基于模糊物元的楊梅山水庫環(huán)境影響與社會經(jīng)濟效益評價

摘要：水庫建設(shè)在提供水資源保障的同時，也對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了潛在影響。為科學評估水庫運行的環(huán)境影響，文章基于模糊物元理論和組合賦權(quán)方法，構(gòu)建了多層次的后評價模型，對楊梅山水庫的水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會經(jīng)濟環(huán)境及環(huán)境管理等方面進行了綜合分析。評價結(jié)果表明，水庫的總體環(huán)境影響處于“良好”水平，說明現(xiàn)有的環(huán)境管理措施較為有效，且水庫運行帶來了顯著的社會經(jīng)濟效益。研究結(jié)果為水庫的可持續(xù)管理及類似水利工程的環(huán)境保護提供了科學依據(jù)和實踐參考。

關(guān)鍵詞：楊梅山水庫；環(huán)境影響；社會經(jīng)濟效益；模糊物元模型；組合賦權(quán)

一、引言

水庫是國家水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分，既能有效保障防洪、灌溉、供水和發(fā)電的需求，又對區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了顯著推動作用。然而，水庫建設(shè)也可能對生態(tài)環(huán)境造成負面影響，如水質(zhì)惡化和生物多樣性下降等。為此，環(huán)境影響后評價成為保障水庫工程適應性和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。楊梅山水庫通過改善農(nóng)業(yè)灌溉、支持生態(tài)旅游及提升地方經(jīng)濟水平，展現(xiàn)了顯著的環(huán)境與經(jīng)濟效益。本研究結(jié)合模糊物元模型，綜合評價楊梅山水庫的環(huán)境影響與社會經(jīng)濟效益，為水利工程的可持續(xù)管理提供科學依據(jù)。

國內(nèi)外學者在水庫環(huán)境影響評價領(lǐng)域已有豐富研究。國外研究多集中于生態(tài)系統(tǒng)變化、污染物擴散模型構(gòu)建等方面，通過生態(tài)模型與統(tǒng)計分析評估水庫對環(huán)境的長期影響。如Waldo等學者的研究關(guān)注大型水庫的溫室氣體排放，指出水庫淹沒區(qū)的有機物分解對碳排放的貢獻顯著，提出了改進的水質(zhì)評價模型。在國內(nèi)，近年來研究更多結(jié)合本土生態(tài)特點，重視多維評價和多方法綜合運用的創(chuàng)新。孟建佛等的研究利用改進層次分析法構(gòu)建了小水電生態(tài)環(huán)境影響評價模型，通過優(yōu)化指標權(quán)重分配，提高了評價的科學性和準確性，為小水電項目的生態(tài)環(huán)境管理提供了有效依據(jù)。王力磊的研究構(gòu)建了基于模糊評價模型的跨流域調(diào)水生態(tài)環(huán)境影響評價方法，通過多維指標和不確定性處理，提供了有效評估調(diào)水工程生態(tài)影響的工具。在后評價方法上，模糊物元理論因其在處理模糊性方面的有效性，逐漸成為評價水利工程環(huán)境影響的常用方法。

由于傳統(tǒng)的評價方法難以充分體現(xiàn)環(huán)境因素的模糊性特征，本文基于模糊物元理論，結(jié)合楊梅山水庫的實際情況，構(gòu)建了后評價指標體系，從多角度對該項目進行了綜合后評價，旨在為水庫類工程的環(huán)境管理和影響控制提供科學、可行的理論支持和實踐指導。

二、水庫概況及后評價指標體系

（一）水庫概況

楊梅山水庫位于西山區(qū)碧雞鎮(zhèn)黑蕎母村，距昆明市區(qū)約25公里，有公路通往，交通便利。水庫控制流域面積3.68km2，水庫正常蓄水位1952.5m，總庫容100.37萬m3。工程建設(shè)主要解決飲水和灌溉的問題，并通過修建具有一定調(diào)節(jié)性能的蓄水工程，提高當?shù)厮垂こ坦┧芰?，為位于水庫壩址附近的云南省大型生態(tài)旅游項目之一的世界蝴蝶生態(tài)園提供用水保障。

（二）構(gòu)建后評價指標體系

為全面、系統(tǒng)地評估楊梅山水庫對生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟效應的影響，本研究基于科學性、系統(tǒng)性和可操作性原則，構(gòu)建了多層次的后評價指標體系。該體系涵蓋了水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會與經(jīng)濟效益以及環(huán)境管理與監(jiān)測等多個方面，力圖通過細致的指標分層對水庫建設(shè)和運營過程中可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進行全方位評估。每個指標的選取均結(jié)合現(xiàn)有的環(huán)境保護技術(shù)規(guī)范和相關(guān)研究成果，以確保該體系在實際應用中具有良好的科學性和可操作性。指標體系見表1。

三、水庫環(huán)境影響與社會經(jīng)濟效益后評價模型

基于已建好的評價體系，通過AHP-熵權(quán)-相對熵組合賦權(quán)方法，結(jié)合楊梅山水庫實際經(jīng)濟貢獻數(shù)據(jù)，將經(jīng)濟效益指標權(quán)重設(shè)定為重點評估維度，確保模型充分反映水庫對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的實際拉動作用。

（一）相對熵求解組合權(quán)重

若xi，yi≥0，i=1，2，…，n，且1=xi≥yi，則稱h（x，y）=xilog為x相對于y的相對熵。相對熵可作為x，y距離測度。定義任意兩個權(quán)向量ui和uj，i，j=1，2，…，p，則ui和uj的相對熵h（ui，uj）=∑ui1log。通過以下數(shù)學規(guī)劃，可以求得由m 種賦權(quán)方法綜合得到的權(quán)重d*=（d，d，…，d）。

minH（d）=

d

log

s.t.

d=1，

u≥0，i∈M

（1）

模型（1）有全局最優(yōu)解d*=（d，d，…，d），其中：

d=，i=1，2，…，m（2）

假設(shè)通過p種賦權(quán)方法，得到權(quán)重向量uk=（uk1，uk2，…，ukm），k=1，2，…，p，利用模型（1）得到集結(jié)權(quán)重d*=（d，d，…，d），并計算ui與集結(jié)權(quán)重d*的貼近度h（ui，d*），根據(jù)計算所得的貼近度，可以進一步計算各賦權(quán)結(jié)果的可信度，可信度權(quán)重可表示為：

αi=，i=1，2，…，p（3）

因此，組合權(quán)重w=∑αiuki，i∈M。

（二）模糊物元評價模型求解

在物元中，如果量值具有模糊性，則可用一個由“事物、特征和模糊量值”構(gòu)成的有序三元組來描述，這種物元被稱為模糊物元。那么m個事物的n維模糊物元記為：

Rnm=M

M

…

M

C

μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）

C

μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）

┆" " "┆" " " "┆" " " "┆" " "┆

C" μ

（x

）" μ

（x

）" …

μ（x

）（4）

式中，Rmn表示m個事物的n維模糊復合物元；Mj=（j=1，2，…，m）為第j個事物的第i個特征相應量值的隸屬度（j=1，2，…，m；i=1，2，…，n）；j、i分別表示的是事物的序號和事物特征的序號，即物元的維數(shù)。評價等級Mj對應的評價指標Ci的量值范圍被定義為經(jīng)典域物元，即：

Rj=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（5）

若Rp表示的是評價等級的全體，xp=（api，bpi）為Rp關(guān)于Ci對應的量值范圍，則節(jié)域物元為：

Rp=C

（

a，

b）

C

（

a，

b）

┆ ┆

C

（

a，

b）（6）

以下為模糊物元評價模型的步驟：

（1）確定評價的模糊符合物元。

Rn=" " " "Mj

C

x11

┆ ┆

C1p x1p

┆ ┆

C

xn1

Cnp" "xnp（7）

其中，Mj為第j個等級；Ci為第j個等級的第i項主因素；Cik是Mj的第i項主因素中的第k個次因素；xik為與Cik相對應的值表示（i=1，2，…，n；k=1，2，…，p）。

（2）確定評價指標的隸屬度物元。

Rnm=" " " M1 M2 … Mm

C

μ111 μ211 … μm11

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ11p μ21p … μm1p

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ1n1 μ2n1 … μnn1

┆ ┆" " ┆" " ┆" "┆

C

μ1np μ2np … μnnp（8）

其中，μjik是xik對第j個等級的隸屬度。

環(huán)境監(jiān)測值往往呈現(xiàn)出較強的離散型，因此當監(jiān)測次數(shù)過多時，可近似認為對于同一指標的隸屬度而言，對環(huán)境進行監(jiān)測的數(shù)據(jù)是具有規(guī)律性的，符合正態(tài)分布，即：

μ（x）=exp-（

）（9）

由式（9）可得，當x=p時，μ（x）=1，即max（μ（x））=μ（p）。明顯地，p對應Mj的經(jīng)典域物元量值范圍的平均值：

p=（a+b）/2（10）

此外，（a，b）的邊界值對應的兩種等級的隸屬度相同，因此有：

exp-

≈0.5

q=|a-b|/1.665，該隸屬度可根據(jù)式（9）求得。

（3）確定指標權(quán)重物元。可分別構(gòu)建主、次因素權(quán)重物元R和R：

R=" " "C

… C

…

C …

C

w w

… w

…

w …

w（11）

R=C

C

…

C

w" w

w2 …

w （12）

式中，w為每等級第i項主因素所屬的第k項因素的權(quán)重；wi則是每一等級第i項主因素的權(quán)重。

（4）計算評價模型中的加權(quán)模糊復合物元Rb：

M

M

M

b

b

=

w

μ b

=

w

μ … b

=

w

μ

b

b

=

w

μ b

=

w

μ" … b

=

w

μ

┆ " ┆" " " " " " "┆" " " " " " " " " " "┆

b

b

=

w

μ b

=

w

μ … b

=

w

μ（13）

（5）計算準則層的模糊復合物元Rx：

Rx= M

M

M

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b

┆" " "┆" " " " ┆" " " " " " " ┆

x

x

=w

b

x

=w

b

…

x=w

b（14）

（6）確定綜合評價模糊復合物元：

d=（

x+

x+…+

x）/n

d=max（

x，

x，…，

x）

d=min（

x，

x，…，

x）j=1，2，…，m（15）

可得模糊符合物元Rd：

Rd=" " "M

M …

M

d d

d

…

d

d d

d

…

d

d d

d

…

d（16）

設(shè)RD為綜合評價模糊復合物元，即：

RD=Mj" "M

M …

M

d" "d

d

…

d（17）

其中

dj=dji j=1，2，…，m

djmax所對應的等級Mj即為該環(huán)境影響對應等級。

四、后模糊物元綜合評價

（一）評價指標的隸屬度物元的確定

為確定該項目中的評價指標的權(quán)重，本研究邀請4位具有豐富現(xiàn)場經(jīng)驗的專家學者進行評分。首先，將評價指標的等級標準代入公式（10）計算出p和q的值。其次，應該將p、q值與專家評分代入公式（9）。最后，得到每個等級評價指標的隸屬函數(shù)μ（z）值，即隸屬度。據(jù)此，得出各級評價指標的隸屬度物元，以下為水環(huán)境的隸屬度物元。

R=" " " M1" " M2" "M3" " M4" " M5

A1 0.005 0.862 0.599 0.462 0.254

A2 0.006 0.882 0.654 0.529 0.337

A3 0.033 0.283 0.063 0.195 0.421

同理可以得到準則層其他指標的隸屬度物元。

（二）相對熵組合賦權(quán)法確定權(quán)重

首先根據(jù)專家打分的數(shù)據(jù)，分別利用層次分析法（AHP）和熵權(quán)法獲得水環(huán)境層下三個指標的主觀權(quán)重w=（0.221，0.352，0.427），客觀權(quán)重w=（0.317，0.335，0.348）。由公式（1）～（3）可得：

α1==0.468

α2==0.532

組合權(quán)重為：

w=α1w+α2w=（0.272，0.343，0.385）

因此，水環(huán)境的評價指標權(quán)重物元為

R=" " " " A1" " "A2" " "A3

W" 0.272" 0.343" 0.385

主因素層評價指標權(quán)重物元為：

R=" " " " A

W" 0.293

同樣地，可以得到其他準則層的指標權(quán)重物元。

（三）環(huán)境影響與社會經(jīng)濟效益后綜合評價

根據(jù)公式（14）、（15）和（16）可分別得所有次因素層（指標層）的模糊復合物元Rb、主因素層（準則層）的模糊復合物元RX和綜合評價模糊復合物元RD。其中，RD結(jié)果顯示為：

RD=" " M1" " "M2" " M3" "M4" " M5

d 0.035 0.018 0.046 0.082 0.030

從而，可得，djmax=d4，因此根據(jù)最大隸屬度的判斷原則，水庫環(huán)境影響對應的環(huán)境影響與社會經(jīng)濟效益等級為良（M4），K*=0.082。

五、結(jié)語

本研究結(jié)合楊梅山水庫的實際工程概況，構(gòu)建了楊梅山水庫環(huán)境影響的后評價模型，通過對水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤與水土保持、社會經(jīng)濟環(huán)境以及環(huán)境管理等方面的綜合評價，系統(tǒng)分析了水庫運行對周邊生態(tài)系統(tǒng)的多維度影響。主要結(jié)論如下：

第一，該水庫工程對周圍環(huán)境的影響程度被評定為“良好”等級，即整體上未對周邊生態(tài)環(huán)境造成顯著的不利影響。

第二，評價結(jié)果與水庫運行以來的實際監(jiān)測情況基本一致，能夠客觀、全面地反映其實際環(huán)境狀況，表明所采用的模糊物元評價方法具有良好的適用性和可行性。

第三，影響水庫環(huán)境影響后評價的因素較多，各因素之間存在復雜的相互關(guān)系。本研究由于數(shù)據(jù)資料的限制，未能將社會經(jīng)濟等因素納入全面分析。因此，未來研究中需要不斷完善指標體系，綜合考慮社會經(jīng)濟、生態(tài)系統(tǒng)及自然資源等多方面的影響，采用更加科學、系統(tǒng)的理論方法對指標要素的相互關(guān)系進行分析，以進一步提升評價結(jié)果的可靠性和準確性。

綜合而言，楊梅山水庫不僅在環(huán)境保護方面表現(xiàn)良好，還通過提高農(nóng)業(yè)灌溉能力、支持生態(tài)旅游發(fā)展等多種方式，顯著推動了地方經(jīng)濟增長。

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（作者單位：朱蓉蓉，昆明理工大學建筑工程學院、昆明市西山區(qū)水務局；李國良，昆明理工大學建筑工程學院）