水电工程建设生态风险评价概念模型研究

徐天宝，顾洪宾，王伟营，吴　程，郝红升

环保与移民

水电工程建设生态风险评价概念模型研究

徐天宝1，顾洪宾2，王伟营1，吴程1，郝红升1

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650051；2.水电水利规划设计总院，北京100120）

水电工程建设通过直接的和间接的作用，影响了生态系统内部的稳定性，存在一定生态风险。为定量分析水电工程建设的生态风险，需要构建一套可操作的计算方法。为此，归纳借鉴国外生态风险评价的方法，结合水电工程建设对生态系统的影响机理，从影响和受体两个方面的相互作用出发，构建了水电建设生态风险评价概念模型。该模型可以定量分析水电工程的生态风险大小，可操作性强；其用于流域水电开发生态风险评价，可为决策部门提供数据依据，也可以为流域水电开发生态风险保护措施提供技术支撑。

生态风险；评价模型；定量分析；水电工程建设

0　引言

水电工程建设通过施工和淹没占地、电站运行、大坝阻隔、移民等行为，改变工程区生命和非生命系统状态，以直接或间接等多种影响途径作用于生态系统，改变了生态系统内部的稳定性，存在一定的生态风险［1］。为分析水电建设的生态风险，本文将构建生态风险概念模型，为定量分析水电建设生态风险提供了一种有效的方法。我国水能资源丰富，主要集中在长江、金沙江、雅砻江、大渡河、乌江、澜沧江、黄河、怒江、红水河和雅鲁藏布江等十大流域，总装机容量3.7亿kW，占全国技术可开发装机容量的55.5%［2］。研究水电工程建设生态风险评价，对水电工程有序开发，保护生态环境具有重要的意义［3］。

1　生态风险评价研究概况

生态风险评价就是利用生态学、地理学、生物学、数学等多学科手段，分析和评价具有不确定性的灾害或事件对生态系统及其组分可能造成的损伤［4］。在本质上，生态风险分析是评估一个或多个风险源在暴露过程中对生态系统所带来的负面效应的可能性和危害程度。其目的是为生态风险管理提供理论和技术支持［4-6］。因其有效整合了学术研究、政策制定和生态环境管理，而越来越多地应用于生态环境问题的实际解决上，促使生态风险评价在较短时间内有了长足进步。其主要表现在风险源从单一风险源扩展到多风险源，风险受体也从单一受体发展到多受体，且评价尺度也从种群、生态系统扩展到区域和景观水平［7-8］。

目前，生态风险评价已进入区域生态风险评价阶段。Hunsaker等在1990年发表了一篇重要文章，阐述了如何将生态风险评价应用到区域景观层面，由此阐明了区域生态风险评价的基本概念和未来发展方向。在这一阶段，大尺度的生态风险评价多基于EPA的指导方针［5，9-10］。ORNL研究组对美国田纳西州Clinch river流域开展的系列生态风险研究工作及Cormier等（1999）对美国俄亥俄州Big Darby River流域进行的风险评价等案例均说明，区域生态风险评价是可能的。此后，地理学、数学、灾害学、地理信息系统学等多学科技术和理论的渗透，为区域生态风险评价分析方法增添了新的增长点，增强了生态风险评价在空间分析上的能力，以支撑不同受体、不同压力因子在多尺度上的有效组合，从而加速了生态风险评价的发展，促使区域生态风险评价理论体系不断完善［10］。

2　水电工程建设生态风险内涵

目前，从不同角度出发，对生态风险评价定义多种多样，但其内涵大同小异。生态风险评价大致可归纳为：评价环境污染、生态破坏或自然灾害等各种不利因素对生态系统结构和功能等产生负面作用的可能性和危害程度的过程。

水电工程生态风险主要是既定风险源（水电工程）通过多途径直接或间接作用于风险受体（生态系统），其产生的风险大小与影响途径的作用方式、作用强度及受体敏感性密切相关。因而，水电工程生态风险评价属于既定风险源（即水电工程）的区域生态风险评价。它是指描述和评估水电工程通过多种途径直接或间接对流域复合生态系统产生不利作用的可能性和大小的过程，目的是为生态风险区划与风险管理提供理论和技术支持。其中，水电工程影响途径主要包括主体工程施工、移民安置、大坝阻隔、水库淹没和电站运行等影响途径。

3　水电工程建设生态风险评价概念模型构建

本文在识别水电工程单一生态风险源及其作用方式和影响途径的基础上，结合流域复合生态系统特征（尤其是流域面山河谷区生态系统敏感性和人文系统特殊性），构建水电工程生态风险评价层次，详见表1。

表1　水电工程生态风险评价层次

采用水电工程建设对生态系统的影响来表征发生事故概率的大小，如果对生态系统影响较大，那么发生事故的概率也较大；采用生态系统受体的特征来表征生态系统在发生影响事故时的损失，如果生态受体比较敏感，那么发生事故时的损失也较大。事故概率大小与发生事故时的损失的乘积即为水电开发生态风险。因此，水电开发生态风险可用水电工程建设对生态系统影响与生态系统受体特征的乘积来表征。即，水电站建设生态风险概念模型

式中，r为水电站建设生态风险；h为水电建设生态影响；j为生态受体敏感性。

4　水电工程建设生态风险评价概念模型的分析

4.1水电工程建设生态影响分析

本文采用水电工程建设对生态系统的影响来表征发生事故概率的大小，可以通过专家打分或查阅文献资料的方法获取相应的事故概率。如，水电站建设之后造成了水温变化，那么采用专家打分的方式确定：水温变化4℃以上，对应的事故概率为0.9；水温变化3℃以上，对应的事故概率为0.8；水温变化2℃以上，对应的事故概率为0.7；水温变化1℃以上，对应的事故概率为0.5；水温无变化，对应的事故概率为0。其他大坝阻隔影响、水库淹没影响，也可采用同样的方法处理。

4.2生态受体敏感性分析

采用生态系统受体的特征来表征生态系统在发生影响事故时的损失，同样可通过专家打分或查阅文献资料的方法获取相应的事故损失数据。例如，评价区内如果有珍稀保护鱼类分布，那么其事故损失取值就较大；反之，则损失值较小。

4.3构建水电工程生态风险矩阵

依据水电站建设生态风险概念模型，将表1中水电建设的多种影响和评价区内多种生态受体结合，得到水电工程生态风险矩阵R。水电建设中不会造成相互作用的影响和生态受体，其对应的项为零。

4.4水电站建设权重列向量

水电站建设对影响层（大坝阻隔、水质变化、水温变化、水位变化、流速变化和水库淹没）等产生不同的程度的影响。因此，本文引入水电站建设权重列向量E，用于表征水电站建设各类影响的程度。即

4.5生态效应权重行向量

评价区生态系统中包含关键鱼类、鱼类洄游通道、鱼类栖息地、关键植物物种、关键植物生境、关键动物物种、关键动物生境、生态敏感区、重要自然景观、地质灾害和文化古迹等11项生态受体。为表征不同生态受体在整个生态系统中的重要性，本文引入了生态效应权重行向量

4.6水电站建设综合生态风险值

最终，评价区内水电建设综合生态风险值的计算公式为

水电站建设综合生态风险值ER可用于评价流域水电站建设的生态风险大小。决策部门可以根据该风险值的大小进行决策，并分析降低水电站建设生态风险的途径。

5　结论和展望

（1）目前，针对水电工程建设的生态风险评价研究刚刚开始，还没有成熟和统一的计算方法。本文从水电工程对生态系统的作用机理出发，构建了生态风险概念模型，并提供了一套完整的分析步骤和方法。该方法可用于定量化分析水电工程的生态风险大小，可操作性强。由于当前对部分生态受体阈值的研究还有所欠缺，生态风险计算分析的准确性还有待提高。下一步，还需要针对生态受体阈值进行深入研究。

（2）在我国十大流域中，雅鲁藏布江、金沙江、怒江等3条河流是未来水电开发的重点河流，其待建装机容量超过1.5亿kW，占十大河流待建总规模的70%以上，开发潜力巨大。雅砻江、澜沧江、黄河中上游等3条河流已在建比例在50%～70%之间，也有较大的发展潜力［1］。在这些开发潜力较大的流域开展水电建设生态风险评价，一方面将为决策部门提供数据依据；另一方面也可以为流域水电开发生态风险保护措施提供技术支撑。

［1］汪恕诚.论大坝与生态［J］.水力发电，2004，30（4）：1-4.

［2］韩冬，方红卫，严秉忠，徐兴亚.2013年中国水电发展现状［J］.水力发电学报，2014（10）：1-5.

［3］栾丽，杨玖贤，李雪，等.河流水电规划生态环境影响评价指标体系构建［J］.水力发电，2014，40（12）：1-3.

［4］付在毅，许学工，林辉平，等.辽河三角洲湿地区域生态风险评价［J］.生态学报，2001，21（3）：365-373.

［5］USEPA.Framework for Ecological Risk Assessment［M］.Washington D C:U.S.Environmental Protection Agency，1992.

［6］肖杨，毛显强.区域景观生态风险空间分析［J］.中国环境科学，2006，26（5）：623-626.

［7］陈辉，刘劲松，曹宇，等.生态风险评价研究进展［J］.生态学报，2006，26（5）：1558-1566.

［8］孙洪波，杨桂山，苏伟忠，等.生态风险评价研究进展［J］.生态学杂志，2009，28（2）：335-341.

［9］马婷婷，刘立，嵇文涛.生态风险评价内涵及方法研究［J］.甘肃科技，2010，26（13）：63-65，25.

［10］吴程.澜沧江流域关键植被分异格局及其生态风险研究［D］.昆明：云南大学，2013.

（责任编辑陈萍）

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

国家科技支撑计划“十二五”重大项目（2011BAC09B07）

徐天宝（1982—），男，云南腾冲人，高级工程师，主要从事生态环境保护工作.