靳會姣,韓艷利
(黃河水資源保護科學(xué)研究院,鄭州 450004)
水能資源的開發(fā)利用已成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略最重要的組成部分,環(huán)境保護要求合理、有序地開發(fā)和利用水能資源。原環(huán)境保護部、國家能源局在2014年6月聯(lián)合發(fā)布了“關(guān)于深化落實水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境保護措施的通知”,明確提出了對水電規(guī)劃較早且未開展規(guī)劃環(huán)評的主要河流,應(yīng)開展水電開發(fā)環(huán)境影響后評價工作的要求。重點關(guān)注已建梯級電站運行中存在的主要生態(tài)環(huán)境問題與后期規(guī)劃電站建設(shè)的環(huán)境制約因素,及時優(yōu)化調(diào)整未實施的水電梯級規(guī)劃方案,補充完善相應(yīng)的環(huán)保對策措施,切實處理好流域水電梯級開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)系。為此,本文針對較為薄弱的流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價,進行了技術(shù)方法與應(yīng)用實踐研究。
環(huán)境影響后評價是在單純的前期環(huán)境影響評價制度存在缺陷的背景下產(chǎn)生的,是對前期環(huán)評工作的檢驗、修正和彌補[1]。1980年美國水資源委員會提出水利工程項目必須考慮工程施工和運行時對環(huán)境、經(jīng)濟等方面的影響;1998年日本研究者Nakayama.M通過對印尼撒古靈大壩環(huán)境影響后評價的研究,發(fā)現(xiàn)了一些在項目實施過程中不合理的方面,他指出亟需改善水利工程的環(huán)境影響后評價方法[2];2006年加納Isaac K.T.等學(xué)者對已經(jīng)運行30多年的加納庫馬西Barekese大壩周邊環(huán)境進行了環(huán)境影響后評價,選用包含數(shù)學(xué)模型的網(wǎng)絡(luò)圖進行環(huán)境影響因子識別和分析,將大壩對周邊環(huán)境的影響以得分的形式進行定量評價[3];2009年Tullos等基于對我國三峽大型水利工程研究的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)開展環(huán)境影響后評價將同時帶動環(huán)境影響評價制度發(fā)生重要改變,對因前期環(huán)境影響評價過程中存在的限制因素,造成的政策結(jié)果偏差進行彌補,如影響預(yù)測的不確定性等;同時指出目前環(huán)境影響評價過程與科學(xué)研究之間缺乏直接的反饋[4];2011年蔣固政在文章中提及荷蘭的三角洲水利工程運行幾十年后,基于對生態(tài)環(huán)境的保護與開發(fā),通過開展環(huán)境影響后評價工作對該水利工程方案進行了調(diào)整,體現(xiàn)了環(huán)境影響后評價在調(diào)整和優(yōu)化工程實施方案方面的積極作用[5]。鑒于各個國家國情不同及理解層面不一樣,各國的水利工程項目建設(shè)特點及用途有別,因此評價的內(nèi)容側(cè)重不一樣。
我國對水利工程建設(shè)項目環(huán)境影響后評價的研究起步較晚,20世紀90年代初對水利建設(shè)項目后評價中的社會影響進行了探討[6]。2007年原國家環(huán)保部為了嘗試與探索流域性水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價工作的具體操作方法和評價模式,根據(jù)國內(nèi)已基本完成梯級開發(fā)建設(shè)的兩條河流,要求組織開展貴州烏江和黃河上游龍羊峽至劉家峽河段水電梯級開發(fā)的環(huán)境影響后評價試點工作[7-8]。2010年制定的《水利建設(shè)項目后評價管理辦法(試行)》中雖然涉及水利建設(shè)項目環(huán)境影響后評價的內(nèi)容,但對于水利工程環(huán)境影響評價指標體系和評價方法均缺少相關(guān)的具體說明[9]。2014年6月原國家環(huán)保部等在對水庫、煤礦開采和公路3個行業(yè)研究的基礎(chǔ)上,從技術(shù)方法、實踐應(yīng)用、管理制度3個層次對我國環(huán)境影響后評價的內(nèi)涵開展研究,系統(tǒng)分析了建設(shè)項目環(huán)境影響后評價的工作程序與內(nèi)容,構(gòu)建了較為完整的環(huán)境影響后評價方法與指標體系,提出了我國環(huán)境影響后評價的管理體系框架,編寫了生態(tài)影響類建設(shè)項目環(huán)境影響后評價技術(shù)方法研究報告。2015年12月,原環(huán)境保護部發(fā)布了《建設(shè)項目環(huán)境影響后評價管理辦法(試行)》,可以指導(dǎo)跨行政區(qū)域、跨流域和重大敏感項目的環(huán)境影響后評價工作。
與此同時,國內(nèi)很多學(xué)者逐漸開展了水利工程環(huán)境影響后評價的研究工作:2004年陳凱麒等研究了大壩建設(shè)和梯級規(guī)劃環(huán)境影響后評價;2009年鄭艷紅等針對水電開發(fā)項目環(huán)境影響后評價的指標選取進行了研究,把水電開發(fā)項目環(huán)境影響后評價的內(nèi)容和指標體系劃分為水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境三大類別[10];2013年張虎成等結(jié)合我國當前河流水電開發(fā)的環(huán)境管理程序及環(huán)評實際情況,明確了后評價指標體系的建立原則,初步建立了河流水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價體系[11]。
總體來說,此前水利建設(shè)項目環(huán)境影響后評價的研究大多數(shù)應(yīng)用于具體的建設(shè)項目,且主要以概括性或探索性為主,而以整個流域為對象建立環(huán)境影響后評價思路、方法和評價指標體系的還尚未有系統(tǒng)的研究[12],特別是從大流域、多梯級的角度進行宏觀領(lǐng)域的后評價。目前《水利水電工程建設(shè)項目環(huán)境影響后評價技術(shù)導(dǎo)則》正在征集意見,流域性水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則尚未出臺。本文立足于對流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系和評價模型的構(gòu)建,為流域水電梯級開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)評制度的完善提供技術(shù)支持。
本文從工程系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、管理系統(tǒng)這3大系統(tǒng)出發(fā),全面列出能反映流域水電梯級開發(fā)影響特點的所有因素,以防重要指標遺漏。以此為出發(fā)點,收集了大量與流域水電梯級開發(fā)相關(guān)的指標,在前人給出的具有指導(dǎo)性的框架上,經(jīng)多次整合與篩選,刪除了重復(fù)及無關(guān)緊要的次要指標,糅合一些零碎的指標,同時又增添了一些靈敏度高、敏感性指標,并咨詢相關(guān)專家意見,進一步調(diào)整和優(yōu)化評價指標,最終確立了流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系:目標層為流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價綜合指標;準則層確定為工程系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、管理系統(tǒng)這3個重要影響因素;下設(shè)16個要素,再細分為40個評價指標,詳見表1。評價指標中既有定量指標也有定性指標,為實現(xiàn)評價結(jié)果定量化和系統(tǒng)化,將各定性指標采用目前最常用的專家打分法進行量化處理。
表1 流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系
續(xù)表1
對于流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價方法研究的核心問題即是確定評價指標權(quán)重的方法。指標權(quán)重的確定是對流域梯級項目進行后評價的關(guān)鍵,由于梯級開發(fā)是一個涉及多因素多指標的大系統(tǒng),且各評價指標相互作用、相互聯(lián)系,同時相互之間的重要程度又不盡相同,指標權(quán)重理應(yīng)不同。無論采用主觀賦權(quán)法抑或是客觀賦權(quán)法,都具有一定的局限性,而選擇組合賦權(quán)法又尋找不出合理的組合方法以及組合系數(shù)。
1965年,美國控制論專家L.A.Zadeh為了克服Cantor集的不足,發(fā)表了著名論文Fuzzy Sets,這標志著模糊數(shù)學(xué)的誕生。20世紀70年代,美國運籌學(xué)家A.L.Saaty提出了層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的分析方法[13],優(yōu)點是系統(tǒng)性、實用性、簡潔性;缺點是囿舊、粗略、主觀。宗永臣等曾運用層次分析法對巴河水電梯級開發(fā)累積環(huán)境影響指標權(quán)重進行研究,但只能體現(xiàn)諸多環(huán)境指標在整個評價體系中的重要程度,即定性研究[14];朱金偉等采用層次分析法同時利用專家判斷矩陣一致性比率引入調(diào)節(jié)器,進而得到火電廠脫硫項目后評價指標的綜合權(quán)重,這種方法在一定程度上降低了人為因素在權(quán)重確定過程中的影響,具有一定的科學(xué)性和合理性[15]。模糊層次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,F(xiàn)AHP)是結(jié)合了層次分析法和模糊綜合評價法,其基本理論是對AHP進行了完善和改進,從而超越了AHP。FAHP法是在層次分析的基礎(chǔ)上,通過專家調(diào)查,運用模糊數(shù)學(xué)來確定權(quán)重并排序[16]。模糊一致矩陣是模糊層次分析法的關(guān)鍵,1997年這個概念被提出,既符合人類決策思維的一致性,又能廣泛應(yīng)用于層次分析法、模糊綜合評價等軟科學(xué)[17]。隨后,我國張吉軍、呂躍進等學(xué)者,通過研究發(fā)現(xiàn)層次分析法是實際應(yīng)用中存在的問題與不足,與此同時研究了基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法,并確定了基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的一般應(yīng)用模型[18~20];黃建元等在多層次、多因素決策方案優(yōu)選中應(yīng)用了模糊一致矩陣[21],蘭繼斌等對模糊層次分析法權(quán)重進行了研究[22];2018年,沈聰?shù)然谀:龑哟畏治龇ú⒔Y(jié)合專家意見,對集裝化生活垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行后評估,可以綜合不同因素的定性、定量分析,便于得到綜合評價結(jié)果[23]。
根據(jù)流域水電梯級開發(fā)的復(fù)雜性、累積性及模糊性等特征,結(jié)合上述環(huán)境影響后評價的相關(guān)理論研究,決定采用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)原理結(jié)合的FAHP法對評價指標權(quán)重進行綜合計算。
FAHP法在確定權(quán)重時重要在于判斷矩陣的構(gòu)造,本次通過向相關(guān)研究領(lǐng)域的5位專家進行函詢,對流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系內(nèi)各指標元素的相對重要性程度進行了判斷。判斷時采用0.1~0.9標度法,能夠準確地描述任意兩個因素之間關(guān)于某準則的相對重要程度[24],定量判斷矩陣中的每個因素,見表2。
表2 重要性標度
由于本次邀請到的5位專家均與本研究主題相關(guān),故認為每位專家所占的權(quán)重值相等。評定過程中對5位專家的綜合評價均值進行一致性檢驗,若通過一致性檢驗,則視為數(shù)據(jù)有效、可靠;如不通過,則要求專家重新進行評價,直至判斷矩陣通過一致性檢驗。最后,運用算數(shù)平均法將5位專家的判斷結(jié)果進行綜合,得到模糊判斷矩陣,其中通過兩兩比較矩陣中各層次元素對上一層元素的相對重要性程度得到的模糊判斷矩陣記為M(Ik-J),本次僅列出M(A-B)、M(B1-C)以作示例:
其中M(A-B)即由5位專家根據(jù)A-B的相對重要性程度,建立的5個優(yōu)先關(guān)系矩陣的平均值,分別如下:
由于M(A-B)、M(B1-C)不具有一致性,需將其轉(zhuǎn)換為R(A-B)、R(B1-C)。
根據(jù)建立的模糊一致矩陣R,利用行和歸一化計算求權(quán)重向量w1=(w11,w12,…,w1n)T,其中可利用下式進行計算:
(1)
式中:w1j表示按行計算出的權(quán)重向量;rij表示模糊矩陣經(jīng)一致性變換后,下層第i個元素相對于第j個元素的相對重要程度。按照式(1)對以上建立的模糊一致矩陣進行計算,得出的各層權(quán)重值見表3。
表3 評價指標體系及權(quán)重統(tǒng)計表(FAHP法)
續(xù)表3
可以看出,在流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價綜合指數(shù)中,B系統(tǒng)層中,B1工程系統(tǒng)所占權(quán)重為0.33,B2環(huán)境系統(tǒng)所占權(quán)重為0.39,其中B21自然環(huán)境占0.12,B22生態(tài)環(huán)境占0.16,B23社會環(huán)境占0.11,B3管理系統(tǒng)所占權(quán)重為0.28。整體上權(quán)重分配符合我國當前流域梯級水電開發(fā)環(huán)境影響的實際情況,今后類似流域水電梯級開發(fā)在開展環(huán)境影響后評價時,可直接代入計算權(quán)重,也可根據(jù)流域梯級電站開發(fā)情況以及當前生態(tài)環(huán)境保護政策、形勢等進行適當調(diào)整。
可變模糊評價是一種可同時描述事物量變和質(zhì)變的量化工具,綜合評價和決策有較高的可靠性和可信度。可變模糊集理論可以較好地解決流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系中存在的模糊性、不確定性以及指標不兼容性等問題,可提高流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價結(jié)果的可信度。
模糊可變評價模型為:
(2)
表4 不同參數(shù)組合下的模糊可變模型
(3)
考慮到最大隸屬度的作用以及其他隸屬度的影響,采用級別特征值法,以使評價結(jié)果更為客觀全面。級別特征值計算公式如下:
H=1,2,...,c·U
(4)
經(jīng)查閱大量評價方法等級劃分的文獻,了解到很多都是劃分為5級,對于本文所采用的可變模糊集模型而言,分級標準不論是從優(yōu)到劣還是從劣到優(yōu),評價結(jié)果均不受影響。本文將流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價等級劃分為5個等級,等級劃分標準見表5。
表5 后評價等級含義及劃分標準
綜合資料收集情況以及咨詢本行業(yè)相關(guān)專家后,本次實例研究選擇貴州烏江干流河段,如下圖。
圖 烏江干流水電梯級開發(fā)概況
首先烏江貴州段已基本完成規(guī)劃的9個梯級電站開發(fā)建設(shè),且作為原國家環(huán)保部首批次開展和探索流域性水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價工作的試點流域;其次是烏江干流研究河段共包括洪家渡、普定、引子渡、東風(fēng)、索風(fēng)營、烏江渡、構(gòu)皮灘、思林、沙沱共9個梯級的庫區(qū)、移民安置區(qū)、施工區(qū)、壩下水文情勢變化區(qū)以及社會經(jīng)濟影響區(qū);部分環(huán)境要素兼顧重要支流所屬區(qū)域,基本可判別梯級水電開發(fā)建設(shè)對烏江貴州段區(qū)域環(huán)境的整體影響;再者是烏江貴州段從1971年烏江渡電站開工至1979年建成運行,再到2010年9個梯級電站全部建成,時間跨度大,單個或梯級電站群所產(chǎn)生的工程問題、環(huán)境問題及社會問題均已顯現(xiàn)。貴州烏江水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價工作始于2007年,2010年思林、沙沱才建成投運,本文采用數(shù)據(jù)資料的原則是:現(xiàn)狀監(jiān)測資料優(yōu)先,其次是來自報刊新聞以及環(huán)評報告中既有資料,最后是分析引用預(yù)測資料。因此本文后評價研究在水平年選取上很難保持嚴格一致。
文章“3.2 FAHP法在確定指標權(quán)重中的應(yīng)用”對流域水電梯級開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)中自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境指標分配及賦權(quán)時,不僅參考了大量文獻資料,也參考了作為首批次開展環(huán)境影響后評價試點工作的貴州烏江和黃河上游龍羊峽至劉家峽河段水電梯級開發(fā),故可直接將表3中“A-D權(quán)重”計算結(jié)果代入案例中計算應(yīng)用。
貴州烏江后評價中定量指標經(jīng)計算后直接代入,定性指標則采用目前最常用的專家打分法進行量化處理,如“D1梯級布置的數(shù)量及壩址位置”這一定性指標,從洪家渡運行的第一個年份2005年可以看出,在烏江流域來水特枯情況下,洪家渡充分發(fā)揮龍頭水庫調(diào)節(jié)作用,在滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰要求條件下,補償下游梯級徑流,抬高下游東風(fēng)、烏江渡水庫運行水位,增加下游電站出力,使東風(fēng)、烏江渡水庫得以保持較高水位運行、實現(xiàn)2005年零棄水,節(jié)約的水量可發(fā)電4 900萬kW.h。由此可見,洪家渡水電站確實發(fā)揮了龍頭水庫的補償作用,故烏江梯級開發(fā)的布局是非常合理的;按照定性指標分級標準進行量化綜合取分值為4.5分。結(jié)果詳見表3中“指標數(shù)值”一列。
本次后評價案例研究采用可變模糊集理論模型,通過變換參數(shù)值(α和P)得到在4種模型狀態(tài)下烏江水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價級別特征值在2.38~2.66之間,見表6。
表6 相對隸屬度及級別特征值
上述4種模型狀態(tài)下烏江水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價級別均為3級,即環(huán)境影響效果一般,各級別特征值變化范圍較小,穩(wěn)定度高。根據(jù)《貴州烏江水電開發(fā)環(huán)境影響后評價》報告中給出的結(jié)論:“各梯級電站在施工期和運行期均能按環(huán)評報告書中提出的要求開展環(huán)保工作,且采取的環(huán)保措施基本有效地控制了環(huán)境污染的發(fā)生,取得了預(yù)期的效果?!焙捅疚牡贸龅目傮w影響效果一致,與貴州烏江干流水電梯級開發(fā)后的實際生態(tài)環(huán)境影響基本吻合。
由評價結(jié)果可知貴州烏江干流水電開發(fā)對環(huán)境影響處于第3級,即影響效果一般,部分指標對整體環(huán)境效益產(chǎn)生了較大的負面影響,其中影響最大的因素為未開展規(guī)劃環(huán)評(按照定性指標分級標準進行量化綜合取分值為0.5分);其次為“三同時”制度執(zhí)行情況(量化綜合取分值為2.5分)、施工期各種施工活動對環(huán)境的影響、年徑流變化的影響、下泄水溫變幅的影響、水資源開發(fā)利用率較低、對環(huán)境地質(zhì)的影響、對人群健康的威脅以及淹沒損失等;也有部分指標對環(huán)境基本沒有產(chǎn)生影響,主要表現(xiàn)在滿足最小生態(tài)需水量保證率、年平均輸沙量變化趨勢、生態(tài)景觀格局、經(jīng)濟社會效益、滿足灌溉用水設(shè)計保證率、滿足居民生活用水設(shè)計保證率、移民全面安置;當然烏江水電開發(fā)對局地氣候、烏江水能資源開發(fā)利用、社會效益、防洪等方面也產(chǎn)生了明顯有利的影響??傮w而言,流域梯級電站的修建對環(huán)境系統(tǒng)會產(chǎn)生一定的影響,但影響有限,通過因地制宜適時地提出相應(yīng)的補救措施或補償方案,是可以明顯減小工程建設(shè)對環(huán)境的不利影響的。
環(huán)境影響后評價作為水電開發(fā)項目基本建設(shè)程序的最后一環(huán)節(jié)和重要檢驗階段,開展專題評價、總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)并提出合理的防治對策措施,是解決流域水電梯級開發(fā)建設(shè)先天不足的重要途徑和有效方法?;诖?,本文針對流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響問題進行了后評價研究,并獲得以下主要成果:
(1)從工程系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、管理系統(tǒng)3個方面構(gòu)建流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價指標體系,涵蓋40個評價指標。
(2)根據(jù)流域水電梯級開發(fā)的特點及環(huán)境影響后評價的相關(guān)理論,采用模糊層次分析法對評價指標進行賦權(quán),得到相對合理的指標權(quán)重;應(yīng)用可變模糊集理論建立了流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價模型;同時提出了后評價分級的評判指標依據(jù),將后評價結(jié)果判定等級分為5級。
(3)將本文建立的評價指標體系和后評價模型,應(yīng)用于貴州烏江水電開發(fā)項目實例中,得出的后評價結(jié)論與貴州烏江干流水電梯級開發(fā)后的實際生態(tài)環(huán)境影響基本吻合。
烏江干流水電梯級開發(fā)中的實踐應(yīng)用,說明了本文建立的后評價指標體系、指標分配及賦權(quán)以及實例中所采用后評價模型等,具有較強的科學(xué)性與適用性,在流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價實用方法上具有實際意義和推廣應(yīng)用價值,對流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價工作起到了積極的推動作用。
鑒于流域水電梯級開發(fā)項目具有工程投資大、影響范圍廣、程度深的特點,其環(huán)境影響后評價工作也是一項相當復(fù)雜的系統(tǒng)工程。需考慮的評價指標相對復(fù)雜,基本涉及項目各個方面,工作量較大,全面準確的獲取基礎(chǔ)資料信息有著一定的難度,且評價方法的選擇往往受到多個因素不同程度的制約,難免有局限性和不足之處,還需在今后的工作中進一步探討研究:
(1)本文的評價指標體系是結(jié)合我國當前河流水電開發(fā)的環(huán)境管理程序及環(huán)評實際情況所建立的,難免有缺陷和不完善的指標,因此它僅僅是一個指導(dǎo)性、框架性的指標體系,不是一成不變的,實際工作中可根據(jù)當?shù)睾恿魈卣?、工程建設(shè)規(guī)模及特性以及需要特別關(guān)注的環(huán)境因素酌情進行增加或刪減,使其更具有科學(xué)性、實用性和長久指導(dǎo)性。
(2)本文給出的評價指標建議分級閾值,其準確性均建立在基礎(chǔ)資料掌握的程度上,故后續(xù)還可對指標閾值進行驗證和優(yōu)化。
(3)目前國內(nèi)流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價實際工作中,主要通過對比項目建成前后情況來衡量既定目標的實現(xiàn)情況,缺乏各流域之間水電梯級開發(fā)項目的橫向比較,建議及時建立流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價數(shù)據(jù)庫。
(4)流域水電梯級開發(fā)造成的環(huán)境影響是長期的,僅僅在項目竣工后1至2年進行環(huán)境影響后評價是遠遠不夠的,不僅需要考慮到它的時效性,更要建立一個長效的評價或管理機制。