水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型研究

徐天寶，顧洪賓，王偉營(yíng)，吳　程，郝紅升

環(huán)保與移民

水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型研究

徐天寶1，顧洪賓2，王偉營(yíng)1，吳程1，郝紅升1

（1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明 650051；2.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120）

水電工程建設(shè)通過直接的和間接的作用，影響了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性，存在一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為定量分析水電工程建設(shè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要構(gòu)建一套可操作的計(jì)算方法。為此，歸納借鑒國(guó)外生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法，結(jié)合水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)理，從影響和受體兩個(gè)方面的相互作用出發(fā)，構(gòu)建了水電建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型。該模型可以定量分析水電工程的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小，可操作性強(qiáng)；其用于流域水電開發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可為決策部門提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也可以為流域水電開發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)保護(hù)措施提供技術(shù)支撐。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)價(jià)模型；定量分析；水電工程建設(shè)

0　引言

水電工程建設(shè)通過施工和淹沒占地、電站運(yùn)行、大壩阻隔、移民等行為，改變工程區(qū)生命和非生命系統(tǒng)狀態(tài)，以直接或間接等多種影響途徑作用于生態(tài)系統(tǒng)，改變了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性，存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［1］。為分析水電建設(shè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，本文將構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概念模型，為定量分析水電建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了一種有效的方法。我國(guó)水能資源豐富，主要集中在長(zhǎng)江、金沙江、雅礱江、大渡河、烏江、瀾滄江、黃河、怒江、紅水河和雅魯藏布江等十大流域，總裝機(jī)容量3.7億kW，占全國(guó)技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量的55.5%［2］。研究水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)水電工程有序開發(fā)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的意義［3］。

1　生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究概況

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就是利用生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科手段，分析和評(píng)價(jià)具有不確定性的災(zāi)害或事件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分可能造成的損傷［4］。在本質(zhì)上，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析是評(píng)估一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源在暴露過程中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)所帶來的負(fù)面效應(yīng)的可能性和危害程度。其目的是為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理提供理論和技術(shù)支持［4-6］。因其有效整合了學(xué)術(shù)研究、政策制定和生態(tài)環(huán)境管理，而越來越多地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境問題的實(shí)際解決上，促使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在較短時(shí)間內(nèi)有了長(zhǎng)足進(jìn)步。其主要表現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)源從單一風(fēng)險(xiǎn)源擴(kuò)展到多風(fēng)險(xiǎn)源，風(fēng)險(xiǎn)受體也從單一受體發(fā)展到多受體，且評(píng)價(jià)尺度也從種群、生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展到區(qū)域和景觀水平［7-8］。

目前，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已進(jìn)入?yún)^(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段。Hunsaker等在1990年發(fā)表了一篇重要文章，闡述了如何將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)用到區(qū)域景觀層面，由此闡明了區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本概念和未來發(fā)展方向。在這一階段，大尺度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多基于EPA的指導(dǎo)方針［5，9-10］。ORNL研究組對(duì)美國(guó)田納西州Clinch river流域開展的系列生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究工作及Cormier等（1999）對(duì)美國(guó)俄亥俄州Big Darby River流域進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等案例均說明，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是可能的。此后，地理學(xué)、數(shù)學(xué)、災(zāi)害學(xué)、地理信息系統(tǒng)學(xué)等多學(xué)科技術(shù)和理論的滲透，為區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析方法增添了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，增強(qiáng)了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在空間分析上的能力，以支撐不同受體、不同壓力因子在多尺度上的有效組合，從而加速了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展，促使區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論體系不斷完善［10］。

2　水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)涵

目前，從不同角度出發(fā)，對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定義多種多樣，但其內(nèi)涵大同小異。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)大致可歸納為：評(píng)價(jià)環(huán)境污染、生態(tài)破壞或自然災(zāi)害等各種不利因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能等產(chǎn)生負(fù)面作用的可能性和危害程度的過程。

水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要是既定風(fēng)險(xiǎn)源（水電工程）通過多途徑直接或間接作用于風(fēng)險(xiǎn)受體（生態(tài)系統(tǒng)），其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)大小與影響途徑的作用方式、作用強(qiáng)度及受體敏感性密切相關(guān)。因而，水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)屬于既定風(fēng)險(xiǎn)源（即水電工程）的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。它是指描述和評(píng)估水電工程通過多種途徑直接或間接對(duì)流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利作用的可能性和大小的過程，目的是為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與風(fēng)險(xiǎn)管理提供理論和技術(shù)支持。其中，水電工程影響途徑主要包括主體工程施工、移民安置、大壩阻隔、水庫淹沒和電站運(yùn)行等影響途徑。

3　水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型構(gòu)建

本文在識(shí)別水電工程單一生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源及其作用方式和影響途徑的基礎(chǔ)上，結(jié)合流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)特征（尤其是流域面山河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)敏感性和人文系統(tǒng)特殊性），構(gòu)建水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)層次，詳見表1。

表1　水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)層次

采用水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響來表征發(fā)生事故概率的大小，如果對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響較大，那么發(fā)生事故的概率也較大；采用生態(tài)系統(tǒng)受體的特征來表征生態(tài)系統(tǒng)在發(fā)生影響事故時(shí)的損失，如果生態(tài)受體比較敏感，那么發(fā)生事故時(shí)的損失也較大。事故概率大小與發(fā)生事故時(shí)的損失的乘積即為水電開發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，水電開發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可用水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響與生態(tài)系統(tǒng)受體特征的乘積來表征。即，水電站建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概念模型

式中，r為水電站建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；h為水電建設(shè)生態(tài)影響；j為生態(tài)受體敏感性。

4　水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型的分析

4.1水電工程建設(shè)生態(tài)影響分析

本文采用水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響來表征發(fā)生事故概率的大小，可以通過專家打分或查閱文獻(xiàn)資料的方法獲取相應(yīng)的事故概率。如，水電站建設(shè)之后造成了水溫變化，那么采用專家打分的方式確定：水溫變化4℃以上，對(duì)應(yīng)的事故概率為0.9；水溫變化3℃以上，對(duì)應(yīng)的事故概率為0.8；水溫變化2℃以上，對(duì)應(yīng)的事故概率為0.7；水溫變化1℃以上，對(duì)應(yīng)的事故概率為0.5；水溫?zé)o變化，對(duì)應(yīng)的事故概率為0。其他大壩阻隔影響、水庫淹沒影響，也可采用同樣的方法處理。

4.2生態(tài)受體敏感性分析

采用生態(tài)系統(tǒng)受體的特征來表征生態(tài)系統(tǒng)在發(fā)生影響事故時(shí)的損失，同樣可通過專家打分或查閱文獻(xiàn)資料的方法獲取相應(yīng)的事故損失數(shù)據(jù)。例如，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)如果有珍稀保護(hù)魚類分布，那么其事故損失取值就較大；反之，則損失值較小。

4.3構(gòu)建水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣

依據(jù)水電站建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概念模型，將表1中水電建設(shè)的多種影響和評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)多種生態(tài)受體結(jié)合，得到水電工程生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣R。水電建設(shè)中不會(huì)造成相互作用的影響和生態(tài)受體，其對(duì)應(yīng)的項(xiàng)為零。

4.4水電站建設(shè)權(quán)重列向量

水電站建設(shè)對(duì)影響層（大壩阻隔、水質(zhì)變化、水溫變化、水位變化、流速變化和水庫淹沒）等產(chǎn)生不同的程度的影響。因此，本文引入水電站建設(shè)權(quán)重列向量E，用于表征水電站建設(shè)各類影響的程度。即

4.5生態(tài)效應(yīng)權(quán)重行向量

評(píng)價(jià)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中包含關(guān)鍵魚類、魚類洄游通道、魚類棲息地、關(guān)鍵植物物種、關(guān)鍵植物生境、關(guān)鍵動(dòng)物物種、關(guān)鍵動(dòng)物生境、生態(tài)敏感區(qū)、重要自然景觀、地質(zhì)災(zāi)害和文化古跡等11項(xiàng)生態(tài)受體。為表征不同生態(tài)受體在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要性，本文引入了生態(tài)效應(yīng)權(quán)重行向量

4.6水電站建設(shè)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值

最終，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)水電建設(shè)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算公式為

水電站建設(shè)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值ER可用于評(píng)價(jià)流域水電站建設(shè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小。決策部門可以根據(jù)該風(fēng)險(xiǎn)值的大小進(jìn)行決策，并分析降低水電站建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的途徑。

5　結(jié)論和展望

（1）目前，針對(duì)水電工程建設(shè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究剛剛開始，還沒有成熟和統(tǒng)一的計(jì)算方法。本文從水電工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用機(jī)理出發(fā)，構(gòu)建了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概念模型，并提供了一套完整的分析步驟和方法。該方法可用于定量化分析水電工程的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小，可操作性強(qiáng)。由于當(dāng)前對(duì)部分生態(tài)受體閾值的研究還有所欠缺，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算分析的準(zhǔn)確性還有待提高。下一步，還需要針對(duì)生態(tài)受體閾值進(jìn)行深入研究。

（2）在我國(guó)十大流域中，雅魯藏布江、金沙江、怒江等3條河流是未來水電開發(fā)的重點(diǎn)河流，其待建裝機(jī)容量超過1.5億kW，占十大河流待建總規(guī)模的70%以上，開發(fā)潛力巨大。雅礱江、瀾滄江、黃河中上游等3條河流已在建比例在50%～70%之間，也有較大的發(fā)展?jié)摿Γ?］。在這些開發(fā)潛力較大的流域開展水電建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，一方面將為決策部門提供數(shù)據(jù)依據(jù)；另一方面也可以為流域水電開發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)保護(hù)措施提供技術(shù)支撐。

［1］汪恕誠(chéng).論大壩與生態(tài)［J］.水力發(fā)電，2004，30（4）：1-4.

［2］韓冬，方紅衛(wèi)，嚴(yán)秉忠，徐興亞.2013年中國(guó)水電發(fā)展現(xiàn)狀［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2014（10）：1-5.

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（責(zé)任編輯陳萍）

Study on Conceptual Model of Ecological Risk Assessment for Hydropower Development

XU Tianbao1，GU Hongbin2，WANG Weiying1，WU Cheng1，HAO Hongsheng1
（1.PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited，Kunming 650051，Yunnan，China；2.China Renewable Energy Engineering Institute，Beijing 100120，China）

The development of hydropower projects has direct and indirect impacts on ecological system.In order to quantitatively analyze the ecological risk caused by hydropower development，an operational calculation method is needed.By analyzing the impact mechanism on ecological system and summarizing foreign ecological risk assessment methods，the conceptual model of ecological risk assessment is established.The method can quantitatively analyze ecological risk.The application of model on ecological risk assessment of watershed hydropower development can provide data basis for decisionmaking and technical supports for the development of hydropower watershed ecological risk protection measures.

ecological risk；evaluation model；quantitative analysis；hydropower development

X820.4；TV741

A

0559-9342（2016）02-0001-03

2015-10-09

國(guó)家科技支撐計(jì)劃“十二五”重大項(xiàng)目（2011BAC09B07）

徐天寶（1982—），男，云南騰沖人，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作.