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1、DOI: 10.13928/j .cnki.wrahe.2004.04.002 水利水电技术第 35卷 2004年第 4 期 水利工程的生态效应分析 孙宗凤 h2， 董增川 1 1.河海大学，江苏南京 210098; 2.江苏省连云港市水利局，江苏连云港 222004) 【摘要】利用层次分析法建立了分析层次结构，构造了判断矩阵，建立了水利工程生态效应分析模 型，并用模糊数学综合评判的方法，对水利工程生态效应正负两个方面进行综合分析，初步提出改变水 利工程生态效应的工程与非工程措施 .并对江苏省连云港市进行了河道生态效应分析 . 【关键词】水利工程；生态效应；分析模型；综合评判 中图分类号： X
2、171.1 文献标识码 ： A 文章编号： 1000-0860 2004)04-0005-04 Ecological effect analysis for a water conservancy project SUN Zong-feng1 2， DONG Zeng-chuan1 1. Hohai University， Nanjing 210098， Jiangsu， China; 2. Lianyungang City Water Conservancy Administration， Lianyungang 222004， Jiangsu，China) Abstract ： Hiera
3、rch structure and judgement matrix were established by a hierarch analysis method to develop the model of ecological effect analysis. The positive and negative aspects of the ecological effect were analyzed in a combined way using combined judgement method of fuzzy mathematics. Some preliminary chan
4、ges introduced for engineering and non-engineering measures for a water conservancy project were proposed here. Key words： water conservancy project; ecological effect; analyzing model; combined judgement 1水利工程生态效应分析的内涵 水利工程的生态效应是指水利工程建成之后对自 然界的生态破坏和对生态修复两种效应的综合结果 . 生态被破坏是指水利工程直接作用于水生态系统，造 成水流紊乱之后而引
5、起的生态系统的生产能力显著减 少和结构显著改变，从而引起的环境问题，如建造水库 以后，使河道下游水量减少而引起的气候干燥，湿地面 积的减少，野生动植物的减少，局地气候恶劣，人居环 境恶化 .水闸修建之后，使流动的水变成静止的水，污 水排放到水体之后，河道自身净化能力降低，产生水质 恶化等环境问题 .生态修复是指利用水利工程改变现 有的水流运行规律，恢复河道水质、河流浅滩，使之光 热条件优越，又形成新的湿地，让鸟类、两栖动物和昆 虫栖息 .河流蜿蜒性的恢复，使河流主流、支流、河湾 等形成丰富多样的生存环境，由此成为鱼类、鸟类、两 栖动物家园 .河流水质的恢复，使得原来消失的水生 动物、植物重返家
6、园，河道周围景观和水流融为一体， 改善了人的居住 环境 . 水利工程生态效应分析是针对已建成的水利工 程对人居环境的影响、对野生动植物影响、对自然规律 影响、对经济增长影响的分析，为水利工程是否保留， 还是要拆除，或者是需要改善功能提出科学依据 .水 利工程生态效应分析的内容包括：确定系统分析边界， 对系统进行层次分析，筛选关键指标，生态环境调查， 生态环境影响因子的识别，数学模型的建立，进行综 合分析 . 水利工程生态效应分析与环境影响评价不同， 它是发生在水利工程兴建之后 .但是，它同水利工 程后评估也是不同的，后评估是水利工程建成后 是否达到预期经济效果，对环境有无影响进行分 析，而水利
7、工程的生态效应分析是建立在生态基 础之上，分析水利工程对人类、自然、野生动植物、 收稿日期： 2003-11-17 作者简介：孙宗凤 1963 ），女，博士研究生，副局长 . Water Resources and Hydropower Engineering Vol.35 No. 4 5 孙宗凤，等 /水利工程的生态效应分析 投资环境的影响进行综合分析，对现实的水利工程 的未来，提出决策性意见，即或保留、或拆除或改 善功能 . 1.1水利工程生态效应影响因子 水利工程生态效应影响因子按照水利工程对周 围环境因素的影响分为 4类， S卩 1)对人居环境的影 响因子，有气温、降水、湿度、自然疫源
8、性疾病、虫媒传 染病、地方性疾病等 .2)对野生动植物的影响因子， 有野生动物、野生植物、珍稀动物、珍稀植物等 .3)对 自然规律的影响因子，有水位、水深、流量、流速、诱发 地震、水土流失等 .4)对经济发展的影响因子，有投 资环境、工业生产条件、农业生产条件、旅游等 . 1.2水利工程生态效应分析 第一步：明确问题，首先要对问题有明确的认识， 弄清楚问题范围，包含的因素及其相互关系，解决问 题的目的 . 第二步：建立层次结构模型图屆 1).将问题所 包含的因素划分为不同层次，通常划分为最高层、中 间层、最低层 .最高层表示解决问题的目的，中间层 表示采取的措施，最低层表示解决问题的方案 .建
9、立 层次结构图图 2). 1)目标层：构筑水利工程生态效 应分析图的目的是分析水利工程的生态效应 .2)准 则层：准则层有 4个因子，即水利工程对人居环境的 影响，对野生动植物的影响，对自然规律的影响，对经 济发展的影响 .8)因子层 ： tA为水利工程对人居环境 的影响，反映在 气温、湿度、降水、地方疾病、自然疫源 传染、虫媒传染病共 6个因子； t/2为水利工程对野生 动植物的影响，反映在野生动物、野生植物、野生生物 方案层 |方案 1 | |方案 2| |方案 n| 图 1 层 次 分 析 模 型 和珍稀动物 4个因子； R为水利工程对自然规律的 影响，反映在水位、水深、水温、流速、诱发
10、地震和水土 流失 6个因子； t/4为水利工程对经济的影响反应在 投资环境、工业生产条件、农业生产条件和旅游业 4 个因子，共 20个因子 .4)方案层：保留、改善功能、 拆除 . 第三步：构造判断矩阵 .针对上层次某因素，对每 一层各个元素的相对重要性进行两两比较，用数值表 达判断，写成判断矩阵，假定 4层次中元素 A与下一 层次元素艮，尽， ，坟有联系，构造矩阵表 1).其中 表示对于心而言， 5,对的相对重要性 .通常 取 1,2, ，9及它们的倒数，其含义为： 1表示 fi,与 5;相 比，两者重要性相同； 3表示尽比 5;稍重要； 5表示 5, 比 6;重要； 7表示 5;比尽强烈重
11、要； 9表示 5,.比 5;.极 端重要 .2、 4、 6、 8及各数的倒数有相应的类似意义 . 判断 矩 阵 有 ， 几 ） ， 对 于 n阶 判断矩阵，仅需对 /I 6-1)/2个元素给出数值 . 图 2 层 次 结 构 G 水 利 水 电 技 术 第 35卷 2004年第 4期 孙宗凤 .等 /水利丄程的生态效应分析 表 1 判断矩阵 B2 Bn Bn 厶 12 bln B2 方 12 22 B2n Bn Bni 第四步：层次单排序及其一致性检验 .把同一层次 相应元素对于上一层次某元素相对重要性的排序权值 求出来，其方法是判断矩阵 A的满足等式 的最大特征根 A_和对应的特征向量 W，
12、 这个特征向 量即单排序权值 .为检验判断矩阵的一致性，需要计 算一致性指标 QJ max,? n- 还要判断矩阵的平均随机一致性指标对于 1，2阶判断， /?/只是形式上的，因为 1、 2阶判断矩阵 总具有完全一致性，当阶数大于 2时，判断矩阵的一 致性指标 C7与同阶平均随机一致性指标 /?/之比称之 为随机一致性比率，记为 C尺，当 C/?0.1时，认为判断 矩阵具有满意一致性 第五步：层次总排序 .计算同一层次所有元素对于 最高相对重要性的排序权值，称为层次总排序 .这一过 程是最高层次到最低层次逐层进行的 .若上一层次包 含 m个元素 Mm.， 其层次总排序权值分别为 %，电， ，
13、. ，下一层次 5包含 ra个兀素 5丨 ,52, ， 5.， 它 们 对 于 元 素 的 层 次 单 排 序 权 值 分 别 为 5层的总排序权值如表 2所列 . 表 2 S层的总排序权值 层次 A, A2 Am B层次总排序权重 2 dm bn 6 12 B2 厶 21 厶 22 厶 2m w2 Bn bnl bn2 Wn 第六步：层次总排序的一致性检验 .5层次总排 序随机一致性比率为 CR= - lRI, y=i 类似的，当 a?o.io时，认为层次总排序结果具有 满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值 1， 2连云港市河道生态效应分析 2.1构造判断矩阵 分层计算各因素权重，按
14、每一层次各因素两两之 间相对于上一级层次的影响程度进行的重要性，利用 Saaty的 19标度法进行打分，从而构成判断矩阵从 第二层开始 ）， Saaty标度法含义为 i因素相对 ； 因素的 重要性表 3).属于两相邻程度之中的，折衷取分可取 为 2,4,6,8, 表 3 Saaty标度法 重要性 同等重要 稍为重要 基本重要 明显重要 绝对重要 评分 1 3 5 7 9 2.2生态效应评价 评价对象是连云港市城市规划区内中心的河道 . 范围从狮树闸一大浦闸一玉带河闸一电厂闸一猴嘴 闸一大板跳闸 .分别向 10位专家发一张评议表，各位 专家采取不记名、不讨论的独立方法独立填表 .专家 由 2位环
15、保专家、 1位水利专家、 1位气象专家、 1位社 区工作者、 1位经济学家、 1位居民代表、 1位林业专 家、1位房地产商和 1位卫生专家 10人组成 .评议内 容为河道对人居环境的影响，对野生动植物的影响，对 自然规律的影响和对经济发展的影响 4个方面等 20 项 .结合实际需要，模糊评语集为优、良、差三个等级 . 表中评语栏中的数字为同意该等级的人数与参加评议 人数之比 .每一个因素权重及二级综合评价因素的权 重由专家评定 . 对该段河道因素集 /的 4个子集 CA,%， /3和 C/4 分别进行初始模糊综合评价 .从分析结果看，方案 2的 隶属度最大，即可评定为良，该水利工程应改善功能
16、. 3综合分析结论 水利工程兴建以后在经过后评估后，可能已达到 预先的经济效益，但是由于环境工作方法、技术、手段 都受到一定的限制，水利工程对环境的影响并不完全 象事无预料那样，在这种情况下要对水 利工程进行生 态效应分析 .生态效应有正反两个方面，对自然环境 起改善作用的称正效应，对自然环境起破坏作用的称 负效应 . 3.1水利工程对生态效应的正面影响分析 水利工程建成后，水利工程影响范围内的河流 和陆地生物多样性发生变化，濒危植物或动物分布 水 利 水 电 技 术 第 35卷 2004年第 4 期 7 孙宗凤，等 /水利工程的生态效应分析 区域发生变化，原本没有的动植物在此栖居 .比如连云
17、 港市大村水库除险加固后，蓄水位抬高，每年秋冬季节 有近万只野鸭在此过冬 .植物多样性反映在水草丛生， 浮游植物的种类组成，分布密度增加，植物量增加 .局 地气候改善，人居住在自然或人工水景的周围感到格 外舒适，空气中浮尘减少，人平均年生病的日数减少， 风景名胜增加了水体之后，游人增多，外资投入量增 加， GDP增加不是以牺牲环境作为代价，这样的水利 工程要保留和加强维护和管理，因为对生态环境的 改善起到了促进作用 . 3.2水利工程对生态效应的负面影响分析 一项水利工程经过国民经济分析评价，认为效 益很大，能很快收回投资，但环境方面由于受到各种 因素的影响，并没有按预测的方向发展，其负面影响
18、 为：水利工程兴建阻隔了水体中微生物与植物与土 壤的结合，使水体中一些微生物或植物失去生存的基 地，而导致生物多样性指数的减少，浮游生物种类、密 度、总量在减少；有些水利工程隔断了水流正常的运 行规律，使水成为静止的水体，在人类活动的干预 下，不断排放污水、垃圾等，造成水质恶化，直至不能 作为工农业生活用水的水源地；由于水质变臭，人们 离开原住所而搬迁到环境优美的地方，由于水质变 差，人们的发病率增加，肠道疾病发病率高等等 .还 有的水利工程兴建之后，上游泥沙来量 很大，由于没 有输沙设施，导致河道淤积水位上升，增加下游地区 的防洪压力 . 3.3改变水利工程生态效应的措施 任何事物都是一分为
19、二的 .水利工程兴建后也并 非都是利也有其有害的一面，因此，对产生生态负效应 的水利工程要采取有效的措施，以防止恶势的漫延 . 对已建工程进行改造，恢复自然状况 . 1)工程措施 .对已建工程实施改造要针对存在 问题提出改造方案、技术和手段 .对河库材料的改造， 已建工程采用浆砌块石或混凝土，破坏了水生动植物 对土壤依赖的特性，恢复水生动植物的附着地，须拆除 硬质护岸材料 .降低河道边坡，恢复 缓冲带，重建植被 . 但是这样往往会影响景观，加速河道的淤积，因此要对 Ch接第 4页） 参考文献： J李新，等 .黑河流域水资源信息系统设计 I.中国沙漠， 2000, 12). 8 河岸多样性进行研
20、宄，将人对景观的需求而建筑的亭 台楼阁与水生动植物对栖息地的需求结合起来，交错 使用不同类型的河流岸线，使垒叠石、土渠、硬质混凝 土材料构筑成多样的沿岸形式，使人、水、水生动植物 共生共存；对河道断面的改变，要重塑弯曲河谷，修复 浅滩涂槽 .自然河道断面呈不规则状的，人类为了取 悦感观，扩大土地面积往往束窄河道断面，将河流滩 地、堤坡据为己有，大肆开发土地 .河流滩地消失之 后，水位上升，湿生植物群让位给水生植物群落 .对于 裁弯取直工程及有规律的河道断面，要对小流域进行 模型试验，恢复河流自然断面型状，而在城市里的河 道则要因势利导，把空间留给水流，恢复河道自然状 况；蓄水工程兴建之后对生态
21、的影响巨大，工程措施 的补救在于修复水边湿地和沼泽，加强对水土流失的 防治，控制农田里化肥使用量，控制库区周边污水排 放量 . 2)非工程措施 .改善水利工程的生态效应除了 恢复河流的廊道之外，还有一 个非常重要的措施就 是加强管理 .水利工程综合起来有防洪、灌溉、养殖、 供水、除涝、航运等六大功能，还有一个十分重要的 功能，就是调水冲污，改善局地的水环境 .这就改变 了工程水利只有为防洪、灌溉、除涝服务等传统功 能，形成为生态环境改善服务的功能 .利用工程调 水抬高水库蓄水位，给库区周围野生动植物一个生 存环境 .加强对排污口的管理，减少污染物的排放 量，这些都是改善水利工程生态效应的非工程
22、措施 . 参考文献： |陈鸣钊，张志烈 .模糊数学及其应用 M.南京：河海大学出版社， 1992. E甘应爱，田丰 .运筹学 M.北京：清华大学出版社 ,2000. S贺仲雄 .模糊数学及其应用 M.天津：天津科学技术出版社， 1982. ft王明明，赵宝元 .运筹学与决策基础 M.北京：中国林业出版 社，2001. B程理民，吴江，张玉林 .运筹学模型与方法教程 Si.北京：清 华大学出版社， 2000. 责任编辑聂建平 ） 2黑河水量调度工作手册 E.2002. B陈俊华，等 .基于 RDBMS的空间数据库的设计与实现艮 ,2001 中国 GIS年会论文集 C.四川：成都， 2001. 责任编辑聂建平 ） 水利水电技术第 35卷 2004年第 4 期