莫泓銘，夏 齡

(1.四川民族學(xué)院圖書館，四川康定 626001；2.四川民族學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心，四川康定 626001)

基于證據(jù)理論的川西水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境評價研究

莫泓銘1，夏 齡2

(1.四川民族學(xué)院圖書館，四川康定 626001；2.四川民族學(xué)院網(wǎng)絡(luò)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(guān)注。大力開發(fā)水電資源有利于緩解能源危機,促進節(jié)能減排政策的落實。我國川西地區(qū)擁有豐富的水資源，水電資源開發(fā)對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、旅游發(fā)展等具有推動作用。然而，川西地區(qū)也是生態(tài)脆弱區(qū),在水電開發(fā)之前應(yīng)做好生態(tài)評估，以期把對生態(tài)環(huán)境的影響降到最小。本文基于證據(jù)理論提出了一種水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響的評估方法，運用證據(jù)理論強大的數(shù)據(jù)融合能力，融合多名專家對多方面的評估，最終得到生態(tài)環(huán)境的綜合評價。實例證明，該方法能有效評估水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響。

證據(jù)理論；水電開發(fā)；生態(tài)環(huán)境；生態(tài)評價

能源安全、全球氣候變暖和生態(tài)環(huán)境日趨惡化等與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的問題越來越受到全世界的關(guān)注，大力發(fā)展清潔能源和可再生能源符合當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟增長的需求。保護生態(tài)環(huán)境，促進人與自然和諧相處已成為當(dāng)前的熱門話題[1-4]。近年來，水力發(fā)電進入了人們的視野[5]。相對常規(guī)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(fā)電是綜合利用水資源的一個典型應(yīng)用系統(tǒng)，其具有發(fā)電效率高、發(fā)電成本低、能控制洪水泛濫、提供農(nóng)業(yè)灌溉用水、改善河流航運等優(yōu)點[6-7]。此外，水電開發(fā)還能帶動地方經(jīng)濟發(fā)展，改善交通環(huán)境，提供電力供應(yīng)，發(fā)展旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等。

2014年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》指出，在做好生態(tài)環(huán)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(shè)，因地制宜發(fā)展中小型水電站，加強水資源綜合利用；到2020年，力爭常規(guī)水電裝機達到3.5億千瓦左右。我國川西地區(qū)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(qū)水電資源開發(fā)取得了一定的進展，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展和農(nóng)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(fā)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(fā)方案[9]。然而水電開發(fā)也同樣面臨諸如建設(shè)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(tài)環(huán)境的影響很大[10-12]。如何評價水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響顯得尤其重要[13-15]。證據(jù)理論[16-17]由于其強大的數(shù)據(jù)融合能力，被廣泛應(yīng)用于目標(biāo)識別、專家系統(tǒng)等領(lǐng)域[18-23]。

水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的，因而可以利用證據(jù)理論多屬性融合來評價水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響?；诖?，本文構(gòu)建一種基于證據(jù)理論的水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響評價體系，通過定量分析開發(fā)目標(biāo)區(qū)域水電資源后生態(tài)環(huán)境面臨的問題，評估后期生態(tài)環(huán)境受影響程度，做出生態(tài)環(huán)境預(yù)警。

1 水電開發(fā)對川西地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響

川西地區(qū)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(qū)，第二大藏族聚居區(qū)，主要的羌族聚居區(qū)[24]。該地區(qū)具有豐富的水資源、礦產(chǎn)資源、生態(tài)資源和旅游資源，但經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，交通通訊不便等特點[25-26]。開發(fā)水電資源對川西地區(qū)具有促進礦產(chǎn)資源開發(fā)、改善交通環(huán)境、加快旅游資源開發(fā)、減輕地方財政壓力、促進經(jīng)濟發(fā)展等作用。川西地區(qū)同樣是一個生態(tài)脆弱區(qū)，全年多旱少雨，降雨量遠遠小于蒸發(fā)量，地表裸露嚴(yán)重，土地沙漠化、沼澤化和鹽堿化嚴(yán)重，地震、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)[27-28]。近年來，川西地區(qū)的生態(tài)環(huán)境越來越脆弱而敏感，直接威脅和影響著該地區(qū)居民的生活和經(jīng)濟發(fā)展，對社會的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展也有一定的影響[29]。川西地區(qū)作為生態(tài)脆弱區(qū)同時也是水資源富裕區(qū)。水電開發(fā)特別是無序開發(fā)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)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(qū)大多為高山峽谷地貌，可耕地面積少,后備耕地不足，林地數(shù)量多但林木品種單一且分布不均，草地數(shù)量多但可利用價值不高等。水電開發(fā)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(fù)周期長；造成水土流失，土壤營養(yǎng)成分降低，出現(xiàn)土地沙漠化、沼澤化和鹽堿化等“三化”現(xiàn)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(fā)量增大，局部空氣變得濕潤，進而改變原來的降雨分布。相關(guān)資料表明，庫區(qū)及其附近地區(qū)降雨減少，而一定距離外地區(qū)的降雨則有所增加。此外，還會導(dǎo)致氣溫的變化，水庫地區(qū)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(zhì)可能變差，存在發(fā)生水污染的風(fēng)險[34]。此外，由于多個地震帶位于川西地區(qū)，加上人為大量蓄水，淺層地表壓力增大，破壞原有地殼構(gòu)造應(yīng)力相對平衡狀態(tài)，誘發(fā)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(shè)會淹沒一定的具有生產(chǎn)能力的草原、土地等，改變陸地生物的棲息地，導(dǎo)致陸生生物物種的多樣性減少等后果。由于大壩蓄水，導(dǎo)致水體溫度發(fā)生變化等，水生生物的生存環(huán)境面臨考驗，不能適應(yīng)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(huán)境，造成其數(shù)量與種類的減少。如長江流域大型水利工程的修建嚴(yán)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(jù)理論及其在多屬性決策中的運用

2.1 證據(jù)理論基礎(chǔ)知識

證據(jù)理論(Evidence theory)是1967年由Dempster發(fā)明[16]并由其學(xué)生Shafer于1976年推廣開來的[17]。證據(jù)理論相對于傳統(tǒng)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(yīng)用范圍比傳統(tǒng)概率論更廣。證據(jù)理論的定義如下：

Dempster組合規(guī)則是證據(jù)理論中的第一個組合規(guī)則，它能夠?qū)蓚€BPA融合并生成一個新的BPA。Dempster組合規(guī)則，或稱為兩個BPA的正交和。Dempster組合規(guī)則如下：

(1)

(2)

其中，k是沖突系數(shù)。k=1代表兩個BPA是完全沖突的，即完全相反的，Dempster組合規(guī)則不能應(yīng)用于此情形。當(dāng)k=0時，意味著兩個BPA是完全一樣的。Dempster組合規(guī)則還滿足交換律和結(jié)合律：①m1⊕m2=m2⊕m1；②(m1⊕m2)⊕m3=m1⊕(m2⊕m3)。因此，當(dāng)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(jù)理論的多屬性融合模型

證據(jù)理論在目標(biāo)多屬性融合中的運用如圖1所示，主要分為四個步驟：構(gòu)建證據(jù)理論框架→專家在證據(jù)理論的框架下對目標(biāo)的各屬性進行評估(各專家結(jié)合自身知識水平及經(jīng)驗獨立地對目標(biāo)不同的屬性進行評價)→屬性總評(運用Dempster組合規(guī)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(jié)論(再次運用Dempster組合規(guī)則對各屬性的總評進行融合，最終得到目標(biāo)屬性的總評)。

圖1 基于證據(jù)理論的多屬性融合模型

3 案例分析

假設(shè)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(huán)境評估專家對評估修建水電站后對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響，以期選擇對生態(tài)環(huán)境影響最小者。評估的內(nèi)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(guān)資料并結(jié)合自身經(jīng)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(jié)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(yán)重、嚴(yán)重、一般嚴(yán)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(tài)環(huán)境的影響，屬于多屬性目標(biāo)決策類問題，因而證據(jù)理論的多屬性融合是適用的。接下來，根據(jù)圖1所示的基于證據(jù)理論的多屬性融合模型來探討修建水電站對生態(tài)環(huán)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(yán)重0.30.50.7嚴(yán)重0.50.50.1一般嚴(yán)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(yán)重0.20.70.5嚴(yán)重0.20.20.5一般嚴(yán)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(yán)重0.30.30.5嚴(yán)重0.40.20.4一般嚴(yán)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(yán)重0.30.20.2嚴(yán)重0.40.20.8一般嚴(yán)重0.30.60

表8 乙地生物多樣性(B)評估

第一步：構(gòu)造證據(jù)理論辨識框架。結(jié)合評估標(biāo)準(zhǔn)，有Θ={H,L,M}。

第二步：各專家對各屬性進行評估。結(jié)合本例，有3位專家(E1、E2、E3)對影響生態(tài)環(huán)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(chǎn)生“很嚴(yán)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(guī)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(jié)果。在表1中，結(jié)合式(1)(2)進行融合，融合E1、E2對甲地土地影響的評估結(jié)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(jié)果再與E3的評估結(jié)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(guī)則分別融合目標(biāo)的各總屬性，最終得到目標(biāo)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(dāng)其生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境的影響評估，最終判定對生態(tài)環(huán)境有“很嚴(yán)重”影響的概率為0.974，“嚴(yán)重”影響的概率為0.026。

重復(fù)以上步驟，由表(5)～(8)可得在乙地(Q)修建水電站對其生態(tài)環(huán)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(jié)果，如表9所示。

表9 甲乙兩地最終評估結(jié)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(tài)環(huán)境的影響要小些，因而可選址乙地。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于證據(jù)理論的水電開發(fā)生態(tài)環(huán)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(yè)在水電開發(fā)時參考。水電資源開發(fā)有利于改善當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施和居民生產(chǎn)生活條件，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和促進就業(yè)。此外，還能減少對常規(guī)能源如石油的依賴，有利于保護生態(tài)環(huán)境。然而，水電開發(fā)也是一把雙刃劍，涉及方方面面。在水電開發(fā)時，既要考慮經(jīng)濟效益，更要注重對生態(tài)環(huán)境的保護，畢竟破壞容易，修復(fù)卻很困難。在水電開發(fā)之初要做好科學(xué)規(guī)劃，水電工程項目的選擇、建設(shè)和運營等都要與生態(tài)系統(tǒng)保護和環(huán)境建設(shè)相適應(yīng)，做到生態(tài)、經(jīng)濟、社會三者可持續(xù)發(fā)展。

[1]秦子晗,唐斌.基于GIS的生態(tài)環(huán)境評價[J].長春師范學(xué)院學(xué)報,2006(5):65-68.

[2]趙牧秋,史云峰.基于工作過程的生態(tài)環(huán)境影響評價教學(xué)法[J].長春師范大學(xué)學(xué)報,2014(3):136-139.

[3]徐民英,陳志輝.農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護途徑芻議[J].長春師范學(xué)院學(xué)報,2006(3):107-111.

[4]董煒華,韓德復(fù),吳祥文,等.汽車尾氣排放對吉林省生態(tài)環(huán)境的影響[J].長春師范學(xué)院學(xué)報,2014(1):94-96.

[5]左東啟.水力發(fā)電與環(huán)境生態(tài)[J].水利水電科技進展,2005(2):1-7.

[6]楊國建.淺析水力發(fā)電的比較優(yōu)勢[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2016(2):94-96.

[7]湯鑫華.論水力發(fā)電的比較優(yōu)勢[J].中國科技論壇,2011(10):63-68.

[8]謝光武.四川水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護[J].水電站設(shè)計,2006(4):41-43.

[9]高仕春,陶自成,陽蓉.熵權(quán)法在梯級電站效益補償分?jǐn)傊械膽?yīng)用研究[J].水電能源科學(xué),2007(4):120-122.

[10]鄭麗穎.水利工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響[J].黑龍江科學(xué),2014(3):75.

[11]孫曉巖.淺議水利水電工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響分析[J].中國水運,2012(10):125-126.

[12]湯鑫華.論水力發(fā)電對生態(tài)環(huán)境的影響[J].水電與新能源,2010(5):67-73.

[13]付鵬,陳凱麒,謝悅波,等.考慮社會影響的水利水電開發(fā)環(huán)境影響評價方法[J].水利學(xué)報,2009(8):1012-1018.

[14]宗永臣,楊永紅,金建立,等.基于AHP的巴河水電梯級開發(fā)累積環(huán)境影響評價研究[J].四川環(huán)境,2009(3):94-99.

[15]吳貽名,張禮兵.系統(tǒng)動力學(xué)在累積環(huán)境影響評價中的應(yīng)用研究[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報,2000(1):70-73.

[16]Dempster A P.Upper and lower probabilities induced by a multi-valued mapping[J].Annals of Mathematical Statistics,1967(2):325-339.

[17]Shafer G.A mathematical theory of evidence[M].Princeton:Princeton University Press,1976.

[18]Deng Y.Generalized evidence theory[J].Applied Intelligence,2015(3):530-543.

[19]Deng Y,Mahadevan S,Zhou D.Vulnerability assessment of physical protection systems:abio-inspired approach[J].International Journal of Unconventional Computing,2015(3):227-243.

[20]Deng Y.A threat assessment model under uncertain environment[J].Mathematical Problems in Engineering,2015(9):1-12.

[21]Deng Y,Liu Y,Zhou D.An improved genetic algorithm with initial population strategy for symmetric TSP[J]. Mathematical Problems in Engineering,2015(3):1-6.

[22]Jiang W,Yang Y,Luo Y,et al.Determining basic probability assignment based on the improved similarity measures of generalized fuzzy numbers[J].International Journal of Computers Communications & Control,2015(3):333-347.

[23]Mo H,Gao C,Deng Y.Evidential method to identify influential nodes in complex networks[J].Journal of Systems Engineering and Electronics,2015(2):381-387.

[24]王宇亮.水電開發(fā)對四川高原地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的影響[D].成都:西南交通大學(xué),2011.

[25]黃翔,高小虎,劉四華.大渡河流域干冷河谷特征植被調(diào)查分析——以某水電站為例[J].四川環(huán)境,2016(2):60-64.

[26]張洪明,王玲.四川民族地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題探討[J].四川環(huán)境,2000(3):46-49.

[27]鄧清南.川西旅游生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)[J].山地學(xué)報,2002(S1):152-155.

[28]張秋勁,徐亮,周春蘭,等.“5·12”汶川地震災(zāi)區(qū)典型區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況影響評價[J].四川環(huán)境,2009(5):96-98.

[29]周卓靈,王皓冉,周雄.關(guān)于我國水電開發(fā)的效益與影響的思考[J].四川水利,2010(4):63-66.

[30]世界第一高壩水電站在四川開工,環(huán)評承認對環(huán)境不利 [EB/OL].(2015-07-15)[2015-10-17]. http://news.ifeng.com/a/20150715/44173058_0.shtml.

[31]曹永強,倪廣恒,胡和平.水利水電工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響分析[J].人民黃河,2005(1):56-58.

[32]余強,詹樂霞.水電開發(fā)中水土保持生態(tài)建設(shè)狀況及對策探討[J].黑龍江水利科技,2010(5):95-96.

[33]陳國春.雅礱江二灘水電站水庫對局地氣候影響分析[J].四川水力發(fā)電,2007(2):77-80.

[34]和曉榮,王秀英,和武.金沙江中游庫區(qū)水污染綜合防治措施研究[J].水利水電技術(shù),2015(12):71-76.

[35]云南地震和水電建設(shè)有關(guān)聯(lián)[EB/OL].(2014-08-22)[2015-10-17].http://www.ftchinese.com/story/001057852.

[36]于代松.川西水電開發(fā)對生態(tài)與環(huán)境的影響分析及建議[J].中國水利,2005(8):27-29.

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(jù)理論的決策方法及其在民族地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理決策中的應(yīng)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(tài)環(huán)境評估研究。

TP391.4；X171.1

A

2095-7602(2017)02-0035-06