模糊評(píng)價(jià)法與綜合指數(shù)法在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中的應(yīng)用比較研究

朱國(guó)宇，熊 偉

（1.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；2.四川省環(huán)境工程評(píng)估中心，成都 610017）

生態(tài)影響后評(píng)價(jià)，是指采用合適的方法，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目（或規(guī)劃）實(shí)施前后的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并對(duì)比分析，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步識(shí)別項(xiàng)目（或規(guī)劃）實(shí)施后對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響范圍和程度，為促進(jìn)環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，是環(huán)境影響后評(píng)價(jià)在生態(tài)領(lǐng)域的發(fā)展和延伸。中國(guó)關(guān)于環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的研究始于20世紀(jì)90年代，劉紀(jì)綱、邊歸國(guó)、楊志峰等先后對(duì)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)進(jìn)行了一系列的研究[1]，使得環(huán)境影響后評(píng)價(jià)在我國(guó)得到了較大的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，作為非污染-生態(tài)影響型的項(xiàng)目，流域水利水電開(kāi)發(fā)必然會(huì)對(duì)流域生態(tài)環(huán)境造成明顯的影響，水利水電的建設(shè)過(guò)程是對(duì)生態(tài)環(huán)境的短暫干擾，而蓄水運(yùn)行是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期干擾，它通過(guò)重建生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改變生態(tài)系統(tǒng)功能，進(jìn)而導(dǎo)致河流基本形態(tài)和水文狀況的改變、生物多樣性減少，并會(huì)促使局地氣候、物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)發(fā)生變化等[2]，特別是梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)，還會(huì)對(duì)流域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)機(jī)理復(fù)雜的累積性影響和效應(yīng)。因此在流域內(nèi)開(kāi)展水利水電開(kāi)發(fā)生態(tài)影響后評(píng)價(jià)以考察水利水電開(kāi)發(fā)的生態(tài)影響，完善水利水電工程的全過(guò)程環(huán)境管理，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。郭喬羽進(jìn)行了大型水庫(kù)工程生態(tài)影響后評(píng)價(jià)研究[3]；中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院和西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)烏江流域和黃河上游河段進(jìn)行了應(yīng)用研究[4-5]；王波就三峽工程對(duì)庫(kù)區(qū)的生態(tài)影響從局地氣候、生物多樣性、生態(tài)承載力狀況等角度對(duì)三峽工程建設(shè)前、初期蓄水及蓄水后三個(gè)時(shí)段進(jìn)行了比較研究[6]。但這些研究主要針對(duì)項(xiàng)目（或規(guī)劃）實(shí)施對(duì)單一生態(tài)環(huán)境要素的影響驗(yàn)證分析，在生態(tài)環(huán)境狀況量化研究方法方面尚未形成系統(tǒng)的體系和方法。

通過(guò)項(xiàng)目（或規(guī)劃）實(shí)施前后區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)及對(duì)比是生態(tài)影響后評(píng)價(jià)的基本思路，在進(jìn)行生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)中，通常用的方法有模糊評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法。本文對(duì)模糊評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法各自的特點(diǎn)及其在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中的適用性進(jìn)行比較，從而判斷兩種評(píng)價(jià)方法在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中的適用性。

1 評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

1.1 模糊評(píng)價(jià)法

生態(tài)狀況綜合評(píng)價(jià)具有多方面性、多層次性、模糊性和同一層次各因素的不同重要性的特點(diǎn)，以精確性著稱的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法難以解決這類問(wèn)題。模糊數(shù)學(xué)作為一門研究和處理模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支，它的誕生提供了數(shù)學(xué)語(yǔ)言和定量方法。由模糊數(shù)學(xué)與層次分析法相結(jié)合而產(chǎn)生的多層次模糊綜合評(píng)判原理運(yùn)用于后評(píng)價(jià)，可以較好地解決上述問(wèn)題[7]。模糊評(píng)價(jià)步驟如下:

1.1.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)集為U，第一層為準(zhǔn)則層，指標(biāo)集為U={u1，u2，…，um}，第二層為子準(zhǔn)則層，指標(biāo)集為U={ui1，ui2，…，uim}，i=1，2，…，m，以后各層照此類推。

權(quán)重是每個(gè)指標(biāo)在集合中所在的比重，反映每個(gè)指標(biāo)的重要程度，其合理性將影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，本文采用組合權(quán)重模型及基于環(huán)境信息的權(quán)重模型確定權(quán)重。設(shè)權(quán)重集為W，則W={w1，w2，…，wn}。

1.1.2 確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)評(píng)價(jià)集

1.1.3 進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，建立模糊關(guān)系矩陣R

在構(gòu)造了模糊等級(jí)子集后，對(duì)逐個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，也就是確定從單因素來(lái)看評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各級(jí)模糊等級(jí)子集的隸屬度，所有指標(biāo)隸屬度計(jì)算后，得到模糊關(guān)系矩陣R。

1.1.4 確定評(píng)價(jià)因子的模糊權(quán)向量

一般情況下，m個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)被評(píng)事物并非是同等重要的，各單方面因素的表現(xiàn)對(duì)總體表現(xiàn)的影響也是不同的，因此在合成前要確定模糊權(quán)向量。

1.1.5 利用合適的合成算子將A與各評(píng)價(jià)對(duì)象R合成得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B

R中不同的行反映了某個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)從不同的單因素來(lái)看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度。用模糊權(quán)向量A將不同的行進(jìn)行綜合就可以得到評(píng)價(jià)指標(biāo)從總體上來(lái)看對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B。模糊綜合評(píng)價(jià)的模型為:

其中，bj是由A與R的第j列運(yùn)算得到的，它表示評(píng)價(jià)指標(biāo)從整體上看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬程度。

1.2 綜合指數(shù)法

生態(tài)綜合指數(shù)是依據(jù)某種標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法，綜合反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況優(yōu)劣程度的數(shù)量尺度。它由單要素指數(shù)綜合而成，是區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合評(píng)價(jià)的重要手段，反映了某一生態(tài)環(huán)境單元或區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況變異，在全面評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境狀況和環(huán)境管理時(shí)有重要價(jià)值[8]。綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型如下:

式中，E－生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)；Wi為各子系統(tǒng)權(quán)重值；Wij為各生態(tài)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，Cij為各環(huán)境要素的指數(shù)值。

對(duì)較大的區(qū)域，采取分區(qū)評(píng)價(jià)再綜合的評(píng)價(jià)方法。

式中，E為區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)；Ei為小區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)，Si為小區(qū)域所占大區(qū)域面積的百分比，該模型不僅可以了解大區(qū)域綜合生態(tài)環(huán)境狀況，還可以了解小范圍內(nèi)環(huán)境狀況。

1.3 兩種方法特點(diǎn)及生態(tài)影響后評(píng)價(jià)適用性比較

人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)需要一個(gè)概念，但很多清楚的概念外延并不明確，大多數(shù)事物帶有過(guò)渡色彩。模糊集理論采用[0，l]取值對(duì)事物進(jìn)行判斷符合客觀情況。但模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果是一個(gè)模糊向量，并不利于評(píng)價(jià)結(jié)果的兩兩比較。為進(jìn)行比較方便，必須將模糊向量單值化為一個(gè)數(shù)值，根據(jù)生態(tài)評(píng)價(jià)特征，采用模糊向量單值化方法把評(píng)價(jià)結(jié)果向量綜合成一個(gè)數(shù)值，即:

式中，H為模糊評(píng)價(jià)綜合級(jí)別特征值，h為級(jí)別數(shù)。H值采用四舍五入法確定其級(jí)別。

但生態(tài)環(huán)境狀況的等級(jí)有明確的劃分，就須對(duì)結(jié)果進(jìn)行四舍五入處理，從而導(dǎo)致了最終結(jié)果與實(shí)際情況的懸殊；綜合指數(shù)法則是根據(jù)各生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值情況，結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷其分值，在其權(quán)重構(gòu)成下綜合評(píng)定生態(tài)環(huán)境狀況，得出的結(jié)果一個(gè)具體的分值，具有定量描述生態(tài)環(huán)境狀況的功能。

在單一的生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)中，兩種方法的評(píng)判結(jié)果總體來(lái)說(shuō)是一致的，但在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中，由于進(jìn)行比較的需要，模糊評(píng)價(jià)法需對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這就導(dǎo)致了最終結(jié)果的失真，從而使得后評(píng)價(jià)結(jié)論不可信。因此，綜合指數(shù)法更適用于生態(tài)影響后評(píng)價(jià)。

2 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

生態(tài)環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[9]，根據(jù)生態(tài)環(huán)境的特性，結(jié)合水利水電開(kāi)發(fā)的環(huán)境影響特點(diǎn)，構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系是生態(tài)環(huán)境狀況綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本文將水利水電生態(tài)指標(biāo)體系分為自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、環(huán)境污染狀況三個(gè)子系統(tǒng)，并采用改進(jìn)的層次分析法對(duì)其權(quán)重進(jìn)行了確定，在此基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行的環(huán)境狀況標(biāo)準(zhǔn)、其他相關(guān)生態(tài)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，擬定了生態(tài)環(huán)境狀況分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。詳見(jiàn)表1。

表1 水利水電工程生態(tài)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及質(zhì)量分級(jí)Table1 Index system and the quality grade of the eco-environmental status for the water conservancy and the hydro-power construction

續(xù)表

3 案例研究

某流域規(guī)劃建設(shè)12座梯級(jí)電站，已經(jīng)建設(shè)了6座電站[6]，針對(duì)中上游地區(qū)已經(jīng)建設(shè)的電站，結(jié)合開(kāi)發(fā)時(shí)段上的差異，分別用模糊評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法對(duì)上該流域中上游梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前后生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于流域較大，因此采用分區(qū)評(píng)價(jià)綜合的方法。

3.1 模糊評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境狀況

3.1.1 模糊評(píng)價(jià)法對(duì)梯級(jí)開(kāi)發(fā)前流域生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)

①流域上游梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)要素集分別為:

②流域中游梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)要素集分別為:

對(duì)該流域中上游生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，得出上游地區(qū)H=2.8，中游地區(qū)H=2.4。

3.1.2 梯級(jí)電站開(kāi)發(fā)后流域生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)

①流域上游梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)要素集為:

②流域中游梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)要素集為:

對(duì)該流域中上游水電梯級(jí)開(kāi)后生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)模糊評(píng)價(jià)，得出上游地區(qū)H=2.6，中游地區(qū)H=2.3。

3.1.3 模糊評(píng)價(jià)結(jié)果處理

對(duì)該流域中上游地區(qū)水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)前后生態(tài)環(huán)境狀況模糊評(píng)價(jià)結(jié)果的處理有兩種方法，一種是采用面積比法綜合后四舍五入處理，一種是對(duì)分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果四舍五入處理后采用面積比法綜合。兩種方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為:①梯級(jí)開(kāi)發(fā)前 H=2.54，H′=3；梯級(jí)開(kāi)發(fā)后 H=2.37，H′=2；② 梯級(jí)開(kāi)發(fā)前H=2.65，H′=3；梯級(jí)開(kāi)發(fā)后H=2.65，H′=3。由此可見(jiàn)，如果先對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)合四舍五入處理再分區(qū)綜合，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有較大失真，對(duì)計(jì)算結(jié)果先采取分區(qū)綜合再四舍五入處理更符合實(shí)際。

3.2 綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境狀況

3.2.1 梯級(jí)開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)計(jì)算

根據(jù)式（3），結(jié)合表1生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)劃分及3.1.1中各評(píng)價(jià)指標(biāo)值，對(duì)各指標(biāo)采取分值計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，梯級(jí)開(kāi)發(fā)前上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為58.8，中游地區(qū)梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為65.4。

3.2.2 梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)計(jì)算

同上，根據(jù)3.1.2中各評(píng)價(jià)指標(biāo)值，得出其綜賦值情況，根據(jù)計(jì)算，上游地區(qū)梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為62.2，中游地區(qū)梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為68.3。采用面積比法對(duì)該流域中上游地區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可知中上游梯級(jí)開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為:59.7，梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為:63.2。從綜合指數(shù)計(jì)算結(jié)果可知，梯級(jí)開(kāi)發(fā)后，生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)增加了6.6。

4 結(jié)論

4.1 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果先采用分區(qū)綜合再四舍五入處理，生態(tài)環(huán)境狀況分別處于3級(jí)和2級(jí)水平；如果先四舍五入處理再進(jìn)行分區(qū)綜合，則生態(tài)環(huán)境狀況均處于3級(jí)水平。兩種評(píng)價(jià)結(jié)果差別極大，一為生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)發(fā)生了極大變化，生態(tài)環(huán)境狀況提高了一個(gè)等級(jí)；另外一個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果則表明生態(tài)環(huán)境狀況處于同一級(jí)別，但無(wú)法明確生態(tài)環(huán)境狀況的變化情況。根據(jù)綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，流域中上游地區(qū)梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為59.7，梯級(jí)開(kāi)發(fā)后生態(tài)環(huán)境狀況綜合指數(shù)為63.2。根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)等級(jí)劃分，流域中上游地區(qū)梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況處于同一級(jí)別，但生態(tài)環(huán)境狀況發(fā)生了明顯變化。

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況對(duì)比分析

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及流域中上游生態(tài)環(huán)境狀況狀況對(duì)比，梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前生態(tài)環(huán)境狀況基本處于同一級(jí)別，雖然生態(tài)環(huán)境狀況在各種措施的落實(shí)后有了一定程度的改善，但生態(tài)環(huán)境的級(jí)別并未發(fā)生較大變化，在自然環(huán)境系統(tǒng)的11項(xiàng)評(píng)價(jià)因子中，有6項(xiàng)是有一定程度的改善，4項(xiàng)變差，1項(xiàng)（森林覆蓋率）在生態(tài)工程實(shí)施后有明顯改善；社會(huì)環(huán)境系統(tǒng)的6項(xiàng)因子中，因社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口素質(zhì)提升、科技進(jìn)步等發(fā)生變化，使得人口增長(zhǎng)率、糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)人口比重、第三產(chǎn)業(yè)比重等因子得到了改善，但水電開(kāi)發(fā)導(dǎo)致了流域內(nèi)人均耕地面積減少；環(huán)境壓力系統(tǒng)是改善程度最明顯的，人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，流域污染物排放控制措施的的落實(shí)，使得污染物排放量大大減少。根據(jù)生態(tài)影響后評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況對(duì)比分析，模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果因處理方法不同，造成結(jié)果差異較大，且不能真實(shí)、客觀地反映評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，而綜合指數(shù)法計(jì)算結(jié)果，在梯級(jí)開(kāi)發(fā)前后流域中上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境處于同一級(jí)別，故認(rèn)為綜合指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果更為可信。

本文采用模糊評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法對(duì)流域梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)前后的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行了計(jì)算，在此基礎(chǔ)上采用前后對(duì)比法對(duì)梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)帶來(lái)的環(huán)境影響進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中綜合指數(shù)法得出的結(jié)果更為客觀和實(shí)際，建立的水利水電生態(tài)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)也可以引入到環(huán)評(píng)過(guò)程中，為非污染-生態(tài)影響類項(xiàng)目的生態(tài)影響評(píng)價(jià)提供了參考和借鑒。

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