基于证据理论的川西水电开发生态环境评价研究

莫泓铭，夏 龄

(1.四川民族学院图书馆，四川康定 626001；2.四川民族学院网络中心，四川康定 626001)

基于证据理论的川西水电开发生态环境评价研究

莫泓铭1，夏 龄2

(1.四川民族学院图书馆，四川康定 626001；2.四川民族学院网络中心，四川康定 626001)

水电作为一种可再生的清洁能源，近年来越来越受到人们的关注。大力开发水电资源有利于缓解能源危机,促进节能减排政策的落实。我国川西地区拥有丰富的水资源，水电资源开发对当地经济发展、基础设施建设、旅游发展等具有推动作用。然而，川西地区也是生态脆弱区,在水电开发之前应做好生态评估，以期把对生态环境的影响降到最小。本文基于证据理论提出了一种水电开发对生态环境影响的评估方法，运用证据理论强大的数据融合能力，融合多名专家对多方面的评估，最终得到生态环境的综合评价。实例证明，该方法能有效评估水电开发对生态环境的影响。

证据理论；水电开发；生态环境；生态评价

能源安全、全球气候变暖和生态环境日趋恶化等与人们生产生活密切相关的问题越来越受到全世界的关注，大力发展清洁能源和可再生能源符合当前社会可持续发展和经济增长的需求。保护生态环境，促进人与自然和谐相处已成为当前的热门话题[1-4]。近年来，水力发电进入了人们的视野[5]。相对常规能源而言，水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电是综合利用水资源的一个典型应用系统，其具有发电效率高、发电成本低、能控制洪水泛滥、提供农业灌溉用水、改善河流航运等优点[6-7]。此外，水电开发还能带动地方经济发展，改善交通环境，提供电力供应，发展旅游业和水产养殖等。

2014年国务院办公厅发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》指出，在做好生态环境保护和移民安置的前提下，积极有序推进大型水电基地建设，因地制宜发展中小型水电站，加强水资源综合利用；到2020年，力争常规水电装机达到3.5亿千瓦左右。我国川西地区拥有大渡河、金沙江、雅砻江等流域丰富的水资源[8]。近年来，在国家的大力支持下，川西地区水电资源开发取得了一定的进展，对当地的经济社会发展和农牧民脱贫致富起到一定的推动作用。大江大河流域梯级开发逐步形成，如大渡河干流的下尔呷、双江口、猴子岩、长河坝、大岗山、瀑布沟等水电站形成的3库22级梯级格局开发方案[9]。然而水电开发也同样面临诸如建设周期长、前期投入大、移民搬迁、受地势影响大等困境，特别是对生态环境的影响很大[10-12]。如何评价水电开发对生态环境的影响显得尤其重要[13-15]。证据理论[16-17]由于其强大的数据融合能力，被广泛应用于目标识别、专家系统等领域[18-23]。

水电开发对生态环境的影响是多方面的，因而可以利用证据理论多属性融合来评价水电开发对生态环境的影响。基于此，本文构建一种基于证据理论的水电开发对生态环境的影响评价体系，通过定量分析开发目标区域水电资源后生态环境面临的问题，评估后期生态环境受影响程度，做出生态环境预警。

1 水电开发对川西地区生态环境的影响

川西地区主要是指四川西部的甘孜藏族自治州、阿坝藏族羌族自治州和凉山彝族自治州，幅员面积达30.2万平方公里，约占四川省国土总面积的62%，是我国最大的彝族聚居区，第二大藏族聚居区，主要的羌族聚居区[24]。该地区具有丰富的水资源、矿产资源、生态资源和旅游资源，但经济基础薄弱，基础设施建设滞后，交通通讯不便等特点[25-26]。开发水电资源对川西地区具有促进矿产资源开发、改善交通环境、加快旅游资源开发、减轻地方财政压力、促进经济发展等作用。川西地区同样是一个生态脆弱区，全年多旱少雨，降雨量远远小于蒸发量，地表裸露严重，土地沙漠化、沼泽化和盐碱化严重，地震、滑坡、泥石流等自然灾害频发[27-28]。近年来，川西地区的生态环境越来越脆弱而敏感，直接威胁和影响着该地区居民的生活和经济发展，对社会的稳定和可持续发展也有一定的影响[29]。川西地区作为生态脆弱区同时也是水资源富裕区。水电开发特别是无序开发对当地生态环境的影响巨大，直接或间接造成了水土流失、植被破坏、生物多样性减少等后果[30-31]。

1.1 对土地的影响

川西地区大多为高山峡谷地貌，可耕地面积少,后备耕地不足，林地数量多但林木品种单一且分布不均，草地数量多但可利用价值不高等。水电开发过程中不可避免的占地、采石、取土、弃渣等会影响到本来就不富裕的可利用土地；对地表生物造成破坏，植被的恢复周期长；造成水土流失，土壤营养成分降低，出现土地沙漠化、沼泽化和盐碱化等“三化”现象[32]。

1.2 对气候的影响

蓄水大坝建成后，将改变部分土地的原有用途，陆地变成水域或湿地，水蒸发量增大，局部空气变得湿润，进而改变原来的降雨分布。相关资料表明，库区及其附近地区降雨减少，而一定距离外地区的降雨则有所增加。此外，还会导致气温的变化，水库地区年均气温会有所升高[33]。

1.3 对水体的影响

由于修建大坝及大坝蓄水，水的流动性降低，水的自净能力减弱，水质可能变差，存在发生水污染的风险[34]。此外，由于多个地震带位于川西地区，加上人为大量蓄水，浅层地表压力增大，破坏原有地壳构造应力相对平衡状态，诱发地震的机率增大[35]。

1.4 对生物多样性的影响

水电项目的建设会淹没一定的具有生产能力的草原、土地等，改变陆地生物的栖息地，导致陆生生物物种的多样性减少等后果。由于大坝蓄水，导致水体温度发生变化等，水生生物的生存环境面临考验，不能适应的生物将面临灭绝或种类减少。此外，由于水库梯级大坝的修建，将阻断大量珍稀鱼类和水生生物的生活轨迹，破坏其生存环境，造成其数量与种类的减少。如长江流域大型水利工程的修建严重影响了中华鲟的洄游路线和繁殖场所；贡嘎山南坡水坝的修建将使牛羚、马鹿等珍稀动物的高山湖滨栖息活动地丧失，大面积珍稀树种原始林将被淹毁[36]。

2 证据理论及其在多属性决策中的运用

2.1 证据理论基础知识

证据理论(Evidence theory)是1967年由Dempster发明[16]并由其学生Shafer于1976年推广开来的[17]。证据理论相对于传统的贝叶斯概率论而言，不需要先验概率信息并且允许非单子集概率存在，其应用范围比传统概率论更广。证据理论的定义如下：

Dempster组合规则是证据理论中的第一个组合规则，它能够将两个BPA融合并生成一个新的BPA。Dempster组合规则，或称为两个BPA的正交和。Dempster组合规则如下：

(1)

(2)

其中，k是冲突系数。k=1代表两个BPA是完全冲突的，即完全相反的，Dempster组合规则不能应用于此情形。当k=0时，意味着两个BPA是完全一样的。Dempster组合规则还满足交换律和结合律：①m1⊕m2=m2⊕m1；②(m1⊕m2)⊕m3=m1⊕(m2⊕m3)。因此，当存在多个BPA需要融合时，可以不用考虑其先后顺序而一对一对地进行融合。

2.2 基于证据理论的多属性融合模型

证据理论在目标多属性融合中的运用如图1所示，主要分为四个步骤：构建证据理论框架→专家在证据理论的框架下对目标的各属性进行评估(各专家结合自身知识水平及经验独立地对目标不同的属性进行评价)→属性总评(运用Dempster组合规则对同一属性的不同专家的评估进行融合，最终得到同一属性的总体评价，以此类推，得到所有属性的总体评价)→结论(再次运用Dempster组合规则对各属性的总评进行融合，最终得到目标属性的总评)。

图1 基于证据理论的多属性融合模型

3 案例分析

假设某公司拟在大渡河流域的甲、乙两地选址投资修建一座水电站，特邀请环境评估专家对评估修建水电站后对当地生态环境的影响，以期选择对生态环境影响最小者。评估的内容涉及土地影响、气候变化影响、水体影响、生物多样性影响等四个方面。专家们将通过查阅相关资料并结合自身经验对这四个方面进行评估。专家对甲、乙两地进行评估后的结果如表1～表8所示。

为方便表述，“甲地、乙地”分别用“P、Q”表示；“很严重、严重、一般严重”分别用“H、M、L”表示；“专家1、专家2、专家3”分别用“E1、E2、E3”表示。本案例将从四个方面来评估对生态环境的影响，属于多属性目标决策类问题，因而证据理论的多属性融合是适用的。接下来，根据图1所示的基于证据理论的多属性融合模型来探讨修建水电站对生态环境的影响。

表1 甲地土地影响(L)评估

专家1专家2专家3很严重0.30.50.7严重0.50.50.1一般严重0.200.2

表2 甲地气候影响(C)评估

表3 甲地水体影响(W)评估

专家1专家2专家3很严重0.20.70.5严重0.20.20.5一般严重0.60.10

表4 甲地生物多样性(B)评估

表5 乙地土地影响(L)评估

专家1专家2专家3很严重0.30.30.5严重0.40.20.4一般严重0.30.50.1

表6 乙地气候影响(C)评估

表7 乙地水体影响(W)评估

专家1专家2专家3很严重0.30.20.2严重0.40.20.8一般严重0.30.60

表8 乙地生物多样性(B)评估

第一步：构造证据理论辨识框架。结合评估标准，有Θ={H,L,M}。

第二步：各专家对各属性进行评估。结合本例，有3位专家(E1、E2、E3)对影响生态环境的4个属性(L、C、W、B)进行评估，因而每个属性有3组BPA。以表1为例，则有：

E1：mLE1P(H)=0.3,mLE1P(M)=0.5,mLE1P(L)=0.2，

E2：mLE2P(H)=0.5,mLE2P(M)=0.5，

E3：mLE3P(H)=0.7,mLE3P(M)=0.1,mLE3P(L)=0.2.

其中，mLE1P(H)=0.3指专家1(E1)认为会对甲地(P)土地(L)产生“很严重”影响(H)的概率为0.3。

第三步：属性总评。在此阶段，运用Dempster组合规则分别融合某一属性的各个评价，最终得到某一属性的总体评价结果。在表1中，结合式(1)(2)进行融合，融合E1、E2对甲地土地影响的评估结果有：

k=mLE1P(H)mLE2P(M)+mLE1P(M)mLE2P(H)+mLE1P(L)mLE2P(H)+mLE1P(L)mLE2P(M) =0.3×0.5+0.5×0.5+0.2×0.5+0.2×0.5=0.6,

即mLE1E2P(H)=0.375,mLE1E2P(M)=0.625.

将上述结果再与E3的评估结果进行融合，可得：

k=mLE1E2P(H)mLE3P(M)+mLE1E2P(H)mLE3P(L)+mLE1E2P(M)mLE3P(H)+mLE1E2P(M)mLE3P(L) =0.375×0.1+0.375×0.2+0.625×0.7+0.625×0.2=0.675,

由此可知，甲地(P)土地(L)的综合影响概率为：

mLP(H)=0.808,mLP(M)=0.192.

(3)

同理，可得甲地(P)气候(C)、水体(W)、生物多样性(B)的综合影响概率分别如下：

mCP(H)=0.255,mCP(M)=0.426,mCP(L)=0.319.

(4)

mWP(H)=0.778,mWP(M)=0.222.

(5)

mBP(H)=0.735,mBP(M)=0.176,mBP(L)=0.089.

(6)

第四步：运用Dempster组合规则分别融合目标的各总属性，最终得到目标的总体评价。对式(3)～(6)进行融合，最终可得甲地(P)修建水电站对当其生态环境的总体影响为：

m甲(H)=0.974,m甲(M)=0.026.

(7)

至此，通过各专家对甲地(P)生态环境的影响评估，最终判定对生态环境有“很严重”影响的概率为0.974，“严重”影响的概率为0.026。

重复以上步骤，由表(5)～(8)可得在乙地(Q)修建水电站对其生态环境的总体影响为：

m乙(H)=0.649,m乙(M)=0.351.

(8)

整理甲乙两地的最终评估结果，如表9所示。

表9 甲乙两地最终评估结果

可见，m甲(H)≻m乙(H),m甲(M)m乙(M)，在乙地修建水电站对其生态环境的影响要小些，因而可选址乙地。

4 结语

本文提出了一种基于证据理论的水电开发生态环境影响评价方法，通过融合不同专家的评价，最终得到综合影响评价，可为政府或企业在水电开发时参考。水电资源开发有利于改善当地基础设施和居民生产生活条件，带动相关产业发展和促进就业。此外，还能减少对常规能源如石油的依赖，有利于保护生态环境。然而，水电开发也是一把双刃剑，涉及方方面面。在水电开发时，既要考虑经济效益，更要注重对生态环境的保护，毕竟破坏容易，修复却很困难。在水电开发之初要做好科学规划，水电工程项目的选择、建设和运营等都要与生态系统保护和环境建设相适应，做到生态、经济、社会三者可持续发展。

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An Evidence Theory-based Evaluation of Influence on Ecological Environment Among Hydropower Development in Western Sichuan

MO Hong-ming1, XIA Ling2

(1.Library, Sichuan Minzu College,Kangding Sichuan 626001,China; 2.Network Center,Sichuan Minzu College,Kangding Sichuan 626001,China)

Hydropower, as a kind of renewable clean energy, has attracted more and more attentions in recent years. Development of hydropower resources will vigorously help to relieve the energy crisis and promote the implementation of energy conservation policy. There exist abundant water resources in China’s western Sichuan. The development of hydropower resources will benefit local economy, infrastructure construction and tourism industry etc. However, western Sichuan is also the region of fragile ecology. The aim of effectively assessing ecological environment prior to hydropower resource development is to minimize the harm to environment. A new method to evaluate the influence on ecological environment related to hydropower development is proposed in this manuscript.The ability of data fusion of evidence theory is used to fuse multi-aspects made by experts. And the overall assessment will be obtained. A numerical example is used to illustrate the effectiveness of the proposed method.

evidence theory; hydropower development; ecological environment; ecological assessment

2016-09-21

国家民委科研项目“基于证据理论的决策方法及其在民族地区生态环境治理决策中的应用”(14SCZ014)。

莫泓铭(1983- )，男，助理研究员，从事信息融合、不确定信息处理、生态环境评估研究。

TP391.4；X171.1

A

2095-7602(2017)02-0035-06