最優(yōu)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)和信息素交流，采用改進(jìn)的蟻群算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。該算法維持蟻群的多樣性，且收斂性較好，同時(shí)也避免出現(xiàn)局部最優(yōu)。對(duì)四川省威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊進(jìn)行了實(shí)例分析，結(jié)果表明：2010年、2011年和2014年的環(huán)評(píng)屬于差類(lèi)（4級(jí)），2012年和2013年的環(huán)評(píng)屬于中類(lèi)（3級(jí)），其中植被覆蓋率、空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率、地表水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、廢水排放量、公眾對(duì)環(huán)境的滿(mǎn)意度、二氧化硫排放量和廢水排放量達(dá)標(biāo)率等指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的影響較大。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)初期，由于開(kāi)發(fā)技術(shù)落后，再加上環(huán)保投資不高，環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，造成生態(tài)環(huán)境問(wèn)題較為嚴(yán)重。隨著學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，及頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)一步提高，加上國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊生態(tài)環(huán)境惡化得到有效的遏制。但開(kāi)發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)，開(kāi)采難度越大，將會(huì)產(chǎn)生更多更大的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。分析結(jié)果與威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域的實(shí)際情況相符，為頁(yè)巖氣氣田生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法具有無(wú)需設(shè)定參數(shù)、操作簡(jiǎn)單、客觀等優(yōu)點(diǎn)，是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的一種新方法。

關(guān)鍵詞頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)；生態(tài)環(huán)境影響

中圖分類(lèi)號(hào)X37；TE991.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104（2016）07-0137-08doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.07.017

我國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量巨大，據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、國(guó)土資源部、國(guó)家能源局預(yù)測(cè)，頁(yè)巖氣可采量大約為36×1012 m3[1]。如此豐富的頁(yè)巖氣資源，其有效的開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)能源安全具有重大意義，同時(shí)也可大大緩解資源壓力。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目不同于一般的建設(shè)項(xiàng)目，它屬于生態(tài)影響和環(huán)境污染型項(xiàng)目，具有區(qū)域廣、環(huán)境影響范圍大等特點(diǎn)[2]。大規(guī)模的開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣會(huì)對(duì)大氣環(huán)境、土地資源、地下水和地表水資源及周邊環(huán)境產(chǎn)生影響[1，3-4]。頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)對(duì)調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全具有重大意義，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮其開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，建立明確科學(xué)的環(huán)評(píng)指標(biāo)體系，為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的良性循環(huán)發(fā)展保駕護(hù)航[3，5-6]。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度進(jìn)行等級(jí)評(píng)判，評(píng)價(jià)結(jié)果是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境管理的重要決策依據(jù)，可幫助從源頭減少空氣和水污染、水土流失，植被破壞，鉆井液漏排，井噴及地震的發(fā)生[6]。在此背景下，研究頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，提出科學(xué)的環(huán)評(píng)指標(biāo)體系，建立頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的定量評(píng)價(jià)模型，對(duì)我國(guó)在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中處理好生態(tài)環(huán)境和資源的關(guān)系具有重大的參考和現(xiàn)實(shí)意義。

1文獻(xiàn)綜述

目前，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者研究了在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響、環(huán)保開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及環(huán)境影響的防范措施。如我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水污染防治法制不足，需借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，提出完善我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水污染防治法制措施和環(huán)境監(jiān)管措施 [7-8]。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，返排液對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響[9]。葛秀珍[10]總結(jié)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，并指出頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響的潛在因素。董普[3]考慮了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，并結(jié)合頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的大背景，提出了頁(yè)巖氣環(huán)保開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。劉琛[11]分別從選址、技術(shù)、工程及檢測(cè)方面提出具體的指導(dǎo)意見(jiàn)及防范措施。孫增芹[12]從低碳視野下強(qiáng)調(diào)在構(gòu)建頁(yè)巖氣法律過(guò)程中要重塑環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度，強(qiáng)化公眾參與度，構(gòu)建排污交易制度，嚴(yán)格法律責(zé)任。孫仁金[13]綜合環(huán)境影響，構(gòu)建頁(yè)巖氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)確權(quán)。李志學(xué)[14]從油氣田開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的治理政策。Sun等[15]借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，提出頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)造成生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法。以上研究都是從定性角度描述頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)環(huán)境影響的防范措施，目前仍然缺乏從定量方面評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響的方法。

美國(guó)作為世界上唯一的頁(yè)巖氣大規(guī)模商業(yè)性開(kāi)采的國(guó)家，隨著頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷加大，其引發(fā)生態(tài)環(huán)境的爭(zhēng)議越來(lái)越多。近十年來(lái)美國(guó)在水力壓裂開(kāi)采技術(shù)上取得重大突破，同時(shí)也對(duì)監(jiān)管和防控頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行積極探索，十分重視頁(yè)巖氣開(kāi)采的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。環(huán)境影響評(píng)價(jià)是一個(gè)多因素的非線(xiàn)性復(fù)雜分類(lèi)問(wèn)題。關(guān)于多因素的復(fù)雜非線(xiàn)性問(wèn)題的研究目前有系統(tǒng)聚類(lèi)法[16]、模糊推理和層次分析相結(jié)合的方法[17]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[18-19]、灰色聚類(lèi)模型[20]、模糊聚類(lèi)分析法[21]等。然而系統(tǒng)聚類(lèi)、模糊推理和層次分析在權(quán)重確定的問(wèn)題上存在人為任意性；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要相當(dāng)大的樣本數(shù)據(jù)，易陷入局部極小點(diǎn)，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還需要確定[22]；模糊聚類(lèi)在描述分類(lèi)指標(biāo)空間與類(lèi)型空間之間的非線(xiàn)性關(guān)系上具有一定的困難[23]。

邢文婷等：頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型中國(guó)人口·資源與環(huán)境2016年第7期投影尋蹤分類(lèi)也是一種處理多因素復(fù)雜非線(xiàn)性問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)方法[24]，投影尋蹤聚類(lèi)模型在聚類(lèi)、優(yōu)選和因素評(píng)價(jià)等方面有廣泛的應(yīng)用[25-27]。然而投影尋蹤聚類(lèi)模型中密度窗寬的取值是基于試算或經(jīng)驗(yàn)判斷的，存在較大的主觀性。針對(duì)上述問(wèn)題，倪長(zhǎng)健結(jié)合動(dòng)態(tài)聚類(lèi)思想，提出了投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)模型，該模型在實(shí)際問(wèn)題中得到較好的應(yīng)用[28-30]。雖然如此，該模型采用線(xiàn)性投影，其對(duì)應(yīng)的特征值不能較好地反映事物發(fā)展的過(guò)程[31]。

基于此，本文采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架模型，建立了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將投影尋蹤和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)相結(jié)合的思想引入到頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，建立了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)評(píng)價(jià)模型，采用蟻群算法求解模型。結(jié)合全局最優(yōu)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)和信息素交流兩種方式，來(lái)改進(jìn)蟻群算法和維持蟻群的多樣性，以得到最佳的聚類(lèi)結(jié)果。另外以四川威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊為例進(jìn)行實(shí)證分析。以期通過(guò)一定的指標(biāo)客觀科學(xué)地描述頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度，同時(shí)也為生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供新方法。

2頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系2.1頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的框架

董普[3]指出頁(yè)巖氣特殊的開(kāi)發(fā)方式造成其環(huán)評(píng)難度比常規(guī)天然氣大，將頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為六個(gè)層次（大氣環(huán)境、水環(huán)境、固體廢物、自然資源和生態(tài)保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)），另外在這六個(gè)層次下又設(shè)28個(gè)指標(biāo)。該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次模糊，沒(méi)有清晰地表明各影響因素之間的因果關(guān)系。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署及聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織共同提出“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”概念框架，能清晰地描述影響因素間的因果關(guān)系，具有較強(qiáng)的合理性和針對(duì)性[32]。本文采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架來(lái)構(gòu)建頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括4個(gè)層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層、指標(biāo)層。其中，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)為目標(biāo)層，壓力、狀態(tài)、響應(yīng)為準(zhǔn)則層，要素層包括大氣環(huán)境壓力、水環(huán)境壓力、土壤環(huán)境壓力、資源壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)、資源利用狀態(tài)、生物多樣性狀態(tài)、水土保持狀態(tài)、生態(tài)響應(yīng)、環(huán)境響應(yīng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)響應(yīng)；指標(biāo)層為要素層的進(jìn)一步細(xì)分。所構(gòu)建的概念框架如圖1所示。

2.2頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的遴選與確立

按照實(shí)用性、可比性、科學(xué)性和可定量性的原則對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行遴選。首先通過(guò)對(duì)相關(guān)研究成果進(jìn)行梳理[2-3，6-7，33]，選出使用頻率較高的32個(gè)指標(biāo)如表1所示。

結(jié)合頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的大背景，從理論分析，根據(jù)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系進(jìn)行綜合考慮，對(duì)遴選出的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初次調(diào)整，選擇具有代表性的指標(biāo)。然后結(jié)合專(zhuān)家打分，對(duì)初次挑選出的指標(biāo)的重要性和獨(dú)立性進(jìn)行評(píng)判，篩選出使用頻率較高的指標(biāo)。通過(guò)專(zhuān)家打分法最終得到19個(gè)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

3頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)模型

3.1曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)的方法原理

曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)模型是采用曲線(xiàn)投影的方式，根據(jù)投影尋蹤的思想建立的模型，將高維數(shù)據(jù)空間向低維數(shù)據(jù)空間進(jìn)行投影，通過(guò)分析低維數(shù)據(jù)空間的投影特征來(lái)研究高維數(shù)據(jù)特征。與一般的投影尋蹤聚類(lèi)模型相比，曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)模型能更好地反映事物的變化過(guò)程。另外，曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)模型不受樣本容量的限制，且能同時(shí)確定最佳的聚類(lèi)結(jié)果和聚類(lèi)數(shù)，這有利于提高計(jì)算的客觀性[30-31]。

3.2曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)模型

假設(shè)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)為xij（i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m，n為樣本個(gè)數(shù)，m為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)）。本文采用投影尋蹤和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)相結(jié)合的方法，并引入曲線(xiàn)的投影方式[31]，來(lái)構(gòu)建頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的定量評(píng)價(jià)體系。

3.2.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值范圍和量綱不完全相同，為消除量綱影響，因此，要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。

對(duì)于越小越優(yōu)型指標(biāo)

xij=xjmax-x0ijxjmax-xjmin（1）

對(duì)于越大越優(yōu)的指標(biāo)

xij=x0ij-xjminxjmax-xjmin（2）

其中，xjmax，xjmin分別表示第j個(gè)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的樣本最大值和最小值；x0ij為第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的初始數(shù)值（i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m）。

3.2.2曲線(xiàn)投影

用雙曲正切函數(shù)來(lái)描述環(huán)境要素變化過(guò)程是合理的[34]。雙曲正切曲線(xiàn)的特點(diǎn)是先緩慢增加、然后快速增加、后逐漸穩(wěn)定，用來(lái)描述事物發(fā)展的過(guò)程，有著廣泛的應(yīng)用[35]。雙曲正切函數(shù)

y=1-e-x1+e-x=ex-1ex+1（3）

設(shè)為m維投影方向的單位向量，其分量為a1，a2，…，am分別為m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并有∑mj=1a2j=1，且滿(mǎn)足-1≤aj≤1。

則曲線(xiàn)的投影特征值可表示為

zi=e∑mj=1ajxij-1e∑mj=1ajxij+1（i=1，2，3，…，n）（4）

3.2.3投影動(dòng)態(tài)聚類(lèi)指標(biāo)的構(gòu)建

采用動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法[34]構(gòu)造新的投影指標(biāo)。雙曲正切函數(shù)曲線(xiàn)的投影特征值序列為z1，z2，z3，…，zn，其評(píng)價(jià)等級(jí)為p（p≤n）。Θt（t=1，2，3，…，p）表示第t類(lèi)的樣本投影特征值的集合，有

Θt={zi|d（At-zi）≤d（Ah-zi）}

h=1，2，3，…，pt≠h

其中，d（At-zi）=|zi-At|，d（Ah-zi）=|zi-Ah|，At，Ah分別表示第t和h級(jí)的聚核，這里假設(shè)聚核為單調(diào)遞減函數(shù)。

用類(lèi)內(nèi)的長(zhǎng)度和表示類(lèi)內(nèi)樣本的聚集程度，即

d（）=∑pi=1[max（Θt）-min（Θt）]

這里d（）越小表示類(lèi)內(nèi)樣本的聚集度越高。

樣本間的離散程度可用樣本間的分散度表示，即

s（）=∑i，k∈n，i≠k|Θi-Θk|

s（）越大表示樣本間分散度越高。

投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)的思想就是要求類(lèi)內(nèi)樣本盡量聚集，類(lèi)間樣本盡量分散。據(jù)此，定義曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)指標(biāo)為

Q（）=s（）-d（）（5）

3.3生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)優(yōu)化模型

Q（）取值越大，越能滿(mǎn)足投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)的思想，得到的聚類(lèi)結(jié)果和聚類(lèi)數(shù)就越好。當(dāng)Q（）取得最大值時(shí)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)類(lèi)間樣本盡量分散、類(lèi)內(nèi)樣本盡可能聚集的目的，即Q（）取得最大值時(shí)，可以得到最能反映數(shù)據(jù)特征的最優(yōu)聚類(lèi)結(jié)果和最優(yōu)投影方向向量。因此，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的定量模型可以描述為以下的非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題

maxQ（）

s.t.∑mj=1a2j=1

-1≤aj≤1（6）

4實(shí)證分析

以四川威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊氣田開(kāi)發(fā)工程為評(píng)價(jià)對(duì)象。威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊位于四川省威遠(yuǎn)縣、榮縣、資中縣、內(nèi)江市、自貢市境內(nèi)，有利開(kāi)發(fā)區(qū)面積4 216 km2，已探明儲(chǔ)量為3×1011 m3。自2007年3月起，中國(guó)石油西南油氣田公司就開(kāi)始探索開(kāi)展頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，并在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)區(qū)開(kāi)鉆氣井40多口。2012年3月，國(guó)家能源局批準(zhǔn)設(shè)立四川長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，該地頁(yè)巖氣資源豐富，是中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的核心區(qū)域之一。另外，中國(guó)的頁(yè)巖構(gòu)造含有達(dá)到有害濃度水平（1%或更多）的硫化氫，四川威遠(yuǎn)區(qū)塊頁(yè)巖氣所含硫化氫濃度約為0.8%-1.4%。根據(jù)表1中的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，以2010-2014年為監(jiān)測(cè)年，并對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作無(wú)量綱化處理，見(jiàn)表2。參看行業(yè)、國(guó)家及地方標(biāo)準(zhǔn)確定了優(yōu)（1級(jí)）、良（2級(jí)）、中（3級(jí)）、差（4級(jí)）和極差（5級(jí)）5個(gè)級(jí)別的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3。

本文在每個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)別范圍內(nèi)隨機(jī)生成10個(gè)樣本，即將5個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展為50個(gè)樣本序列。根據(jù)生成的各級(jí)樣本數(shù)據(jù)，建立威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊2010-2014年基于曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，其中n=50，m=19，p=5。用改進(jìn)的蟻群優(yōu)化算法求解頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的非線(xiàn)性評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到最大投影函數(shù)值maxQ（）=1.814；最優(yōu)投影方向向量=（0.199 8， 0.226 3， 0.274 0， 0.318 9， 0.128 6， 0.235 3，0.022 2， 0.333 3， 0.343 5， 0.375 3， 0.059 6， 0.036 3， 0.199 9， 0.281 3， 0.076 6， 0.055 0， 0.329 2， 0.215 6， 0.045 1）；5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的投影特征值范圍，見(jiàn)表4。根據(jù)最優(yōu)投影方向向量計(jì)算2010年、2011年、2012年、2013年和2014年樣本的投影特征值，并參照評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的投影特征值范圍可知，在5個(gè)監(jiān)測(cè)年份中，2010年，2011年和2014年屬于差類(lèi)（4級(jí)），2012年和2013年屬于中類(lèi)（3級(jí)），其結(jié)果同列于表4。

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)初期由于開(kāi)發(fā)技術(shù)不先進(jìn)，環(huán)保投資不高及環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)造成生態(tài)環(huán)境問(wèn)題較為嚴(yán)重。隨著學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖氣的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的方法，并結(jié)合我國(guó)特殊的地質(zhì)條件和氣藏特征，我國(guó)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的技術(shù)也進(jìn)一步提高，技術(shù)的提高和國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視使得一些環(huán)境問(wèn)題得到了改善。但隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間增加，開(kāi)采難度加大，會(huì)產(chǎn)生更多更大的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此，應(yīng)加快頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新，并制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣量的穩(wěn)定增加，將是威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊面臨的一個(gè)難題。

最優(yōu)投影方向向量是單位向量，其各個(gè)分量的平方和為1。a21，a22，a23，…，a2m作為指標(biāo)的權(quán)重，能反映各個(gè)指標(biāo)對(duì)環(huán)境的影響程度。在對(duì)最優(yōu)投影向量進(jìn)行平方后，發(fā)現(xiàn)X3，X5，X14，X15，X16，X23，X27這7個(gè)指標(biāo)的權(quán)重較大，見(jiàn)表5，即這四個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)體系的影響程度較大，可見(jiàn)它們是威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)于生態(tài)環(huán)境影響的表2四川威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)處理

重要因素，其它指標(biāo)為一般的影響因素。需要指出重要因素和一般因素對(duì)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的影響程度雖然不同，但在二者之間不存在絕對(duì)性，如在不同的頁(yè)巖氣區(qū)塊，影響因素對(duì)評(píng)價(jià)體系的影響程度也將不同。

綜上，本文引入曲線(xiàn)投影的方式，結(jié)合投影尋蹤方法和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法，提出的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)優(yōu)化模型是基于樣本各指標(biāo)的曲線(xiàn)投影和動(dòng)態(tài)聚類(lèi)方法尋找最佳投影方向，其思路清晰、明確。實(shí)例應(yīng)用表明，利用該模型對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)造成生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)是切實(shí)可行的；另外，該模型具有較好的類(lèi)間分離性和類(lèi)內(nèi)聚集性，為多因素環(huán)境評(píng)價(jià)問(wèn)題的解決提供了一種新的思路。

5結(jié)論與政策建議

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)是一個(gè)多屬性、多因素的評(píng)價(jià)過(guò)程。本文考慮頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的特殊性（水力壓裂技術(shù)）及開(kāi)發(fā)過(guò)程中不確定的因素較多的特點(diǎn)，參閱大量文獻(xiàn)、行業(yè)規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)聚類(lèi)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用到頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，建立生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)優(yōu)化模型，用改進(jìn)的蟻群算法加速了投影尋蹤的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，減少了尋優(yōu)的工作量，克服了傳統(tǒng)投影尋蹤方法編程困難、計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn)。對(duì)四川威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊2010-2014年頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合結(jié)論有以下幾點(diǎn)：

（1）在“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型框架下，運(yùn)用專(zhuān)家咨詢(xún)法，確立了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。

（2）曲線(xiàn)投影尋蹤動(dòng)態(tài)模型作為一種數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)非線(xiàn)性、非正態(tài)和高維數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的處理能力。該模型對(duì)樣本容量沒(méi)有嚴(yán)格的要求，且有效地避免了由經(jīng)驗(yàn)確定指標(biāo)權(quán)重的不足，具有計(jì)算簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，該方法為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)開(kāi)創(chuàng)了一條新途徑。

（3）威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊，在2010年、2011年和2014年的生態(tài)環(huán)境屬于差類(lèi)，2012年和2013年屬于中類(lèi)。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)初期，開(kāi)發(fā)技術(shù)落后，再加上環(huán)保投資不高及環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，造成生態(tài)環(huán)境問(wèn)題較為嚴(yán)重。隨著學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)特殊的地質(zhì)條件和氣藏特征，頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)一步提高，還有國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊生態(tài)環(huán)境惡化得到有效的遏制。隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的越長(zhǎng)，開(kāi)采難度越大，將會(huì)產(chǎn)生更多更大的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。這一結(jié)果與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況相符，為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)奠定了良好的科學(xué)基礎(chǔ)。

（4）植被覆蓋率、空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率、地表水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、廢水排放量、公眾對(duì)環(huán)境的滿(mǎn)意度、二氧化硫和廢水排放量達(dá)標(biāo)率這七個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的影響較大。這個(gè)結(jié)果揭示了雖然威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，但井場(chǎng)建設(shè)造成大面積植被破壞，地表易受到侵蝕，易出現(xiàn)滑坡和泥石流等災(zāi)害，植被覆蓋率對(duì)生態(tài)環(huán)境作用較大；水平井鉆井和水力壓裂技術(shù)需消耗大量水資源，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆?、生產(chǎn)帶來(lái)困擾；壓裂液含有化學(xué)添加劑是造成水污染的重要隱患，廢水排放對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大影響；井場(chǎng)建設(shè)、水平井鉆井和壓裂過(guò)程中產(chǎn)生很大噪聲，影響居民身心健康；甲烷泄露、二氧化硫排放等會(huì)對(duì)空氣造成嚴(yán)重影響。

以上結(jié)論對(duì)在頁(yè)巖氣開(kāi)采的過(guò)程中國(guó)家制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策提供了啟示：第一，政府部門(mén)在制定環(huán)保政策時(shí)，應(yīng)將頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)納入生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)體系中，加快制定頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)建議對(duì)井場(chǎng)區(qū)域的空氣、地表水和地下水進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，及時(shí)叫停不合格項(xiàng)目。另外對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域的居民進(jìn)行環(huán)境的滿(mǎn)意度問(wèn)卷調(diào)查，并對(duì)環(huán)境影響居民生活質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估；第二，加強(qiáng)國(guó)土資源部、能源局和環(huán)保部等部門(mén)間的協(xié)作溝通，政府應(yīng)明確監(jiān)管責(zé)任，制定大氣、土壤和水體污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)力度，并嚴(yán)格監(jiān)督企業(yè)的執(zhí)行情況；第三，地方政府應(yīng)公開(kāi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，減少公眾擔(dān)憂(yōu)；第四，加大教育和科研的投入，鼓勵(lì)污染治理技術(shù)和水平井清潔壓裂技術(shù)的研發(fā)和推廣，加強(qiáng)研究單位和企業(yè)的合作，針對(duì)頁(yè)巖氣壓裂液成分的特征，設(shè)計(jì)高效的治理措施。

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還需進(jìn)一步完善，以求對(duì)生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)更加科學(xué)系統(tǒng)。如能運(yùn)用更多的方法對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行方法間的對(duì)比分析，則頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)結(jié)果將會(huì)更加合理。

（編輯：劉照勝）

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