水利工程對生態(tài)環(huán)境影響后評價研究
——以石頭河水利工程為例

胥開芬

（鹽城市建湖縣恒濟水利管理服務站，江蘇 鹽城 224700）

1 概述

無論是從國民經(jīng)濟發(fā)展還是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)視角來說，水利都有非常重要的價值。而且水利工程項目的建設，對推動國家經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展和構建和諧社會也有非常重要的保障意義。雖然水資源可再生，但就當前人類可利用的水資源情況來說，水資源依然十分緊張。目前，我國水資源總量儲備較為豐富，但是人均水資源占有較少，且分布不均，為此也帶來了一系列問題[1]。由于這些問題的存在，給我國經(jīng)濟的發(fā)展帶來了一定制約。考慮到水資源人均占有量低及當前水資源對于經(jīng)濟發(fā)展、人類生存的重要意義，促使我們必須合理進行水資源利用及興建水利工程。

當水利工程為人們帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益的同時，河流的自然地理特征也正發(fā)生著改變，河流的生態(tài)服務功能、流域的生態(tài)環(huán)境狀況不可避免地遭到破壞。水利工程的興建常常是以犧牲其他資源為代價[2-5]。水利工程作為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，是綜合性的工程項目，往往涵蓋了防洪、發(fā)電、供水、灌溉、除澇、治漬、水土保持、養(yǎng)殖、通航以及旅游等多項功能，具有其他工程項目無法比擬的社會性。水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響是十分復雜的問題，涉及資源與環(huán)境、經(jīng)濟與社會、文化與道德等諸多領域。生態(tài)環(huán)境影響后評價是研究人類建設水利工程所產(chǎn)生的一系列生態(tài)環(huán)境變化以及對生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響[6-7]。對已建成水利工程的生態(tài)環(huán)境影響后評價研究，總結水利工程規(guī)劃設計、施工管理以及運行過程中的經(jīng)驗教訓，分析水利工程建設對生態(tài)環(huán)境的影響，對工程建成后的科學調(diào)度與運行等提出建議，達到將水利工程對環(huán)境和生態(tài)的影響降到最低程度的目標，為保持水利工程項目本身可持續(xù)發(fā)展反饋信息，以及為新建項目決策管理提供支撐，具有重要科學價值和現(xiàn)實意義。

2 FME-AHP耦合評價模型

本文是通過3種方法耦合的評價模型來對水利工程環(huán)境影響進行評價的，即模糊識別評價模型、物元評價法以及層次分析法3種方法建立的模型，建模流程如下：

（1）首先要進行水利工程生態(tài)環(huán)境影響后評價指標體系的構建，同時要實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境復合物元獲取。

進行自然、社會生態(tài)環(huán)境物元構建的方式如下：

其中n維物元即公式里的Rk，取值情況應該有k=1，2。1、2即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元。物元特征情況用C1，C2…Cn表述，對應的特征值為x1，x2…xn。系統(tǒng)內(nèi)共計有n個指標。

（2）評價等級標準構建方式。

對于評價等級設定來說，劃分模式主要有：

情況一：如果僅有K個門限值，即S1，S2，…Sk，那么在這里，不同門限值即對應等級聚類中心。

情況二：門限值的數(shù)量若是K+1個門限值，如S1，SK+1，此時門限值區(qū)間內(nèi)對應某一等級，也就是說[Si-1，Si]；具體在表1里做出了詳細的表述。

論文研究是基于第二種評價劃分來研究的?；谑^河流域現(xiàn)狀，以及國內(nèi)外在進行生態(tài)環(huán)境評價等級方面的劃分標準設立，水利工程就生態(tài)環(huán)境影響情況，對于指標的標準確立，設定了1～5共計5個等級，分別描述的是不利、較不利、無影響以及較有利、有利共計5個評價標準。詳細的評價等級及對應的判定標準在表2里進行了闡述。

表1 評價等級標準

表2 評價指標等級劃分標準

（3）進行隸屬度函數(shù)界定，從而完成對子系統(tǒng)內(nèi)不同指標隸屬度值的計算[8]。

（4）進行子系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元的建立，針對自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)，實現(xiàn)其指標相對5個等級模糊隸屬度復合物元的構建。

具體的構建方式如下列公式所描述：

在式（3）里，存在指標，其代表的是在子系統(tǒng)內(nèi)，不同指標就5個等級對應模糊隸屬度復合物元。取值情況應該有k=1，2。1、2即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元。第i個等級記為Mi，對應的取值則有i=1，2，...，m，m=5；第j項對應的特征用Cj來進行描述，j=1，2，...，n，這里的n描述的是在不同子系統(tǒng)里共計存在的指標數(shù)量。同時uij描述的是第j項指標隸屬于第i等級的模糊隸屬度值。

（5）對于子系統(tǒng)不同指標權重的計算是采取AHP法來實現(xiàn)的。

運用專家打分，結合不同子系統(tǒng)內(nèi)指標采取兩兩對比的方式，基于AHP法就能夠實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)內(nèi)存在指標權重的計算，則有Wk（w1，w2，...，wn），此時應該有k=1，2。1、2 即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元，這里的n描述的是在不同子系統(tǒng)里共計存在的指標數(shù)量。

（6）實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)隸屬度值的計算，在此基礎上完成生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元的構建。

論文在研究中，計算方式為求積、加和。采取這種計算方式能獲得更高的精準度。公式應該是：

式中：Hki代表的是位于第k位置子系統(tǒng)在第i等級對應的隸屬度值，取值為i=1，2，...，5。描述的是處于子系統(tǒng)里不同指標的對應權重，此時應該有k=1，2。1、2即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元，j=1，2，…，n。

基于此實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元的構建，對應的公式是：

式中：Hk描述的是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元，k=1，2。1、2即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元。

（7）實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)權重計算，采用AHP法進行。

運用專家打分，結合不同子系統(tǒng)內(nèi)指標采取兩兩對比的方式，基于AHP法就能夠實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)內(nèi)存在指標權重的計算，即W（w1，w2）。

（8）就生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)對5個等級加權隸屬度值計算，從而實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)加權模糊隸屬度物元的構建。

論文在研究上，計算方式為求積、加和。公式為：

式中：Hi代表的是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)對第i等級隸屬度值，對應取值情況為i=1，2，...，5 。子系統(tǒng)權重用Wk描述，此時應該有k=1，2。1、2即對應自然、社會生態(tài)環(huán)境物元。

基于此我們可以實現(xiàn)加權模糊隸屬度物元的構建，對應公式是：

Hi代表的是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)對第i等級隸屬度值，對應取值為i=1，2，...，5 。

基于對Hi大小的比對，最終獲取對應等級情況。在比對的過程中，其對應的最大隸屬度，實際上就是水利工程就生態(tài)環(huán)境影響的等級程度。

（9）綜合評價等級。

通過Hi大小的比對，最終獲取對應等級情況。在比對的過程中，其對應的最大隸屬度，實際上就是水利工程對生態(tài)環(huán)境影響的等級程度。

在進行影響程度等級的計算上，亦可借助以下公式展開：

歸屬的等級用G來描述，等級的數(shù)量為m。在本文研究中，m取值是5。

3 應用實例

基于本文提出的模型：模糊物元-層次分析藕合模型，接下來將結合石頭河水庫對生態(tài)環(huán)境的影響情況展開具體的影響分析和研究。

3.1 研究區(qū)概況

石頭河水庫在進行項目構建過程中，涵蓋了大壩樞紐的構建、水電站以及輸水渠道等項目的綜合構建。經(jīng)過項目建設，整個水庫對應的水域面積以及庫容量分別為320萬m2、1.47億m3，其中有效以及滯洪庫容分別為1.2億m3、0.31億m3。該水庫能夠實現(xiàn)2.7億m3的年調(diào)蓄水量。為此，該水庫的建設對于日常城鎮(zhèn)用水供應、灌溉、發(fā)電以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面都有重要的價值。

3.2 構建石頭河流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)物元

基于本文所提及的指標體系構建，實現(xiàn)石頭河流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)物元的構建。通過大量的資料整理和分析，基于設定的指標采取專家評分，從而獲取到表3中所描述的結果信息。

表3 水利工程對生態(tài)環(huán)境影響后評價指標特征值

其中R1、R2則指代的為自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)分別對應的物元。

3.3 建立評價等級標準

基于石頭河生態(tài)環(huán)境的分析，以及國內(nèi)外在進行生態(tài)環(huán)境評價等級方面的劃分標準設立，水利工程就生態(tài)環(huán)境影響情況，本文在進行等級標準的界定上最終確立采取百分制計算。對于指標的標準確立，設定了1～5共計5個等級，分別描述的是不利、較不利、無影響以及較有利、有利共計5個評價標準。詳細的評價等級及對應的判定標準在表4里進行了闡述。

3.4 AHP法確定權重

立足本文最終確立的相應評價指標，充分參考專家給出的意見，本文在進行子系統(tǒng)內(nèi)部不同

基于表3，可進行自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)物元的構建，對應的構建方程分別為：指標權重的計算上，應用AHP法實現(xiàn)。

基于專家對兩兩相對重要性的評估，在表5、表6里分別結合最終獲取的自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標對應的判斷矩陣情況，以及AHP法賦權情況進行了描述。

為此，我們能夠實現(xiàn)對自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對應指標C1～C10及C11～C16的權重獲取，

結果分別為：

表4 石頭河流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標對應等級及界定標準

表5 自然生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標構造矩陣及對應的權重信息

W1=（0.2935，0.0167，0.0225，0.0327，0.0492，0.0327，0.1269，0.1073，0.2137，0.1047）

W2=（0.4476，0.0318，0.2216，0.1444，0.0932，0.0614）

借助AHP方法能夠盡可能降低主觀性，實現(xiàn)客觀的描述?？紤]到?jīng)Q策者本身認知存在一定主觀程度，為此需要就實際問題成對比較矩陣進行一致性檢驗，具體的實現(xiàn)流程為：

（1）進行一致性指標CI的獲取

CI值所描述的是判斷矩陣A對應的非一致性嚴重性，其結果可借助下列公式獲?。?/p>

在式（11）中，判斷矩陣維數(shù)用n進行描述。

（2）計算相應的平均隨機一致性指標RI

在進行平均隨機一致性指標值的獲取上，一般是基于查表來獲得。在本文研究里，對于該值的獲取，是借助許樹伯的1～10階平均隨機一致性指標查詢而得。具體查表結果在表7里進行了呈現(xiàn)。

通常來說，如果通過計算獲得的結果是CR＜0.1，那么此時則可知矩陣能夠與CR契合。若最終獲取的計算結果是CR≥0.1，則二者不相符，此時需要進行指標的進一步修正，直至最終獲取的計算結果符合CR＜0.1。

運用Matlab工具展開計算，可知自然生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對應判斷矩陣最大特征值應該是λmax=10.6915，將該值代入公式，最終得到CI=0.0768，通過對表5的查詢，如果n=10，則RI=1.49，此時可知一致性比例CR=0.0516＜0.1，能夠符合一致性檢驗。

對于社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)而言，其對應的判斷矩陣最大特征值應該是λmax=6.2091，CI=0.0418，基于表5的查閱結果，如果n=6，此時可知RI=1.24，那么最終獲取的結果為CR=0.0337＜0.1，能夠契合一致性檢驗。

表6 社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標構造矩陣及對應的權重信息

表7 1～10階平均隨機一致性指標表

3.5 構建子系統(tǒng)模糊隸屬度物元

在進行計算時，基于正態(tài)型隸屬度函數(shù)，就自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)里存在的不同指標對應等級的隸屬度值情況進行了計算，具體的計算公式是：

（3）計算一致性比例CR

結合兩個指標CI、RI實現(xiàn)對隨機一致性比CR的獲取，對應的計算公式為：

編程應用Matlab進行，從而可實現(xiàn)如表8、表9描述的不同指標隸屬度值情況。

就同指標而言，其隸屬5個等級對應隸屬度值最終求和應該剛好為1，為此通過歸一化處理最終即可獲得表10、表11中描述的結果信息。

表8 自然生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標隸屬度對對應值

表9 社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標隸屬度對應值

表10 自然生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標歸一化隸屬度對應值

結合表10、表11，獲取自然以及社會生態(tài)環(huán)境各自子系統(tǒng)分別對應的模糊隸屬度復合物元，如下：

在上述的公式里，用R1、R2分別進行自然以及社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對應的模糊隸屬度復合物元。

表11 社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)不同指標歸一化隸屬度對應值

在權重計算上運營的是AHP法，最終獲取到自然以及社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對應的權重向量用W1、W2描述，則：

W1=（0.2935，0.0167，0.0225，0.0327，0.0492，0.0327，0.1269，0.1073，0.2137，0.1047）

W2=（0.4476，0.0318，0.2216，0.1444，0.0932，0.0614）

結合公式進行加權計算，最終獲得自然生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)模糊隸屬度物元，具體的計算公式是：

同理可獲取社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)模糊隸屬度物元，計算式為：

在上述的公式里，兩個指標H1、H2分別代表自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)模糊隸屬度物元。

3.6 構建生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度物元

結合上面的公式，可獲取生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元，表達式為：

通過AHP權重賦值，可知生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)子系統(tǒng)權重W=（0.6667，03333）。

同時，能夠獲取生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度物元，表達式為：

3.7 評價結果分析

結合上文里的公式，自然、社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境的影響分別是第三、第五等級，分別代表的是基本無影響以及存在有利影響。同時基于公式可就生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)對不同等級的隸屬情況做出判定。通過計算得到，第三、第二等級對應最大隸屬度值分別是0.4332、0.3453，代表的是石頭河水庫對生態(tài)環(huán)境影響為第三等級，同時略微偏向第二等級。

4 結語

本文提出了模糊物元-層次分析藕合模型（FME-AHP模型），并建立了石頭河流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)復合物元和評價等級標準，且根據(jù)AHP賦權法確定自然生態(tài)環(huán)子系統(tǒng)以及社會生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)中各指標的權重，以及兩個子系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的權重。通過采用正態(tài)型隸屬度函數(shù)，計算子系統(tǒng)中各指標對5個等級的隸屬度，建立子系統(tǒng)模糊隸屬度復合物元，通過對各指標以及子系統(tǒng)進行加權平均計算，得到石頭河流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模糊隸屬度物元，從而根據(jù)模糊隸屬度的大小來確定石頭河水庫對生態(tài)環(huán)境的影響程度，結果表明石頭河水庫對生態(tài)環(huán)境的影響處于第三等級（無影響），并偏向于第二等級（有較不利影響）。