流域水电梯级开发环境影响后评价研究与应用——以贵州乌江干流水电梯级开发为例

靳会姣，韩艳利

(黄河水资源保护科学研究院，郑州 450004)

前 言

水能资源的开发利用已成为我国能源发展战略最重要的组成部分，环境保护要求合理、有序地开发和利用水能资源。原环境保护部、国家能源局在2014年6月联合发布了“关于深化落实水电开发生态环境保护措施的通知”，明确提出了对水电规划较早且未开展规划环评的主要河流，应开展水电开发环境影响后评价工作的要求。重点关注已建梯级电站运行中存在的主要生态环境问题与后期规划电站建设的环境制约因素，及时优化调整未实施的水电梯级规划方案，补充完善相应的环保对策措施，切实处理好流域水电梯级开发与生态环境保护的关系。为此，本文针对较为薄弱的流域水电梯级开发环境影响后评价，进行了技术方法与应用实践研究。

1 环境影响后评价的理论研究基础

环境影响后评价是在单纯的前期环境影响评价制度存在缺陷的背景下产生的，是对前期环评工作的检验、修正和弥补[1]。1980年美国水资源委员会提出水利工程项目必须考虑工程施工和运行时对环境、经济等方面的影响；1998年日本研究者Nakayama.M通过对印尼撒古灵大坝环境影响后评价的研究，发现了一些在项目实施过程中不合理的方面，他指出亟需改善水利工程的环境影响后评价方法[2]；2006年加纳Isaac K.T.等学者对已经运行30多年的加纳库马西Barekese大坝周边环境进行了环境影响后评价，选用包含数学模型的网络图进行环境影响因子识别和分析，将大坝对周边环境的影响以得分的形式进行定量评价[3]；2009年Tullos等基于对我国三峡大型水利工程研究的基础上，发现开展环境影响后评价将同时带动环境影响评价制度发生重要改变，对因前期环境影响评价过程中存在的限制因素，造成的政策结果偏差进行弥补，如影响预测的不确定性等；同时指出目前环境影响评价过程与科学研究之间缺乏直接的反馈[4]；2011年蒋固政在文章中提及荷兰的三角洲水利工程运行几十年后，基于对生态环境的保护与开发，通过开展环境影响后评价工作对该水利工程方案进行了调整，体现了环境影响后评价在调整和优化工程实施方案方面的积极作用[5]。鉴于各个国家国情不同及理解层面不一样，各国的水利工程项目建设特点及用途有别，因此评价的内容侧重不一样。

我国对水利工程建设项目环境影响后评价的研究起步较晚，20世纪90年代初对水利建设项目后评价中的社会影响进行了探讨[6]。2007年原国家环保部为了尝试与探索流域性水电梯级开发环境影响后评价工作的具体操作方法和评价模式，根据国内已基本完成梯级开发建设的两条河流，要求组织开展贵州乌江和黄河上游龙羊峡至刘家峡河段水电梯级开发的环境影响后评价试点工作[7-8]。2010年制定的《水利建设项目后评价管理办法(试行)》中虽然涉及水利建设项目环境影响后评价的内容，但对于水利工程环境影响评价指标体系和评价方法均缺少相关的具体说明[9]。2014年6月原国家环保部等在对水库、煤矿开采和公路3个行业研究的基础上，从技术方法、实践应用、管理制度3个层次对我国环境影响后评价的内涵开展研究，系统分析了建设项目环境影响后评价的工作程序与内容，构建了较为完整的环境影响后评价方法与指标体系，提出了我国环境影响后评价的管理体系框架，编写了生态影响类建设项目环境影响后评价技术方法研究报告。2015年12月，原环境保护部发布了《建设项目环境影响后评价管理办法(试行)》，可以指导跨行政区域、跨流域和重大敏感项目的环境影响后评价工作。

与此同时，国内很多学者逐渐开展了水利工程环境影响后评价的研究工作：2004年陈凯麒等研究了大坝建设和梯级规划环境影响后评价；2009年郑艳红等针对水电开发项目环境影响后评价的指标选取进行了研究，把水电开发项目环境影响后评价的内容和指标体系划分为水环境、生态环境和社会环境三大类别[10]；2013年张虎成等结合我国当前河流水电开发的环境管理程序及环评实际情况，明确了后评价指标体系的建立原则，初步建立了河流水电梯级开发环境影响后评价体系[11]。

总体来说，此前水利建设项目环境影响后评价的研究大多数应用于具体的建设项目，且主要以概括性或探索性为主，而以整个流域为对象建立环境影响后评价思路、方法和评价指标体系的还尚未有系统的研究[12]，特别是从大流域、多梯级的角度进行宏观领域的后评价。目前《水利水电工程建设项目环境影响后评价技术导则》正在征集意见，流域性水电梯级开发环境影响后评价相关技术导则尚未出台。本文立足于对流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系和评价模型的构建，为流域水电梯级开发的可持续发展以及环评制度的完善提供技术支持。

2 流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系研究

本文从工程系统、环境系统、管理系统这3大系统出发，全面列出能反映流域水电梯级开发影响特点的所有因素，以防重要指标遗漏。以此为出发点，收集了大量与流域水电梯级开发相关的指标，在前人给出的具有指导性的框架上，经多次整合与筛选，删除了重复及无关紧要的次要指标，糅合一些零碎的指标，同时又增添了一些灵敏度高、敏感性指标，并咨询相关专家意见，进一步调整和优化评价指标，最终确立了流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系：目标层为流域水电梯级开发环境影响后评价综合指标；准则层确定为工程系统、环境系统、管理系统这3个重要影响因素；下设16个要素，再细分为40个评价指标，详见表1。评价指标中既有定量指标也有定性指标，为实现评价结果定量化和系统化，将各定性指标采用目前最常用的专家打分法进行量化处理。

表1 流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系

续表1

3 流域水电梯级开发环境影响后评价方法及模型研究

3.1 评价方法的选取

对于流域水电梯级开发环境影响后评价方法研究的核心问题即是确定评价指标权重的方法。指标权重的确定是对流域梯级项目进行后评价的关键，由于梯级开发是一个涉及多因素多指标的大系统，且各评价指标相互作用、相互联系，同时相互之间的重要程度又不尽相同，指标权重理应不同。无论采用主观赋权法抑或是客观赋权法，都具有一定的局限性，而选择组合赋权法又寻找不出合理的组合方法以及组合系数。

1965年，美国控制论专家L.A.Zadeh为了克服Cantor集的不足，发表了著名论文Fuzzy Sets，这标志着模糊数学的诞生。20世纪70年代，美国运筹学家A.L.Saaty提出了层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法[13]，优点是系统性、实用性、简洁性；缺点是囿旧、粗略、主观。宗永臣等曾运用层次分析法对巴河水电梯级开发累积环境影响指标权重进行研究，但只能体现诸多环境指标在整个评价体系中的重要程度，即定性研究[14]；朱金伟等采用层次分析法同时利用专家判断矩阵一致性比率引入调节器，进而得到火电厂脱硫项目后评价指标的综合权重，这种方法在一定程度上降低了人为因素在权重确定过程中的影响，具有一定的科学性和合理性[15]。模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，FAHP)是结合了层次分析法和模糊综合评价法，其基本理论是对AHP进行了完善和改进，从而超越了AHP。FAHP法是在层次分析的基础上，通过专家调查，运用模糊数学来确定权重并排序[16]。模糊一致矩阵是模糊层次分析法的关键，1997年这个概念被提出，既符合人类决策思维的一致性，又能广泛应用于层次分析法、模糊综合评价等软科学[17]。随后，我国张吉军、吕跃进等学者，通过研究发现层次分析法是实际应用中存在的问题与不足，与此同时研究了基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法，并确定了基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法的一般应用模型[18～20]；黄建元等在多层次、多因素决策方案优选中应用了模糊一致矩阵[21]，兰继斌等对模糊层次分析法权重进行了研究[22]；2018年，沈聪等基于模糊层次分析法并结合专家意见，对集装化生活垃圾转运系统进行后评估，可以综合不同因素的定性、定量分析，便于得到综合评价结果[23]。

根据流域水电梯级开发的复杂性、累积性及模糊性等特征，结合上述环境影响后评价的相关理论研究，决定采用层次分析法和模糊数学原理结合的FAHP法对评价指标权重进行综合计算。

3.2 FAHP法在确定指标权重中的应用

FAHP法在确定权重时重要在于判断矩阵的构造，本次通过向相关研究领域的5位专家进行函询，对流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系内各指标元素的相对重要性程度进行了判断。判断时采用0.1～0.9标度法，能够准确地描述任意两个因素之间关于某准则的相对重要程度[24]，定量判断矩阵中的每个因素，见表2。

表2 重要性标度

由于本次邀请到的5位专家均与本研究主题相关，故认为每位专家所占的权重值相等。评定过程中对5位专家的综合评价均值进行一致性检验，若通过一致性检验，则视为数据有效、可靠；如不通过，则要求专家重新进行评价，直至判断矩阵通过一致性检验。最后，运用算数平均法将5位专家的判断结果进行综合，得到模糊判断矩阵，其中通过两两比较矩阵中各层次元素对上一层元素的相对重要性程度得到的模糊判断矩阵记为M(Ik-J)，本次仅列出M(A-B)、M(B1-C)以作示例：

其中M(A-B)即由5位专家根据A-B的相对重要性程度，建立的5个优先关系矩阵的平均值，分别如下：

由于M(A-B)、M(B1-C)不具有一致性，需将其转换为R(A-B)、R(B1-C)。

根据建立的模糊一致矩阵R，利用行和归一化计算求权重向量w1=(w11,w12,…,w1n)T，其中可利用下式进行计算：

(1)

式中：w1j表示按行计算出的权重向量；rij表示模糊矩阵经一致性变换后，下层第i个元素相对于第j个元素的相对重要程度。按照式(1)对以上建立的模糊一致矩阵进行计算，得出的各层权重值见表3。

表3 评价指标体系及权重统计表(FAHP法)

续表3

可以看出，在流域水电梯级开发环境影响后评价综合指数中，B系统层中，B1工程系统所占权重为0.33，B2环境系统所占权重为0.39，其中B21自然环境占0.12，B22生态环境占0.16，B23社会环境占0.11，B3管理系统所占权重为0.28。整体上权重分配符合我国当前流域梯级水电开发环境影响的实际情况，今后类似流域水电梯级开发在开展环境影响后评价时，可直接代入计算权重，也可根据流域梯级电站开发情况以及当前生态环境保护政策、形势等进行适当调整。

3.3 评价模型的建立

可变模糊评价是一种可同时描述事物量变和质变的量化工具，综合评价和决策有较高的可靠性和可信度。可变模糊集理论可以较好地解决流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系中存在的模糊性、不确定性以及指标不兼容性等问题，可提高流域水电梯级开发环境影响后评价结果的可信度。

模糊可变评价模型为：

(2)

表4 不同参数组合下的模糊可变模型

(3)

考虑到最大隶属度的作用以及其他隶属度的影响，采用级别特征值法，以使评价结果更为客观全面。级别特征值计算公式如下：

H=1,2,...,c·U

(4)

3.4 评价级别

经查阅大量评价方法等级划分的文献，了解到很多都是划分为5级，对于本文所采用的可变模糊集模型而言，分级标准不论是从优到劣还是从劣到优，评价结果均不受影响。本文将流域水电梯级开发环境影响后评价等级划分为5个等级，等级划分标准见表5。

表5 后评价等级含义及划分标准

4 实例应用—贵州乌江水电开发环境影响后评价研究

4.1 贵州乌江水电开发项目概况

综合资料收集情况以及咨询本行业相关专家后，本次实例研究选择贵州乌江干流河段，如下图。

图 乌江干流水电梯级开发概况

首先乌江贵州段已基本完成规划的9个梯级电站开发建设，且作为原国家环保部首批次开展和探索流域性水电梯级开发环境影响后评价工作的试点流域；其次是乌江干流研究河段共包括洪家渡、普定、引子渡、东风、索风营、乌江渡、构皮滩、思林、沙沱共9个梯级的库区、移民安置区、施工区、坝下水文情势变化区以及社会经济影响区；部分环境要素兼顾重要支流所属区域，基本可判别梯级水电开发建设对乌江贵州段区域环境的整体影响；再者是乌江贵州段从1971年乌江渡电站开工至1979年建成运行，再到2010年9个梯级电站全部建成，时间跨度大，单个或梯级电站群所产生的工程问题、环境问题及社会问题均已显现。贵州乌江水电梯级开发环境影响后评价工作始于2007年，2010年思林、沙沱才建成投运，本文采用数据资料的原则是：现状监测资料优先，其次是来自报刊新闻以及环评报告中既有资料，最后是分析引用预测资料。因此本文后评价研究在水平年选取上很难保持严格一致。

4.2 贵州乌江水电开发环境影响后评价指标体系及数值分析

文章“3.2 FAHP法在确定指标权重中的应用”对流域水电梯级开发环境系统中自然环境、生态环境、社会环境指标分配及赋权时，不仅参考了大量文献资料，也参考了作为首批次开展环境影响后评价试点工作的贵州乌江和黄河上游龙羊峡至刘家峡河段水电梯级开发，故可直接将表3中“A-D权重”计算结果代入案例中计算应用。

贵州乌江后评价中定量指标经计算后直接代入，定性指标则采用目前最常用的专家打分法进行量化处理，如“D1梯级布置的数量及坝址位置”这一定性指标，从洪家渡运行的第一个年份2005年可以看出，在乌江流域来水特枯情况下，洪家渡充分发挥龙头水库调节作用，在满足电力系统调峰要求条件下，补偿下游梯级径流，抬高下游东风、乌江渡水库运行水位，增加下游电站出力，使东风、乌江渡水库得以保持较高水位运行、实现2005年零弃水，节约的水量可发电4 900万kW.h。由此可见，洪家渡水电站确实发挥了龙头水库的补偿作用，故乌江梯级开发的布局是非常合理的；按照定性指标分级标准进行量化综合取分值为4.5分。结果详见表3中“指标数值”一列。

4.3 贵州乌江水电开发环境影响后评价

本次后评价案例研究采用可变模糊集理论模型，通过变换参数值(α和P)得到在4种模型状态下乌江水电梯级开发环境影响后评价级别特征值在2.38～2.66之间，见表6。

表6 相对隶属度及级别特征值

上述4种模型状态下乌江水电梯级开发环境影响后评价级别均为3级，即环境影响效果一般，各级别特征值变化范围较小，稳定度高。根据《贵州乌江水电开发环境影响后评价》报告中给出的结论：“各梯级电站在施工期和运行期均能按环评报告书中提出的要求开展环保工作，且采取的环保措施基本有效地控制了环境污染的发生，取得了预期的效果。”和本文得出的总体影响效果一致，与贵州乌江干流水电梯级开发后的实际生态环境影响基本吻合。

由评价结果可知贵州乌江干流水电开发对环境影响处于第3级，即影响效果一般，部分指标对整体环境效益产生了较大的负面影响，其中影响最大的因素为未开展规划环评(按照定性指标分级标准进行量化综合取分值为0.5分)；其次为“三同时”制度执行情况(量化综合取分值为2.5分)、施工期各种施工活动对环境的影响、年径流变化的影响、下泄水温变幅的影响、水资源开发利用率较低、对环境地质的影响、对人群健康的威胁以及淹没损失等；也有部分指标对环境基本没有产生影响，主要表现在满足最小生态需水量保证率、年平均输沙量变化趋势、生态景观格局、经济社会效益、满足灌溉用水设计保证率、满足居民生活用水设计保证率、移民全面安置；当然乌江水电开发对局地气候、乌江水能资源开发利用、社会效益、防洪等方面也产生了明显有利的影响。总体而言，流域梯级电站的修建对环境系统会产生一定的影响，但影响有限，通过因地制宜适时地提出相应的补救措施或补偿方案，是可以明显减小工程建设对环境的不利影响的。

5 结论与建议

5.1 结论

环境影响后评价作为水电开发项目基本建设程序的最后一环节和重要检验阶段，开展专题评价、总结经验教训并提出合理的防治对策措施，是解决流域水电梯级开发建设先天不足的重要途径和有效方法。基于此，本文针对流域水电梯级开发环境影响问题进行了后评价研究，并获得以下主要成果：

(1)从工程系统、环境系统、管理系统3个方面构建流域水电梯级开发环境影响后评价指标体系，涵盖40个评价指标。

(2)根据流域水电梯级开发的特点及环境影响后评价的相关理论，采用模糊层次分析法对评价指标进行赋权，得到相对合理的指标权重；应用可变模糊集理论建立了流域水电梯级开发环境影响后评价模型；同时提出了后评价分级的评判指标依据，将后评价结果判定等级分为5级。

(3)将本文建立的评价指标体系和后评价模型，应用于贵州乌江水电开发项目实例中，得出的后评价结论与贵州乌江干流水电梯级开发后的实际生态环境影响基本吻合。

乌江干流水电梯级开发中的实践应用，说明了本文建立的后评价指标体系、指标分配及赋权以及实例中所采用后评价模型等，具有较强的科学性与适用性，在流域水电梯级开发环境影响后评价实用方法上具有实际意义和推广应用价值，对流域水电梯级开发环境影响后评价工作起到了积极的推动作用。

5.2 建议与展望

鉴于流域水电梯级开发项目具有工程投资大、影响范围广、程度深的特点，其环境影响后评价工作也是一项相当复杂的系统工程。需考虑的评价指标相对复杂，基本涉及项目各个方面，工作量较大，全面准确的获取基础资料信息有着一定的难度，且评价方法的选择往往受到多个因素不同程度的制约，难免有局限性和不足之处，还需在今后的工作中进一步探讨研究：

(1)本文的评价指标体系是结合我国当前河流水电开发的环境管理程序及环评实际情况所建立的，难免有缺陷和不完善的指标，因此它仅仅是一个指导性、框架性的指标体系，不是一成不变的，实际工作中可根据当地河流特征、工程建设规模及特性以及需要特别关注的环境因素酌情进行增加或删减，使其更具有科学性、实用性和长久指导性。

(2)本文给出的评价指标建议分级阈值，其准确性均建立在基础资料掌握的程度上，故后续还可对指标阈值进行验证和优化。

(3)目前国内流域水电梯级开发环境影响后评价实际工作中，主要通过对比项目建成前后情况来衡量既定目标的实现情况，缺乏各流域之间水电梯级开发项目的横向比较，建议及时建立流域水电梯级开发环境影响后评价数据库。

(4)流域水电梯级开发造成的环境影响是长期的，仅仅在项目竣工后1至2年进行环境影响后评价是远远不够的，不仅需要考虑到它的时效性，更要建立一个长效的评价或管理机制。