基于模糊物元综合评价法的水利水电工程环境影响后评价研究

孙会堂

(辽宁省海城市水务事务服务中心，辽宁 鞍山 114200)

水体生态环境在水电工程建设过程中通常可发生一定的改变，并对周围居民和自然生态造成影响，因此相关部门明确提出要对水利工程建设项目进行环境影响评价。工程项目的后评价是组成建设项目的主要内容之一，它是对完成竣工验收并运行一定时间的项目进行系统评价的过程，而作为建设项目评价过程中的重要组成部分环境后评价发挥着重要作用。环境后评价可作为工程项目建设是否有效，并满足预定投资效益的主要判定依据，通过评价对周围环境的影响可为提高项目的管理水平提供一定参考和决策依据[1- 3]。

水电工程对环境的影响评价所涉及的定性指标较多、范围较广，并且对其后评价通常具有一定的模糊性与不确定性特征，因此对水利工程环境影响往往难以进行客观、准确的后评价。在环境影响后评价方面国内外学者开展了大量研究，如Brains[4]等结合实际案例和各方法操作的特点，给出了环境影响后评价定量与定性相结合的评价方法；Anbari[5]等认为应用于环境影响后评价的理论具有一定的有效性，但是该观点仍需要较为系统、成熟的制度体系支撑。水利部在2010年对水电工程建设项目后评价的内容、流程以及管理监督进行了明确规定，并且国内生态学者开展了相关研究，如郑艳红[6]等通过将评价指标体系划分为水体环境、社会影响和经济发展3项内容研究了环境影响后评价指标的选取原则；陈若缇[7]等采用无对比法对环境影响后评价进行了研究分析，对项目运行存在的不利因素和有利因素进行了分析并给出了相应的措施；蒋固政等通过分析要求标准和法律依据，研究了影响后评价结果的主要因素和内容。

目前，相关研究主要集中在某些大中型建设项目的试点工作，而对于水电工程环境影响后评价指标体系和理论方法的研究还处于初始阶段，综合考虑定量与定性指标的后评价方法相对较少[8]。据此，本文结合已有文献和水利工程实际状况，针对后评价影响因素较多以及评价过程中的不确定性和模糊性特征，考虑采用模糊物元法建立评价指标体系，并以辽宁省某大型水利枢纽工程为例进行了综合分析。

1 构建水利水电工程环境影响后评价指标体系

水环境、生态环境通常是项目建设影响的主要方面，其中对水环境的影响主要包括下游河道淤积变化、水文、水文水质、岸边覆没以及水库淤积等；而生态环境影响主要有气象、地质、水土流失、生态景观破坏、植被、水生生物等。本文结合该水利枢纽工程实际状况分别从水环境、生态环境2个方面进行影响评价，并建立了包含10项具有代表性指标的指标体系，见表1。

表1 水电工程环境影响后评价指标体系

2 建立模糊物元综合评价模型

物元分析法是由蔡文[9]教授于1983年提出一种采用“事物、特征、量值”要素描述事物状态的方法。该方法通过分析事物参数的变化规律可有效解决事物间互不相容的问题，如果将模糊理论引入该理论体系中，即可实现对相关问题的模糊处理。模糊理论是对具有模糊性的客观事物利用模糊数学进行识别、分类和评价的一种常用的方法，其基本内涵和理论是对评价指标集建立隶属度函数，然后以各指标评价等级标准范围为判别原则对各指标计算相对隶属度，利用模糊判断矩阵计算指标的权重然后经过加权求解得到综合评价结果，依据综合评价结果进行特征公式计算得到评价目标的最终判定和评价。

通过将物元分析和模糊数学有机结合就形成了交叉渗透的模糊物元分析法，在水电工程后评价过程中通常具有较强的模糊性和主观性特征，并且影响后评价的定性指标较多，因此本文考虑引入模糊物元分析法进行影响后评价。

2.1 各模糊复合物元模型

为更加直观、准确地得出水利工程影响后评价量化结论，应首先按照不同的分级标准对影响程度进行等级划分，假定影响因素为n，相应的等级为Mj。本文根据水电工程实际情况将环境影响程度划分为5个级别，其中M1、M2、M3、M4、M5分别代表该水电工程建设对周围环境存在较大与较小负面影响、无不利影响以及较小与较大的正面影响。

引入Mj作为水电工程影响程度的第j个等级，则第i个主要因素在第j个影响等级中可表示为Cji，并且在该物元模型中存在P个次要因素，因此第i个主要因素在第j个影响等级下属于第k项次要因素的指标可表示为Cik。根据文中所构建的指标体系，主要因素有生态环境、水环境两方面一级指标，次要因素主要有水质、泥沙情况、水文、水温等二级指标，并引入xik表示与各因素指标相对应的量值，据此可构建n维复合物元Rn如下：

(1)

(2)

考虑到不同评价等级下的指标量值隶属度特征，对第j个等级条件下xik指标的隶属度表示为μjik，由专家给出或隶属度函数确定相应的μjik数值。据此，可建立具有m种影响程度等级的n维模糊复合物元Rmn。对后评价主、次要因素的权重引入Rwi、Rwik，其中wi代表在j个等级条件下第i项主要因素权重值，并假定wik为第k项次要因素的权重值。

指标权重系数计算是决定评价结果合理性、准确性的关键性参数，其中层次分析法、变权分析法、熵值法和博弈组合权重法等是应用于坡耕技术模式评价的主要评价方法。变权分析法主要适用于在指标赋予值过低时可对整体评分产生显著影响的情况，该方法通过提高过低分数指标的权重使综合评价得分更加合理；信息熵值法结合信息系统的无序化程度，对评价指标赋予客观的参数数值，往往适用于多层次的综合目标整体评价；层次分析法以专家学者的知识经验对指标权重进行赋值，该方法具有简单、直观、可靠的优点。据此本文利用模糊层次分析法进行权重值的求解计算。主要因素与次要因素的权重复合物元分别如下所示：

(3)

(4)

由于每一影响等级条件下各主要因素在水电建设项目环境影响后评价中的隶属度相对较为分散，所以有必要采用加权平均法将其集中为某一值，计算方法如下：

Rb=Rwik·Rmn

(5)

2.2 综合评价

引入bji为第i项主要因素在第j个影响等级下的隶属度集中值，对单项指标模糊物元采用Rx进行表示，则其表达式如下：

(6)

为避免单一片面性对影响后评价的不利影响，分别选取各主要因素相对权重模糊量的最大、最小、平均值作为评判依据，分别为dj1、dj2、dj3。则综合评价模糊物元可表示为RD，如下所示：

(7)

dj为综合评价值，因此水电工程影响后评价所属等级即为dj所对应的最大隶属度影响等级。

3 实例应用

某大型水利枢纽工程位于某流域中游区域，该工程主要有大坝、电站以及坝顶等部分，其中电站装机共有4台总容量为2500kW。该水利枢纽工程和发电工程分别为Ⅳ和Ⅴ等，工程规模分别为小(1)和小(2)型，水库总容量为990万m3，具有投资快、开发条件优越等特点。该水电工程的建设不仅有利于降低对国家电网的依赖而且可增强该区域的电网供电能力，具有显著的经济效益和社会效益，而且每年可向周围区域提供2030万kW·h的发电量，该建设项目发挥着不可替代的重大作用[10- 11]。

3.1 环境影响复合物元

该枢纽工程在建设完成后因采取了一系列的防护治理措施大大降低了项目运行期对土壤、陆生生态环境以及水温的不利影响，因此可忽略不计，所以本文仅仅考虑指标体系中剩余部分指标，主要有土地资源、水土历史、生态景观、水生生物、水质以及泥沙情况等。可采用专家咨询法直接确定定性指标取值，而对于定量指标应首先根据实际观测数值，计算单因子影响后评价结构，然后结合专家咨询法综合确定最终的评价等级。为更加客观、准确地反映评价等级，可按照不同的赋分结果确定相应的影响等级，其中M1～M5等级赋分值分别为100、80、60、40、20。对各评价指标由专家根据调查情况和现场实测结果进行相应的辅助，并通过一级指标的赋值建立水环境与生态环境的复合物元，分别如下：

3.2 环境影响模糊复合物元

确定各评价指标量值所属等级的隶属度是建立环境影响后评价模糊复合物元的基础和前提条件，本文采用降半梯形法作为评价指标隶属函数。然后在函数中输入专家评分结果并得到不同等级条件下各指标的隶属度，水环境与生态环境影响模糊复合物元隶属度矩阵分别如下所示：

3.3 环境影响综合评价

对指标权重采用层次分析法求解，其中水环境影响后评价中二级指标权重物元Rw1k=(0.75，0.25)；生态环境影响后评价二级指标权重符合物元Rw2k=(0.45，0.25，0.16，0.14)；环境影响一级指标权重Rw3k=(0.55，0.45)。

利用文中所述相关计算公式以及各级指标权重物元、模糊物元计算结果可建立综合模糊复合物元，其中R1=Rw1·R521=(0，0.45，0.55，0，0)；R2=Rw2·R522==(0，0.056，0.268，0.676，0)。然后建立水电工程影响后评价集中模糊物元，并结合单项评价物元和文中所述综合复合物元公式最终可得到：

按照最大隶属度原则最终可得到影响后评价dmax=d3，由此可判定该水电工程对周围环境的影响程度属于M3等级，即基本不产生不利的环境影响。该评价结果与水电工程项目建设以来的实际检测情况基本相符，能够客观、全面地反映其实际情况。该评价方法表现出良好的适用性与可行性。

4 结论

本文结合某大型水利枢纽工程实际状况，在查阅相关文献资料和大量调研的基础上对环境影响因子进行了识别，然后按照科学性、系统性、代表性、可获取性等原则筛选了环境影响后评价指标，并建立相应的指标体系和影响程度分级标准，对该水电工程利用模糊物元综合评价法进行了客观、科学地评价，主要结论如下：

(1)该水电工程对周围环境的影响程度属于M3等级，即基本不产生不利的环境影响。该评价结果与水电工程项目建设以来的实际检测情况基本相符，能够客观、全面地反映其实际情况，该评价方法表现出良好的适用性与可行性。

(2)影响水电工程建设项目环境后评价的因素较多，且各因素指标之间存在较为复杂的作用关系，本研究受数据资料的限制，未考虑社会经济等因素的影响，因此在未来研究中仍需要不断完善指标体系，综合考虑社会经济、自然资源以及生态环境等方面的影响，采用更加客观、科学的理论方法对指标要素之间的作用关系进行分析，以此进一步提升评价结果的可靠性与准确性。