基于压力-状态-响应框架的白鹤滩水电站工程生态效应评价

马　骏,朱敏杰

(河海大学商学院,江苏 南京　211100)



基于压力-状态-响应框架的白鹤滩水电站工程生态效应评价

马骏,朱敏杰

(河海大学商学院,江苏 南京211100)

摘要：基于当前国际流行的压力-状态-响应框架,以宁南县为评价区域,选取15项指标,建立白鹤滩水电站对宁南县生态效应评价指标体系。采用专家打分法与归一法相结合确定权重,利用宁南县2009—2013年统计年鉴与白鹤滩水电站建设规划等相关材料确定指标值,计算生态效应综合评价指数,并对各具体指标进行分析。研究结果表明,白鹤滩水电站建设对宁南县地区生态效应综合评价指数为0.170 3,处于正向影响但不明显的状态。

关键词：生态效应评价;压力-状态-响应框架;白鹤滩水电站;宁南县

水电作为一种清洁、可再生的能源已得到国际社会的广泛认可。水电站作为水电的主要来源,其建设、运营都会对所在地周边区域产生重要的影响。水电站工程对相关区域的影响主要包括两个方面:①经济影响。作为一项大型工程,水电站的建设和运营会给周边地区经济发展带来影响,如水电站建设时会促进建筑行业、建材产业等相关产业的发展,运营时通过能源的优势为能源密集型产业的发展提供土壤。②环境影响。一方面,水电站能保证可靠的水源、防洪排涝、改善鱼类等水生物的栖息环境,不产生温室气体和有害气体[1]。另一方面,水电站工程可能会对所在区域的生态环境产生负面影响,如改变局部气候条件,引起河流水文情势变化,导致河流局部断流、水体水质恶化、生物多样性减少、触发地质灾害,同时带来危害人类健康、征地移民、自然景观和文物古迹淹没等社会问题[2]。虽然水电站工程建设的生态效应表面上看是一个环境问题,但由于环境恶化与相关的民生问题会给区域经济可持续发展带来障碍,且治理环境也需要一定的成本,因此,研究水电站工程的环境效应在一定程度上也是经济问题。水电站工程生态效应评价作为水电站工程影响区域环境治理的先期研究,对了解当地环境状况、分析影响因素、确定治理方案等后期操作非常重要。

1生态效应评价理论综述

水电站工程作为大型工程,其生态效应由于涉及面广、影响因素多等特点,存在着模糊性与不确定性。国际上关于水电站工程的生态效应评价研究历史较长,在相关问题上取得了许多成果。Refsgaard等[3]采用一种整合了个体标准准则的评价模型来评价多瑙河流域水电站工程建设对地表水、农业及洪水等方面的影响;Manful等[4]在水文生态环境风险评价模型中引入了语言描述,同时扩充了指标体系,并用这一新模型对水电站工程影响下河马栖息地的变化进行了分析。目前生态效应评价已经成为水电站工程审批过程中不可或缺的一步,且被许多国家或地区纳入法律体系中[5]。

我国的水电站工程生态效应评价研究起步较晚,20世纪60年代建设的三门峡大坝产生了一系列环境与生态问题,引起学术界对关于水电站工程生态效应问题的关注。随着我国在水电站工程领域投入的资金越来越多,国内学者也越来越关注水电站工程的生态效应问题,特别是近几年出现的水电站工程环境影响评估,它是对水电站工程环境影响评价的检验和补充,并为工程后续环境保护措施的实施提供指导[6]。当前,国内专家学者主要采用模糊综合评价法、层次分析法、灰色关联分析、综合指数法等方法研究有关水电站工程生态效应问题。于艳新等[7]运用模糊综合评价法对大庆地区油田开发排水工程的生态环境风险进行了评价,并提出降低环境风险的措施;王华东等[8]运用层次分析法对南水北调中线工程中的生态环境风险进行了识别;翟国静[9]将灰色关联度分析引入水资源工程的环境评价中,并进行了实证研究。

表1　生态效应评价指标含义及计算方法

表2　生态效应评价指标体系

从已有研究可以看出,虽然与水电站工程生态效应相关的研究越来越多,但这些研究多数都停留在对单一风险因素的分析与管理阶段。实际上,在水电站工程的建设过程中,需要各相关产业相互配合,并涉及移民、水文、水质等方面,因此只有在生态效应评价时尽量多地考虑相关因素,才能最大限度地还原水电站工程建设过程中的生态效应。一般认为,水电站工程的生态效应是指水电站工程建设及建成后对自然界的生态破坏和生态修复两种效应的综合结果[10],据此,水电站工程生态效应评价应从正反两个方面进行考虑,并通过定量研究来体现。

不同的社会文明和经济发展阶段与不同的工农业生产水平对水电站建设有不同的需求,对生态环境的需求程度也不同。因此,随着社会经济的不断发展,生态环境也处在不断变化之中,呈现出动态发展的特征。本文在已有研究的基础上,通过建立生态效应评价指标体系,研究白鹤滩水电站建设对宁南县地区的生态效应影响情况。

2生态效应评价指标体系与模型的构建

2.1生态效应评价指标体系

水电站工程具有建设时间长、影响范围大、涉及因素多等特点,因此,水电站工程的生态效应评价指标体系是一个由若干相互关联的子系统组成的复合系统,各子系统中又有若干具有代表性的指标。根据这一特点,选择当前国际上最流行的指标体系——压力-状态-响应(PSR)框架对生态效应进行评价。图1为水电站工程影响下生态效应评价指标体系的压力-状态-响应概念框架。

图1　生态效应评价指标体系的压力-状态-响应概念框架

从压力-状态-响应概念框架出发进一步分析可知,状态指标主要用于描述水电站建设背景下的环境与社会经济状态,回答了发生了何种变化的问题;压力指标主要用于描述水电站在建设过程中对宁南县生态环境的影响,回答了为什么会发生这种变化的问题;响应指标主要用于描述对各种问题采取的政策与措施,回答了该做什么以及怎么做的问题。

评价指标体系的构建是生态效应评价的基础和关键。围绕压力-状态-响应框架,结合常本春等[11]的研究,建立水电站工程影响下的生态效应评价指标体系,见表1、表2。

在实际的评价过程中,必须将生态效应评价指标体系内涉及的各指标量化分级,即确定具体各指标的指标值。操作时,可将指标效应的正极大值1与负极大值-1之间划分为11个具体的指标值(±1,±0.8,±0.6,±0.4,±0.2,0)。每个指标根据其统计或计算后的数据确定其对应的指标值(或根据数据采用内插法确定指标值),则该指标值为各具体指标对应的效应。

2.2确定指标权重

指标权重的确定方法一般有主观赋权法与客观赋权法两种。主观赋权法主要包括专家打分法、Delphi法等;客观赋权法主要有熵权法、因子分析法、均方差法等。在实际应用过程中,主观赋权法确定权重的过程虽然较为主观,但一般都能基本反映评价指标间的相对重要性差异。

判断矩阵中各元素值一般采用五级定量法确定,即根据压力、状态、响应指标的重要性分为同等重要、稍重要、重要、很重要、特别重要,相应赋值为1、3、5、7、9,而2、4、6、8表示重要性标度之间的中间值。在实际应用过程中,往往是考量两个指标之间的相对重要性,如一个指标比另一个指标不重要等情况,此时,赋值应为上述数字的倒数,即1/3表示较不重要,1/5表示不重要,1/7表示很不重要,1/9表示特别不重要。

权重根据判断矩阵中各指标值计算,一般采用归一化的方法。先将判断矩阵中每一行指标值相乘得到连乘积,即

(1)

式中:aij为判断矩阵中各指标值。随后计算各连乘积的几何平均值,即

(2)

(3)

由此得到权重向量W=(W1,W2,W3)。权重向量中各元素即为判断矩阵以其行向量为基准计算出的权重。

为保证所计算的权重的准确性,必须对其进行一致性检验,一般通过计算一致性比率来判定:

(4)

式中:R为一致性比率;I为一致性指标;I为平均随机一致性指标,当n=3时,I=0.58;λmax为判断矩阵的最大特征值;n为判断矩阵阶数。

2.3建立生态效应评价模型

生态效应评价的最终结果可用生态效应综合评价指数来表示。生态效应综合评价指数(E)计算公式为

(5)

根据表1、表2生态效应评价指标体系与计算方法可知,生态效应综合评价指数取值范围为[-1,1]。指数越接近-1,表示负效应越大;反之则正效应越大。参照刘恒等[13]的评价方式,可将水电站建设工程生态效应综合评价指数划分成5级:一级,生态影响大,综合评价指数为±0.8～±1.0;二级,生态影响较大,综合评价指数为±0.6～±0.8;三级，生态影响中等,综合评价指数为±0.4～±0.6;四级,生态影响较小, 综合评价指数为±0.2～±0.4;五级,生态影响小,几乎无影响, 综合评价指数为-0.2～0.2。

3实证研究

3.1白鹤滩水电站建设对宁南县生态效应评价指标计算

图2　白鹤滩水电站地理位置与上下级水电站关系

白鹤滩水电站是金沙江下游4个梯级电站中的第2级,上接乌东德梯级电站,下邻溪洛渡梯级电站。坝址位于四川省宁南县和云南省巧家县的界河上。上游距巧家县城约41 km,距乌东德水电站约182 km;下游距溪洛渡水电站约195 km,距宜宾市河道里程约380 km。水电站控制流域面积43.03万km2,占金沙江以上流域面积的91%。水电站距昆明直线距离约260 km,至重庆、成都、贵阳直线距离均约400 km,到广州直线距离约1 150 km,到武汉直线距离约1 200 km,到上海直线距离约1 850 km。水电站正常蓄水位825 m,总库容206.27亿m3,调节库容104.36亿m3,防洪库容75亿m3,装机容量16 000 MW,多年平均发电量846.05亿kW·h。图2为白鹤滩水电站所处位置与上下级水电站关系。

根据被评价主体的实际情况建立相应的评价标准是进行生态效应评价的基础之一。白鹤滩水电站位于宁南县与巧家县境内,作为全国第二大水电站,其建设涉及经济、移民、生态、环境保护等多方面,对其进行生态效应评价而建立的评价标准必须力求全面。表1、表2所建立的评价体系虽然较为繁琐,但充分反映了水电站建设带来的各方面影响,因此,依照表1、表2所建立的指标体系与指标值确定方法,并根据宁南县统计年鉴等文献,建立白鹤滩水电站工程生态效应指标评价标准。由于表1指标体系中,工程施工压力、珍稀水生物存活状况以及人群健康状况这3个指标没有相应的计算方法,因此在实际操作过程中采用在实地调查的基础上,结合专家讨论的方法,得出相对客观的评价标准与指标值。评价标准与指标值见表3。

指标权重的确定是生态效应评价的又一基础性工作。本文通过专家打分法与经验判断相结合,根据宁南县2009—2013年统计年鉴相关数据,结合对白鹤滩水电站的实地调查,并征求多名环境科学、工程建设以及区域经济等领域专家的意见,建立判断矩阵,再采用归一化的方法计算出相应权重。具体的判断矩阵与相应权重计算结果见表4。

表3　白鹤滩水电站工程生态效应评价标准

表4　判断矩阵及权重

由表4计算可知,R=0.007 8<0.1,符合一致性检验要求,所以判断矩阵与权重可信度较高。在将所得权重应用到各具体指标时,采用平均分配的方法进行赋值,即各具体指标权重向量W见表5。

3.2指标计算结果分析

根据压力-状态-响应框架,计算出宁南县地区在白鹤滩水电站工程建设影响下的生态效应综合评价指数为0.170 3,处于-0.2～0.2的范围内,且为正,表明白鹤滩水电站工程对宁南县的生态环境有促进作用,但这种促进作用不明显。导致这种正向促进作用不明显的原因必须从各具体评价指标中进一步分析。

根据白鹤滩水电站建设规划与宁南县2009—2013年统计年鉴相关数据,按照表3的评价标准,采用插值法计算宁南县在白鹤滩水电站建设影响下的相应生态效应评价指标值,并根据上文得到的指标权重计算出单个指标的评价指数,再求和得到宁南县在白鹤滩水电站建设影响下的生态效应评价指数。最终计算结果见表5。

表5　宁南县生态效应评价指标值

在所有指标中,对宁南县地区生态环境正向促进作用最大的两个指标分别是生物多样性指数与河流水质达标率指标,表明白鹤滩水电站的建设对宁南县地区生物种群的繁衍生息起到了明显的保护作用,同时,水电站的建设对宁南县地区的水质也有很好的保护作用,这将进一步促进宁南县生态环境的改善。保护生态与水质也是白鹤滩水电站筹划过程中重点考虑的因素,压力-状态-响应框架分析结果与实际相符合。

对宁南县地区生态环境负向作用最大的两个指标分别是水土流失强度与人均耕地面积指标。水土流失是宁南县环境恶化的最主要的原因之一,白鹤滩水电站的建设一定程度上加剧了当地水土流失的程度。水电站建设会导致人口迁移、土地淹没等情况,从而使部分农民失去赖以生存的土地,如何使得失地农民找到合适的就业途径并最大限度地降低对生态环境的不利影响也是水电站建设过程中必须考虑的问题。

4结论

基于压力-状态-响应(PSR)框架,构建宁南县在白鹤滩水电站工程建设影响下的生态效应评价指标体系,计算生态效应综合评价指数,并对相应指标进行了具体分析。

a. 基于压力-状态-响应框架构建的生态效应评价体系,可以分析宁南县地区在白鹤滩水电站工程建设影响下的生态环境总体变化情况。可以看出,白鹤滩水电站的建设对宁南县地区生态环境总体上有正向的促进作用,但促进作用不明显,这是由于水电站仍处在建设阶段,尚未正式运营。建设过程在一定程度上会破坏当地环境。当白鹤滩水电站正式运营后,其在水电生产、环境保护等经济与环境方面的作用将逐步体现。

b. 建立生态效应评价指标体系是进行生态效应评价的基础和关键,围绕压力-状态-响应框架建立的25个具体指标的指标体系,从各个方面反映了白鹤滩水电站建设对宁南县生态变化的影响情况。从各个具体指标的分析情况看,生物多样性与河流水质的改善是白鹤滩水电站建设过程对宁南县生态改善的主要贡献方面,这是由于水电站建设前已经进行了移民工作,人类活动的减少使得生态得到改善。水土流失与人均耕地的减少是白鹤滩水电站建设对宁南县生态破坏最主要的两个方面,因此,在白鹤滩水电站继续建设以及今后运行过程中,必须加强科学管理,并投入足够的人力、物力、财力,最大限度地减少破坏环境的不利因素,发挥水电站的正面作用,为人民谋福祉。

参考文献：

[1] LIGGETT J A. What is hydraulic engineering? [J]. Journal of Hydraulic Engineering,2002,128(1):10-19.

[2] 曹晓萌,顾正华,刘国良. 基于PSR的农村水电生态环境影响评价体系研究[J].人民长江,2012,43(5):80-83.

[3] REFSGAARD J C,SORENSEN H R,MUCHA I,et al. An integrated model for the Danubian Lowland:Methodology and application [J]. Water Resources Management,1998,12(6):433-465.

[4] MANFUL D Y,KAULE G,van de GIESEN N. Application of a fuzzy logic approach for linking hydro-ecological simulation output to decision support[J]. IAHS-AISH Publication, 2007, 31(7):54-59.

[5] TULLOS D. Assessing the influence of environmental impact assessments on science and policy:an analysis of the Three Gorges Project[J]. Journal of Environmental Management,2012,16(2):1180-1192.

[6] 史云鹏,陈凯麒,包洪福.水电站工程环境影响后评价指标体系研究[J].中国农村水利水电,2013 (5): 161-163.

[7] 于艳新,陈家军,王红旗.大庆油田地区开发排水工程环境风险评价初探[J].应用生态学报,2001,12(2): 283-286.

[8] 王华东,王飞.南水北调中线水源工程环境风险评价[J]. 北京师范大学学报(自然科学版),1995,31(3): 410-414.

[9] 翟国静.灰色关联度分析在水资源工程环境影响评价中的应用[J].水利学报,1997(1):68-77.

[10] 孙宗风,董增川.水利工程的生态效应分析[J].水利水电技术,2004,35(4):508.

[11] 常本春,耿春华,刘翠善,等.水利水电站工程的生态效应评价指标体系[J].水利水电科技进展,2006,26(6):11-15.

[12] 马克平,刘玉明.生物群落多样性的测度方法I:α多样性的测度方法(下)[J]. 生物多样性,1994,2(4):231-239.

[13] 刘恒,耿雷华,陈晓燕.区域水资源可持续利用评价指标体系的建立[J].水科学进展,2003,14(3):265-270.

Ecological effect assessment of Baihetan Hydropower Station based on PSR model/

MA Jun, ZHU Minjie

(Business School, Hohai University, Nanjing 211100, China)

Abstract:Based on the current international popular pressure-state-response (PSR) analytical model, an evaluation system for the ecological effects of Baihetan Hydropower Station is established to assess Ningnan County by choosing 15 indices. The expert scoring method and the normalized method are employed to determine the weights. The values of various indices are determined according to the statistical yearbooks of Ningnan County from 2009 to 2013 and the related construction planning documents of Baihetan Hydropower Station. Finally, the values of the comprehensive indices for the ecological effects are calculated, and each specific index is analyzed. The results show that the value of the comprehensive index (E) for the ecological effects of the construction of Baihetan Hydropower Station is 0.1703, and it is in a positive state and but not obvious.

Key words:ecological effect assessment; pressure-state-response model; Baihetan Hydropower Station; Ningnan County

(收稿日期：2015-07-21编辑：胡新宇)

中图分类号：X826

文献标识码：A

文章编号：1003-9511(2016)02-0006-05

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.02.002

作者简介：马骏(1970—),男,江苏金湖人,副教授,博士，主要从事环境及自然资源经济、技术经济与循环经济等研究。E-mail:majun1807@163.com

基金项目：江苏省社会科学基金(12EYB008);江苏省博士后基金(1202087C)