沅水流域梯级开发下游段环境影响评价

2015-12-15殷国仕刘华平王勇泽

水利规划与设计 2015年5期

关键词：沅水水电工程评判

殷国仕，刘华平，王勇泽

（湖南水利水电职业技术学院，湖南长沙410131）

沅水流域梯级开发下游段环境影响评价

殷国仕，刘华平，王勇泽

（湖南水利水电职业技术学院，湖南长沙410131）

水能资源不耗费水资源量，不会带来环境污染，得到了各国的大力推崇。我国地势条件独特，水能资源丰富，为我国经济发展起到了推动作用，有利于经济的健康可持续发展。然而，水电工程带来巨大效益的同时，也带来了较多的环境问题，制约了河流生态系统的健康发展。流域梯级开发的环境影响具有累积性和系统性，单个工程的评价不能代替流域的环境影响评价。因此，需要在单个工程环境影响评价的基础上进行综合分析，对区域环境质量有一个更为准确的分析，本文基于沅水流域下游段为例，进行了梯级开发环境影响评价模型的构建，并进行了模型验证，结果与实际情况较为贴近。

环境影响评价；指标体系；综合评价模型；沅水流域

1 流域概况

沅水是长江第三大支流，也是洞庭湖水系湘、资、沅、澧四水中水量最大、水能资源蕴藏量最丰富的河流。沅水发源于贵州省都匀县的云雾山和麻江县的平越山。沅水流域覆盖湘西、黔东、渝东与鄂西部分地区，流域南北长而东西窄略呈自西南斜向东北的矩形。总流域面积90000km2，其中：湖南省占57.3%，贵州省占34.1%，重庆和湖北共占8.6%。流域属东亚季风区，为亚热带季风气候，流域内温湿多雨，四季分明，多年平均气温在14.3℃～17.2℃之间，有自西向东递增的趋势，极端最低气温在-6℃以下（一月份），极端最高气温为42.5℃（八月份）。流域降雨受季风和地形影响，一般以南部和北部山区的降水量较多，中部偏西地区降水量较少，多年平均降水量为1090～1506m m。

2 环境影响评价指标体系

环境影响分析中，评价指标至关重要［1］。一个科学合理的评价指标体系应该是自然环境和社会环境各环境因子综合的系统，其构成决定了评价结果的合理性和准确性。

沅水流域梯级水电开发环境影响研究范围广，影响因素多，建立一个具备科学性、技术性、综合性及实用性的指标体系是一项复杂而又繁琐的工作［2-4］。环境评价指标体系的建立一般要初步分析、专家咨询和最终确定三个阶段。

本文中评价指标体系的构建遵循了科学性、实用性和独立性等原则，从整体触发并进行分解，最终确定评价指标体系。

3 评价模型

由于梯级开发的层次性和模糊性，正是基于这种特点，本文以层次分析法和模糊理论为基础，构建了一个多级综合评价模型。其思路是现将整体进行逐层分解，然后自下而上进行分析评价。本文将沅水流域上、中、下三段，各段包含若干水电工程，先对单项工程对环境因子的影响进行评价，然后评价各段工程对该河段环境的影响，最后综合各区域得到区域环境影响［5］，生态因环境因子化分具体见图1。

3.1 评价范围

沅水流域生态系统是一个复合的大系统，梯级水电工程对流域环境的影响广泛而深刻，如果笼统地以整个流域为研究对象，其评价结果缺乏一定的准确性，不能真实地反映水电工程对某些小区域的影响程度。沅水流域梯级开发分为3个小区域：上游段：托口水电站（大型）；中游段：洪江水电站（中型）、安江水电站（中型）、铜湾水电站（中型）、清水塘水电站（中型）、大伏滩水电站（中型）、渔潭水电站（中型）；下游段：五强溪水电站（大型）、凌津滩水电站（大型）。

本研究以沅水流域梯级水电工程在湖南省境内下游段的范围作为研究区域。

图1 生态环境因子

3.2 水平年选择

由于各段水电工程建成和投产的时间不同，流域梯级水电开发造成的环境影响具有动态性和可变性。因此提及水电开发环境影响评价需要选取一个基准年来进行，本次研究选取了电站全部投产的2020年作为评价基准年。

3.3 评价模型

3.3.1 各个水电工程对环境因子影响隶属度和权值计算

（1）隶属度分析

单个工程环境影响质量的确定取决于各环境因子对环境质量等级的隶属度，隶属度的确定思路是将收集到基本数据进行标准化处理，通过特尔斐法来进行处理［6］。本次研究通过专家咨询和打分的方法初步确定各环境因子的隶属度。

其中，i=1，2，…n，j=1，2，…m。rij为各指标对评语级的隶属程度。

（2）各指标权值计算

各因子对上级环境质量的影响程度不同，必须赋予一定的权值Wi。Wi的确定采用改进的层次分析法来确定。

3.3.2 各层次模糊综合评价

流域梯级水电开发环境影响是多层次多因素的评价模型，需要逐层进行计算［5］。

（1）评价指标对环境因子的影响

多级模糊综合评价模型采用求积再求和的方法，其信息损失量少，具有较高的评价精度。

式中：Ei——指标体系中D级评价指标对相应

C级生态环境因素的影响程度；

Ri——单个评价指标对不同评价等级的隶属度；

Wi——环境因子权重；

n——环境因子总数。

（2）环境因素对工程区域的环境影响

根据上步可以得到个环境因素对各工程的环境影响，在此基础上，对各河段的环境质量进行分析评价，构建二级评价矩阵，则对第P工程有：

式中：Ep——P工程环境影响综合评价集；

Ej——各个环境因素对不同评价等级的隶属度；

Wj——环境因素权重；

m——环境因子总数。

（3）环境影响综合评价

根据第二步的计算得到的是各工程的环境影响评价结果，然后根据各河段不同工程的环境质量状况，对其进行加权计算，得到河段的环境质量值，三级评价模型为：

式中：E——区域环境影响综合评价；

Ep——各工程对不同评价等级的隶属度；

Wk——各工程权重；

I——工程数。

4 沅水流域下游段环境影响评价

根据上节中构建的多级环境评价模型，以沅水流域下游段为例进行了模型验证，从底层到高层进行了评价。

4.1 三级评价单元

4.1.1 确定综合权重

根据改进的层次分析法，咨询专家意见进行评判矩阵的构建。水文泥沙子系统判断矩阵见表1：

表1 水文泥沙系统评判矩阵

将评判矩阵录入m a t l a b，得出矩阵的最大特征值及其特征向量，即权重w l，见表1。从表中的C I和C R值可以看出，水文泥沙矩阵具有较好的一致性。其他环境系统评判矩阵的构建同上。

4.1.2 确定子系统的隶属度向量

根据沅水流域下游段环境资料，对各因子数据进行了标准化处理，得出了工程前后的环境质量标准值，见表2。

表2 水文泥沙环境质量指标及权重

同理，可以得出各个评判因子的生态环境质量指标值和各生态环境子系统的环境指标值。

通过对各子系统的权重和因子指标值进行期望值分析，得出各个子系统的期望值，见表3。

表3 各个子系统期望值

4.2 二级评判系统

4.2.1 评价权重、系统期望值确定

本文划分了5个评判等级（各层次评判等级相同）：极不利影响、不利影响、一般影响、较有利影响、有利影响）。评判等级的标准向量为。v=（v 1， v 2，v 3，v 4，v 5）=（0，0.3，0.5，0.7，1.0）。

（1）确定权重

同样，根据专家打分确定权重。两个水电工程环境子系统评判矩阵、可靠度矩阵见表4和表5。

表4 五强溪水电站自然环境系统评判矩阵及特征向量

表5 凌津滩水电站自然环境系统评判矩阵及特征向量

把2个表中的数据输入程序，即可求出自然环境系统影响因子的综合权重，2个电站的权重系数见表6。

表6 各子系统的期望值

判断矩阵构造完成后，需要对其进行一致性检验。

2个电站的C R均小于0.1，因而认为该评判矩阵具有满意的一致性。

（2）确定环境子系统期望值

将前一单元计算出来的生态环境影响期望值、上一步计算出来的综合权重W（表6）以及评判等级V输入程序，计算出自然环境系统隶属于各等级影响的隶属度向量，五强溪的隶属度为0.54，凌津滩为0.56。

4.2.2 环境因子、各工程及各区域权重确定

（1）利用层次分析法将前面建立的环境影响因素、水电工程做两两比较，在综合多个专家的意见后，列出了各因素、各工程和各区域的判断矩阵，见表7。

表7 下游两个水电工程判断矩阵

（2）一致性检验

通过计算得出下游2个水电站判断矩阵的最大特征值为2，根据式和查表得出的R I值，可以计算出每个矩阵的一致性比率C R值（C R =C I/R I），为0，均小于0.10，各矩阵均具有完全一致性。

（3）各指标权重的确定

下游2个水电工程判断矩阵归一化的特征向量，b=（0.4，0.6）。

4.3 区域环境影响评价

将上节中计算出的下游五强溪和凌津滩水电站的隶属度和权重代入程序，计算出下游区域环境特征值，其值为0.552。根据五个评判等级（各层次评判等级相同）：极不利影响、不利影响、一般影响、较有利影响、有利影响）。评判等级的标准向量为v=（v 1，v 2，v 3，v 4，v 5）=（0，0.3，0.5，0.7，1.0）。可以看出沅水下游区域环境评价综合值位于V 3和V 4之间，属于一般影响，工程对区域造成的环境影响较小。