灰色关联度分析在水电规划环评中的应用研究

-.灰色关联度分析在水电规划环评中的应用研究王兴太，李芳（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院环保移民分院，西安市丈八东路18号，710065）摘要：水电梯级开发对环境的影响是多层次、多目标的复杂灰色系统，为了优化规划环评技术导则中对环境可行规划方案的比选方法、在生态评价上有一个明确的结论，本文应用灰色关联度分析法评价我国西南地区某流域梯级水电开发对流域内水生生物的影响；通过比较各方案与最理想方案的灰色关联度，确定了最优方案；进而证明了将灰色关联度分析法应用于水电规划环境影响评价，不仅可以量化水电梯级规划对环境的影响程度，而且更有利于多个开发方案的比较优选。关键词：水电规划；环境影响评价；灰色关联度分析法水电梯级开发对环境的影响是多方面的，有有利影响也有不利影响，有暂时性影响也有长期性影响。传统的环境影响评价方法，如生态机理分析法仅能定性地预测或评价水电开发对环境的影响，不能量化地分析、直观地表达影响的程度。对于水电梯级开发环境影响的多层次、多目标的复杂灰色系统，运用灰色关联度分析法可以量化地分析水电梯级规划对环境的影响程度；根据计算得出的各可行规划方案与相对最优方案之间的关联系数，可以最终确定最优开发方案，将梯级水电开发对环境的不利影响从规划角度上控制到最低程度。1灰色关联度分析法简介1982年，中国学者邓聚龙教授创立了灰色系统理论，这是一种研究少数据、贫信息、不确定性问题的新方法。灰色系统理论以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控[1]。灰色系统分析方法包括灰色关联度分析法、灰色聚类分析法和灰色统计评估等。灰色关联度分析法（GRA）是1984年由邓聚龙教授创立的[2]。灰色关联分析是对某一发展变化系统的动态过程、发展态势的量化分析，能准确地反映各因素之间的亲疏次序和空间分布规律，灰色系统理论的要点在于不是把系统中的随机性看作一个-.随机信号，而是把它看成一个灰数；通过对原始数据的整理和处理来寻找其变化规律，可得到随机性弱化和规律性强化了的序列；经过把意图、观点和要求概念化、模型化，使灰色系统中不明确的因素逐渐明确，进而得到系统内各因素的关联度[3]。2实例研究我国西南地区某流域规划进行梯级水电开发，需要对其进行规划环境影响评价。该流域规划的三级开发方案和四级开发方案均为可行方案，本文将灰色关联度分析法应用于预测评价这两种方案的梯级水电开发对流域内水生生物的影响，比较两方案与最理想方案的关联度来确定最优开发方案，进而以此作为出发点来研究灰色关联度分析法在水电梯级规划环境影响评价中的应用。2.1确定影响级别该流域梯级水电开发对流域内水生生物的影响预测评价采用“影响级别加权评价法”，把水电开发对水生生物因子影响的环境效应分为7级，+1、+2、+3表示有利影响；0表示影响甚微；-1、-2、-3表示不利影响。+1、-1表示有影响；+2、-2表示影响较大；+3、-3表示影响显著。该流域各水生生物因子的权重由专家评定给出，以相对重要性表示。在确定理想方案和负理想方案的指标集时，负理想方案的负理想解均为-3，而理想方案的理想解可以是+3和0，因水生生物因子的不同，水电开发对某些水生生物因子的最理想的影响就是0（影响甚微）。2.2灰色关联度分析法评价原理与步骤2.2.1构造比较数列灰色关联度分析法是根据数列的可比性、可近性分析系统内部主要因素之间的相关程度，定量地描述系统内部结构之间的联系，是对系统内部各事物之间状态的量化比较分析[4]。设某个水电工程拟定有m个方案，每个方案均有n个环境因子，每个方案的环境因子的指标集构成一个数列：kXi，1,2,...,im；1,2,...,kn将该流域梯级水电开发对流域内水生生物的影响分为19个方面进行评价，因此该流域水生生物因子指标集构成一个数列，称之为比较数列：-.Xk，1,2,...,19k2.2.2构造参考数列另给定理想方案或负理想方案水生生物因子的指标集构成参考数列：0Xk，1,2,...,19k。该参考数列中的元素是该流域梯级水电开发方案对水生生物各因子影响预测值中的最优值或最劣值，以此来表示理想方案和负理想方案的水生生物因子评价指标集：01,2,...,19XkXXX表示理想方案指标集，Xk为相应的该流域水生生物因子最优预测值；01,2,...,19XkXXX表示负理想方案的指标集，Xk为相应的该流域水生生物因子最劣预测值。2.2.3进行同一化纯量处理该流域梯级水电开发方案对流域内水生生物影响的程度可以用其与灰色集合“理想”和“负理想”的关联度来表示。由于多目标决策问题都具有目标间的不可公度性与矛盾性的特征，为了保证评价指标的可比性，对该流域水生生物因子评价指标集：Xk，1,2,...,19k进行同一化纯量处理，同一化公式见（2.1）、（2.2）。对于越大越优的指标，用公式（2.1）进行同一化纯量处理：minmaxminkkkXkXkXkXkXk，1,2,...,19k（2.1）对于越小越优的指标，用公式（2.2）进行同一化纯量处理：maxmaxminkkkXkXkXkXkXk，1,2,...,19k（2.2）式中maxkXk，minkXk分别是该流域水生生物因子评价指标集Xk中第k项指标的最大值和最小值。该流域水生生物因子评价指标集Xk按公式（2.1）、（2.2）进行同一化处-.理后得到生成比较数列Xk，1,2,...,19k。同理，理想方案指标集：01,2,...,19XkXXX、负理想方案指标集：01,2,...,19XkXXX按公式（2.1）、（2.2）进行同一化处理后得到生成参考数列Xk，1,2,...,19k和Xk，1,2,...,19k。2.2.4计算灰色关联系数根据灰色关联度原理，该流域梯级水电开发方案与灰色集合“理想”、“负理想”的关联系数为：minmaxmaxkk，（2.3）minmaxmaxkk，（2.4）式中：maxmaxmaxkXkXk，minminminkXkXk，maxmaxmaxkXkXk，minminminkXkXk，kXkXk，kXkXk，是分辨系数，在0—1.0之间取任意数值，取值大小不影响评价结果，本次计算中取0.5。-.2.2.5计算加权灰色关联度和相对灰色关联度灰色关联系数只能反映生成参考数列与生成比较数列在各因子k的关联度，是孤立分散的信息。在该流域梯级水电开发对水生生物的影响评价中，各水生生物因子所占的权重不同。权重的确定属于“价值判断”的范畴[4]，本文采用专家评定方法确定。若确定权重集合为：1,2,...19Aaaa，则集中孤立分散的信息做均化处理得到生成参考数列与生成比较数列的加权灰色关联度为：111nnkkrakkak（2.5）111nnkkrakkak（2.6）则相对灰色关联度为：rRrr（2.7）rRrr（2.8）R越大表明该流域水电梯级开发方案越理想，R越大则表明该方案越不理想。2.3灰色关联度法评价结果我国西南地区该流域三级水电开发对流域内水生生物的影响灰色关联度评价结果见表1；该流域四级水电开发对流域内水生生物的影响灰色关联度评价结果见表2。-.表1西南地区某流域三级水电开发对水生生物的影响灰色关联度评价结果水生生物因子权重ak环境效应Xk理想解Xk综合评价负理想解XkXkXkak×kXkXkak×k浮游植物物种多样性213-30.66711.20.33310.857密度223-30.83311.50.16710.75生物量223-30.83311.50.16710.75浮游动物物种多样性213-30.66711.20.33310.857密度223-30.83311.5010.75生物量233-31120.33310.667底栖动物物种多样性213-30.66711.20.33310.857生物量213-30.66711.20.33310.857水生维管束植物物种多样性213-30.66711.20.33310.857生物量213-30.66711.20.33310.857鱼类物种多样性9-10-30.66715.40.33313.857区系组成6-10-30.66713.60.33312.571洄游14-30-3014.6671114繁殖8-20-30.33313.4290.66714.8产卵场12-10-30.66717.20.33315.143种质交流6-20-30.33312.5710.66713.6土著鱼类资源量11-20-30.33314.7140.66716.6库区内鱼产力623-30.83314.50.16712.25珍稀保护鱼类8-20-30.33313.4290.66714.8合计1910053.2155.68-.表2西南地区某流域四级水电开发对水生生物的影响灰色关联度评价结果水生生物因子权重ak环境效应Xk理想解Xk综合评价负理想解XkXkXkak×kXkXkak×k浮游植物物种多样性223-30.83311.50.16710.75密度223-30.83311.50.16710.75生物量223-30.83311.50.16710.75浮游动物物种多样性223-30.83311.50.16710.75密度223-30.83311.50.16710.75生物量233-3112010.667底栖动物物种多样性223-30.83311.50.16710.75生物量223-30.83311.50.16710.75水生维管束植物物种多样性223-30.83311.50.16710.75生物量223-30.83311.50.16710.75鱼类物种多样性9-10-30.66715.40.33313.857区系组成6-10-30.66713.60.33312.571洄游14-30-3014.6671114繁殖8-20-30.33313.4290.66714.8产卵场12-10-30.66717.20.33315.143种质交流6-30-3012116土著鱼类资源量11-20-30.33314.7140.66716.6库区内鱼产力633-3116012珍稀保护鱼类8-20-30.33313.4290.66714.8合计1910055.9457.19我国西南地区某流域三级水电开发方案与理想方案和负理想方案的加权灰色关联度为：r3=0.5321，r3=0.5568，按照公式（2.7）、（2.8）计算其相对灰色关联度为：R3=0.4887，R3=0.5113；该流域四级水电开发方案与理想方案和负理想方案的加权灰色关联度为：r4=0.5594，r4=0.5719，其相对灰色关联度为：R4=0.4945，R4=0.5055。-.R4＞R3表明四级开发方案与理想方案的相对灰色关联度大于三级开发方案与理想方案的相对灰色关联度，就该流域梯级水电开发对流域内水生生物的有利影响而言，四级水电开发大于三级水电开发；R4＜R