基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究.pdf

1、流域梯級(jí)水電開發(fā)能夠高效利用水能資源，自“六五”開始，中國(guó)一直將大力推進(jìn)流域梯級(jí)水電開發(fā)作為重要的能源戰(zhàn)略。然而近二十年來，水電站引發(fā)的負(fù)面生態(tài)環(huán)境影響日益受到關(guān)注，與單個(gè)水電站相比，一條河流上的多個(gè)梯級(jí)水電站所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響，其成因更復(fù)雜、范圍更廣泛。如何全面、整體、系統(tǒng)地分析和評(píng)價(jià)這些生態(tài)環(huán)境影響，進(jìn)而強(qiáng)化其中的正面因素，緩解、控制甚至避免負(fù)面因素，對(duì)于提升中國(guó)流域水電梯級(jí)開發(fā)的可持續(xù)性至關(guān)重要。
　　 梯級(jí)水電站群體通

2、常包含一個(gè)或多個(gè)具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的大型水電站，將一條河流分割成為數(shù)個(gè)河段，并且可以進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度。與單個(gè)水電工程相比，在一條河流上的各梯級(jí)水電站作為一個(gè)整體，其生態(tài)環(huán)境影響既根源于單個(gè)水電站的生態(tài)環(huán)境影響，又因?yàn)殡娬局g的系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性而可能增強(qiáng)或削弱單個(gè)水電站的生態(tài)環(huán)境影響，甚至在流域內(nèi)產(chǎn)生新的累積影響——各級(jí)水電站與所在流域的各類生態(tài)環(huán)境要素相互作用進(jìn)而構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，即“梯級(jí)復(fù)合生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)”。
　　 分析和評(píng)價(jià)梯級(jí)水電

3、開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響，不僅需要在各生態(tài)環(huán)境要素所屬的專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)分門別類地開展研究，更需要基于系統(tǒng)科學(xué)，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)，多學(xué)科交叉地構(gòu)建更為全面的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)理論與方法框架。這樣的理論與方法框架能夠增強(qiáng)各專業(yè)領(lǐng)域研究成果的內(nèi)在聯(lián)系，并有助于獲取針對(duì)梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的整體認(rèn)識(shí)。然而，我國(guó)目前有關(guān)梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究主要集中于專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域，十分缺乏基于系統(tǒng)視角的整體評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)方法。因此，探討如何基于（復(fù)雜）

4、系統(tǒng)科學(xué)，多學(xué)科交叉地構(gòu)建梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的整體分析與評(píng)價(jià)模型，對(duì)于理論研究和實(shí)際應(yīng)用都有重要意義，既能夠體現(xiàn)梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究趨勢(shì)，也能夠迎合我國(guó)流域水電可持續(xù)發(fā)展的實(shí)際需求。
　　 本文就是在系統(tǒng)科學(xué)的指導(dǎo)下，構(gòu)建梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響分析與評(píng)價(jià)的整體模型，并探討各類適于該模型的生態(tài)環(huán)境影響系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)方法。論文不僅注重增強(qiáng)研究?jī)?nèi)容的學(xué)科交叉性、綜合性、普適性與全面性，使研究成果能夠?qū)Ω嗟模ㄌ菁?jí)

5、）水電工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作起到參考作用；而且注重提升系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)方法的結(jié)構(gòu)化，使評(píng)價(jià)過程便于維護(hù)、易于計(jì)算機(jī)化。論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)歸納綜合國(guó)內(nèi)外梯級(jí)水電開發(fā)實(shí)例，類比分析梯級(jí)水電開發(fā)與單項(xiàng)水電開發(fā)在各類生態(tài)環(huán)境影響方面的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，進(jìn)而提取出梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的基本特征。研究表明：梯級(jí)水電開發(fā)的基本模式可以分為3大類：Ⅰ型（龍頭-徑流復(fù)合式）、Ⅱ型（連續(xù)調(diào)節(jié)式）、Ⅲ型（連續(xù)徑流式）；梯級(jí)水電開

6、發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響，在河流破碎化、河流生境改變、水體自凈能力變化以及流域景觀格局等方面比單項(xiàng)水電工程要顯著的多，但與此同時(shí)，梯級(jí)水電開發(fā)具備更多可以調(diào)控這些生態(tài)環(huán)境影響的環(huán)節(jié)；梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的基本特征為整體性、累積性、可控性；給出梯級(jí)水電開發(fā)的主要生態(tài)環(huán)境影響因素清單，在其中選取“突出生態(tài)環(huán)境效益”以及“敏感生態(tài)環(huán)境問題”作為后續(xù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。
　　 (2)定義梯級(jí)復(fù)合生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，并基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（Syst

7、em Dynamics，SD，一種復(fù)雜系統(tǒng)分析方法）的因果反饋分析理論，對(duì)梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的產(chǎn)生過程進(jìn)行機(jī)理分析。研究表明：梯級(jí)復(fù)合生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)，也是梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響分析與評(píng)價(jià)的研究對(duì)象；該系統(tǒng)在5個(gè)典型場(chǎng)景下的機(jī)理分析結(jié)果一方面描述了各種累積影響的影響路徑，另一方面證明了梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響的“可控性”與“生態(tài)調(diào)度”策略之間的密切關(guān)系。
　　 (3)基于復(fù)雜系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)建模方法，構(gòu)建梯級(jí)水電開發(fā)生

8、態(tài)環(huán)境影響回顧評(píng)價(jià)模型。研究成果包括：回顧評(píng)價(jià)的概念模型和評(píng)價(jià)流程，回顧評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，回顧評(píng)價(jià)方法，以及基于UML的“水體富營(yíng)養(yǎng)化”回顧評(píng)價(jià)的邏輯模型。結(jié)果表明：以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的影響程度評(píng)判過程對(duì)于目前的數(shù)據(jù)積累水平而言，是可行而有效的；基于UML構(gòu)建面向?qū)ο蟮倪壿嬆Ｐ?，該模型與面向過程的邏輯模型相比，在可重用性、可維護(hù)性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠提升回顧評(píng)價(jià)過程計(jì)算機(jī)化的可行性。
　　 (4)在機(jī)理分析的研究成果的基礎(chǔ)上，選擇

9、復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為建模方法，構(gòu)建梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型。研究成果包括：將SD方法與基于Agent的建模（Agent-based Modelling，ABM）方法相結(jié)合構(gòu)建預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的整體框架模型，以及基于SD方法的“水電工程移民相關(guān)影響”預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)實(shí)例。結(jié)果表明：復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為難以用數(shù)學(xué)模型或統(tǒng)計(jì)分析模型來表述，而系統(tǒng)仿真方法是復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為建模的有效方法；SD仿真方法與ABM仿真方法各有優(yōu)勢(shì)，都擁有較為成熟的仿真平臺(tái)，適

10、用于通用領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)行為預(yù)測(cè)，因此應(yīng)該利用它們的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將二者結(jié)合起來構(gòu)建預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的整體模型；基于SD與ABM的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)整體框架模型不僅具有面向?qū)ο蟮撵`活結(jié)構(gòu)，而且保留了耦合其他專業(yè)領(lǐng)域模塊、以及根據(jù)知識(shí)的增長(zhǎng)不寬擴(kuò)展和修正的空間；Vensim是較為成熟的SD仿真軟件，能夠處理一定范圍的梯級(jí)水電開發(fā)生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)問題。
　　 總之，基于（復(fù)雜）系統(tǒng)科學(xué)理論開展梯級(jí)水電工程的生態(tài)環(huán)境影響分析與評(píng)價(jià)研究，構(gòu)建分析與評(píng)價(jià)的整