胡國平 王超群 黎良輝

摘要：

為應(yīng)對小型水庫病險老化、功能喪失、經(jīng)濟效益衰退及生態(tài)系統(tǒng)退化等影響，保障水庫退役科學(xué)決策、促進退役工作開展，應(yīng)用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法從生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟和社會3個方面建立了小型水庫退役影響評價模型，對水庫退役影響進行分析評價。以江西省某小型水庫為例進行驗證，考察水庫退役后基本情況，確定模糊關(guān)系矩陣與權(quán)重并進行綜合評價，結(jié)果表明：評價模型合理，評價結(jié)果與現(xiàn)狀相符。所構(gòu)建的方法體系對于小型水庫退役決策適用性較強，可為相關(guān)部門制定水庫退役計劃提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：

小型水庫； 退役影響； 模糊網(wǎng)絡(luò)分析法； 評價模型

中圖法分類號：TV697

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.04.014

文章編號：1006-0081（2023）04-0082-07

0 引 言

退役是小型水庫運行周期的重要階段和必然結(jié)果。中國10萬多座水庫中，大部分建于20世紀(jì)50年代，存在工程質(zhì)量和管理缺失等方面的問題，病險水庫多達40%。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年年底，中國實施降等與報廢的水庫6 539座，其中降等4 021座（中型3座、小型4 018座），報廢2 518座（中型3座、小型2 515座），水庫降等與報廢工作嚴(yán)重滯后，危害人民生命和財產(chǎn)安全。為規(guī)范水庫的降等與退役，中國于2003年出臺《水庫降等與報廢管理辦法》，2013年發(fā)布配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《水庫降等與報廢標(biāo)準(zhǔn)》，并在2016年底發(fā)布的《水電“十三五”規(guī)劃》中提到“建立中小水電破壞生態(tài)環(huán)境懲罰退出機制”。這些政策為水庫大壩降等和退役提供依據(jù)，但僅針對水庫大壩運行管理方面，而對退役大壩的拆除方面，如拆除大壩后如何修復(fù)河道和周圍生態(tài)系統(tǒng)以及拆壩后的社會經(jīng)濟和生態(tài)影響評價等問題未出臺相關(guān)的政策和實施細(xì)則。總結(jié)現(xiàn)有的水庫退役影響研究相關(guān)文獻，水庫退役影響研究以定性分析為主，且偏向于退役后的生態(tài)環(huán)境影響，定量分析和綜合性分析較少。Doyle等［1］提出了概念性渠道演變模型（CEM），Bednarek［2］從時間維度入手，分析總結(jié)拆壩后短期內(nèi)生態(tài)指標(biāo)變化和達到新的準(zhǔn)平衡狀態(tài)的長期生態(tài)效應(yīng)。方崇等［3］聚焦于魚類種類和數(shù)量變化的研究，指出拆壩后受河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，靜水環(huán)境消失，新生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建使得魚類豐度增強的狀況。王若男、俞云利等［4-5］針對拆壩對生態(tài)系統(tǒng)的影響，提出了河流修復(fù)措施的研究方向和應(yīng)用前景。本文基于現(xiàn)狀，對小型水庫退役影響進行分析研究，系統(tǒng)整理了水庫退役的生態(tài)、經(jīng)濟和社會影響，并就江西某小型水庫的退役影響進行綜合評價，優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)分析法建立評價體系，考慮到影響評價的模糊特性，引入模糊數(shù)學(xué)理論以降低網(wǎng)絡(luò)分析法的主觀影響，使評價結(jié)果更為準(zhǔn)確客觀。

1 小型水庫退役影響評價方法

水庫退役相關(guān)評價方法主要有層次分析法、熵值法及其變種反熵值法等，但上述方法不能準(zhǔn)確表達各影響指標(biāo)間的耦合關(guān)系及模糊特性。本文采用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法（F-ANP）［6］研究小型水庫退役影響。該方法是基于網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）［7］和三角模糊數(shù)理論［8］的綜合分析方法，考慮了各評價指標(biāo)之間的相互關(guān)系，具有一定層次性，一定程度上克服了模糊綜合評判和網(wǎng)絡(luò)分析法的局限性，整體系統(tǒng)性較強，是網(wǎng)絡(luò)分析法在偶然性、模糊性和不確定性上定性量化的一種延伸方法。

1.1 網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層。建立指標(biāo)評價體系后，各指標(biāo)間并不是相互獨立的，而是互相影響，存在一定的耦合關(guān)系，ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

利用指標(biāo)間的相對重要性，建立判斷矩陣：

ejl=ei1ei2…ei2

ei2ei2…ei2

einieini…eini（1）

由特征根法得到排序向量W（jl）i1，W（jl）i2，…，W（jl）ini，記Wij為：

W=W（j1）i1W（j2）i2…W（jnj）i2Wi2W（j2）i2…W（jnj）i2

W（j1）iniW（j2）ini…W（jnj）ini（2）

W為所有因子相互影響下所得的超矩陣，求解后即為各因子之間的相對權(quán)重。

胡國平 等 基于模糊網(wǎng)絡(luò)分析法的小型水庫退役影響評價

1.2 三角模糊數(shù)理論

模糊數(shù)是對某個對象模糊特性的表達，利用三角模糊數(shù)整合意見，克服人為主觀性，使決策更加科學(xué)合理。

設(shè)有函數(shù)F=x∈RμF（x），Rl：－∞

μM（x）=?? 0????? xu

（x－l）/（m－l） ??l≤x≤m

（x－u）/（m－u）? m≤x≤u（3）

式中：l≤m≤u，l是M的上界，m是M的中值，u是M的下界。l和u代表著判斷的模糊程度，u－l與模糊程度成正比，當(dāng)l=m=u時，M是普遍意義的實數(shù)。三角模糊數(shù)轉(zhuǎn)化標(biāo)度見表1。

1.3 模糊網(wǎng)絡(luò)分析法評判步驟

該方法通過網(wǎng)絡(luò)分析法構(gòu)建指標(biāo)體系，運用三角數(shù)學(xué)運算原理，建立模糊評判矩陣，并對結(jié)果進行綜合評判，主要步驟如下。① 確定ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；谠u價因素之間的相互關(guān)系，確定出合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。② 確定因素集及評語集。確定評價目標(biāo)的評語集：V=V1，V2，…，Vm；確定評價因素集U=U1，U2，…，Uk，…，Un。③ 確定模糊關(guān)系矩陣。進行單因素評價，建立模糊關(guān)系矩陣。即U到V的關(guān)系矩陣R。④ 用ANP法確定權(quán)重。采用1～9標(biāo)度法確定判斷矩陣具有一定離散性，因素之間的相對重要性判斷標(biāo)準(zhǔn)很大程度上取決于主觀判斷，使用三角模糊數(shù)學(xué)是網(wǎng)絡(luò)分析法在偶然性、模糊性和不確定性方面進行量化的一種延伸方法。⑤ 確定結(jié)果。運用模糊數(shù)學(xué)運算方法，確定綜合評價結(jié)果。計算取用不同算子解決不同實際問題。常用的為M（∧，∨），M（g，∨），M（∧，），M（g，），見表2。本文選擇M（∧，）算子來計算加權(quán)平均值，根據(jù)最終指標(biāo)向量，結(jié)合評語集確定評價結(jié)論。

2 模糊網(wǎng)絡(luò)分析法評價模型構(gòu)建

小型水庫退役影響在時間和空間上是綜合變化的過程［9］，時間變量維度上，本文選取的各影響指標(biāo)以生態(tài)影響為初始影響、經(jīng)濟影響為次生影響、社會影響為最終效應(yīng)，綜合對空間維度的考量，以水庫上游、主體和下游等指標(biāo)建立模糊網(wǎng)絡(luò)分析法評價模型。

2.1 ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各指標(biāo)間相互影響，存在一定的耦合關(guān)系，見圖2。

2.2 構(gòu)建因素集與評語集

2.2.1 因素集構(gòu)建

根據(jù)模糊網(wǎng)絡(luò)分析法原理構(gòu)建水庫退役影響評價因素集，建立某水庫退役影響評價體系，見圖3。結(jié)合上述ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖和某水庫退役影響分析體系，進一步厘清各個指標(biāo)水間的耦合關(guān)系，見表3。

2.2.2 評語集構(gòu)建

評語集是對各層次評價指標(biāo)的一種語言描述，是專家評審人對各評價指標(biāo)所給出的評語集合。本模型根據(jù)水庫退役各種影響大小將評語分為五級，將標(biāo)準(zhǔn)定量化為百分制，具體的評價集確定為V=v1，v2，v3，v4，v5=特優(yōu)，優(yōu)，良，中，差，具體評價標(biāo)準(zhǔn)：評價得分90分以上，評價等級為特優(yōu)，表示超出預(yù)期結(jié)果；得分80分以上，等級為優(yōu)秀，表示達到預(yù)期結(jié)果；得分70分以上，等級為良好，表示比較符合預(yù)期結(jié)果；得分60分以上，等級為中等，表示基本符合預(yù)期結(jié)果；得分低于60分時，等級為差，表示達不到預(yù)期結(jié)果。

2.3 確定模糊關(guān)系矩陣

對三級因素進行單因素評價，建立單因素評價矩陣。即A到V的關(guān)系矩陣R。

R=r11r12r13…r1nr21r22r23…r2nrm1rm2rm3…rmn（4）

2.4 確定權(quán)重

本文從二級指標(biāo)物理化學(xué)影響C11、生境影響C12、生物影響C13、經(jīng)濟成本C21、經(jīng)濟效益C22、社會效益損失C31、社會效益C32等7個方面進行評價。邀請專家對評價對象進行評估，對評估結(jié)果進行統(tǒng)計，得到模糊兩兩判斷矩陣，再用特征根法（借助MATLAB軟件進行運算）計算出合適權(quán)重向量。具體步驟如下。

（1） 構(gòu)造三級指標(biāo)模糊權(quán)重矩陣。構(gòu)建退役影響評價模型，考慮各元素組之間存在互相影響關(guān)系，得到成分模糊關(guān)系矩陣A。

A=a11a12a13a14a15a16a17a21a22a23a24a25a26a27a31a32a33a34a35a36a37a41a42a43a44a45a46a47a51a52a53a54a55a56a57a61a62a63a64a65a66a67a71a72a73a74a75a76a77（5）

（2） 在元素集C11（物理化學(xué)影響）中，以元素D11（水文影響）為準(zhǔn)則，元素集C11（物理化學(xué)影響）中的元素D11（水文影響）、D12（泥沙影響）、D13（地形地貌影響）、D14（水質(zhì)影響）對元素D11（水文影響）的影響大小按照1～9標(biāo)度法構(gòu)建模糊判斷矩陣。

通過特征根法可得排序向量（W（11）11，W（11）12，W（11）13，W（11）14）T，即元素集C11中元素D11，D12，D13，D14對元素D11影響程度的排序向量。同理，分別以元素D12（泥沙影響）、元素D13（地形地貌影響）和元素D14（水質(zhì)影響）為準(zhǔn)則，可得排序向量（W（12）11，W（12）12，W（12）13，W（12）14）T、（W（13）11，W（13）12，W（13）13，W（13）14）T和（W（14）11，W（14）12，W（14）13，W（14）14）T。將上述4個特征向量進行矩陣組合，可以得到模糊判斷矩陣W11。

（3） 按照相同計算原理，最終可得模糊判斷矩陣W11，…，W17；W21，…，W27；W31，…，W37；W41，…，W47；W51，…，W57；W61，…，W67，W71，…，W77求得二級結(jié)構(gòu)模糊矩陣，即模糊超矩陣W。

W=W11W12W13W14W15W16W17W21W22W23W24W25W26W27W31W32W33W34W35W36W37W41W42W43W44W45W46W47W51W52W53W54W55W56W57W61W62W63W64W65W66W67W71W72W73W74W75W76W77（6）

（4） 構(gòu)造模糊加權(quán)超矩陣計算權(quán)重W—。

W—=A·W=

a11W11a12W12a13W13a14W14a15W15a16W16a17W17a21W21a22W22a23W23a24W24a25W25a26W26a27W27a31W31a32W32a33W33a34W34a35W35a36W36a37W37a41W41a42W42a43W43a44W44a45W45a46W46a47W47a51W51a52W52a53W53a54W54a55W55a56W56a57W57a61W61a62W62a63W63a64W64a65W65a66W66a67W67a71W71a72W72a73W73a74W74a75W75a76W76a77W77（7）

重復(fù)上述步驟可得層次B（B1，B2，B3）的成分模糊關(guān)系矩陣B、模糊超矩陣M及以層次B準(zhǔn)則的加權(quán)超矩陣M—。且A=M—，可得

W—=A·W=M—·W=B·M·W（8）

（5） 計算極限排序。利用最大特征根法求得W的最大特征根1所對應(yīng)的歸一化特征向量Wt，Wt即為各項評價指標(biāo)對大壩退役影響評價的權(quán)重。根據(jù)Wt中各數(shù)值的大小所對應(yīng)的評價指標(biāo)進行降序排列，其排序即為所選評價指標(biāo)對大壩退役影響評價權(quán)重大小的排序。

2.5 確定評價結(jié)果

根據(jù)權(quán)向量Wt和模糊評價值矩陣R，進行綜合評判，可得評判模型Q。

Q=Wt·R（9）

式中：Q為綜合評判向量；R為綜合評判矩陣；Wt表示該層指標(biāo)的權(quán)向量；運算符“·”為模糊算子。

3 實例分析

3.1 水庫基本情況

3.1.1 水庫退役前基本情況

江西省撫州市高新區(qū)某水庫設(shè)計灌溉面積約33.33 hm2（500畝），影響人口800人，是一座以防洪為主，兼有灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的小（2）型水庫。水庫實際總庫容5.03萬m3，未達到原庫容26.1萬m3，實際功能指標(biāo)達不到水庫原工程設(shè)計。該水庫位于改造提升示范項目規(guī)劃區(qū)內(nèi)，退役后為城市景觀湖，在經(jīng)濟、社會生活及生態(tài)等方面具有重大意義，水庫原狀及退役效果見圖4～5。

3.1.2 水庫退役后基本情況

（1） 生態(tài)系統(tǒng)狀況。生態(tài)系統(tǒng)狀況調(diào)查主要分為以下6個方面。① 水文。測量拆壩前后大壩上下游的流速比、水溫比和徑流量比。② 泥沙。原庫區(qū)大部分泥沙已在枯水期挖除，遺留泥沙采取原地固置和自然沖蝕的方式處理，該河流自然美觀，不存在明顯的堵塞現(xiàn)象。③ 地形地貌。專家組走訪了庫區(qū)周邊，拆壩前大部分河岸不穩(wěn)定情況得到明顯改善，拆壩后加固河岸，河岸穩(wěn)定性增加。④ 水質(zhì)。水質(zhì)評價共選取pH值、溶解氧、濁度、生物需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）等指標(biāo)，拆壩后水質(zhì)得到明顯改善。⑤ 河流。拆壩后未發(fā)現(xiàn)河流有明顯堵塞現(xiàn)象，下游河段塊石卵石較多，河床基質(zhì)較為豐富。⑥ 植物覆蓋率。通過歷史遙感影像資料和現(xiàn)場調(diào)查，河道及岸邊整治工作全部完成后植物覆蓋率顯著提升。

（2） 經(jīng)濟影響狀況。專家組復(fù)核了該水庫退役資金，以其有效利用率作為評分標(biāo)準(zhǔn)打分，水庫退役節(jié)省的運行維護費用和安全費用等粗略采用歷年平均費用，由專家進行評分?，F(xiàn)場走訪得知生態(tài)公園周邊土地的財產(chǎn)價值得到極大提升，生態(tài)公園的美學(xué)價值和觀光旅游等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值顯著增強。

（3） 社會影響狀況。采用發(fā)放問卷的方式調(diào)查社會影響滿意度，共發(fā)放100份問卷，回收100份，有效問卷92份。專家根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果評估其社會影響。

3.2 確定模糊關(guān)系矩陣

為得到較為真實的水庫退役影響評價，本文征求水庫降等與報廢工程項目專家共20人組成評審團，結(jié)合上文指標(biāo)評價，以問卷調(diào)查的形式對綜合評價系統(tǒng)第三層元素進行單因素評價。通過對調(diào)查表的回收、整理、統(tǒng)計，得到評價結(jié)果如表4所示。根據(jù)表4，建立單因素評價矩陣，即U到V的關(guān)系矩陣R。

3.3 確定權(quán)重

根據(jù)上述統(tǒng)計，構(gòu)造模糊加權(quán)超矩陣并計算權(quán)重。利用最大特征根法求得W—的最大特征根1所對應(yīng)的歸一化特征向量Wt，見式（10），Wt為各項評價指標(biāo)對大壩退役影響評價的權(quán)重。根據(jù)Wt中各數(shù)值的大小所對應(yīng)的評價指標(biāo)進行降序排列，其排序即為所選三級評價指標(biāo)對大壩退役影響評價權(quán)重大小的排序，各項評價指標(biāo)權(quán)重見表5。

Wt=（0.0303，0.0285，0.0223，0.0289，0.0530，

0.0505，0.0586，0.0277，0.0515，0.0893，0.0631，

0.0553，0.0867，0.0715，0.0445，0.0355，0.0315，

0.0471，0.0809，0.0435）T（10）

3.4 綜合評價

本文綜合評價合成算子選擇M（∧，）型，即加權(quán)平均型算子，計算結(jié)果如下。

Q=Wt·R=

0.0303

0.0285

0.0223

0.0289

0.0530

0.0505

0.0586

0.0277

0.0515

0.0893

0.0631

0.0553

0.0867

0.0715

0.0445

0.0355

0.0315

0.0471

0.0809

0.0435T

0.000.150.750.100.00

0.000.100.700.200.00

0.000.150.650.200.00

0.000.150.600.250.00

0.000.350.600.050.00

0.000.450.550.000.00

0.000.600.400.000.00

0.000.200.550.250.00

0.200.650.150.000.00

0.300.650.050.000.00

0.000.550.450.000.00

0.350.400.250.000.00

0.000.400.600.000.00

0.000.000.850.150.00

0.000.150.600.250.00

0.000.300.600.100.00

0.000.500.500.000.00

0.000.600.400.000.00

0.000.250.500.250.00

0.000.200.650.150.00=

（0.05640.37020.49120.08210.0000）（11）

最終得分計算公式為

S=Q·F（12）

式中：S表示水庫退役影響評估綜合得分；F為評價集分值向量，且F=10090807060T。經(jīng)計算S=84.01分，根據(jù)評語集判斷標(biāo)準(zhǔn)，評分80分以上，達到預(yù)期結(jié)果。

3.5 評價模型應(yīng)用

根據(jù)上述評價模型及計算步驟，可將模型應(yīng)用于其他類型水庫。某水庫是一座?。?）型水庫。水庫正常高水位為59.60 m（黃海系統(tǒng)，下同），相應(yīng)庫容63.2萬m3；死水位53.60 m，相應(yīng)庫容1.1萬m3，因城區(qū)開發(fā)及水庫原設(shè)計功能逐漸喪失，該水庫退役后應(yīng)用上文評價模型計算得到的最終結(jié)果為

Q=（0.04320.42380.41400.08360.0354）

經(jīng)計算S=83.56分，根據(jù)評語集，評分80分以上為達到預(yù)期結(jié)果，通過本文評估體系得出該水庫退役影響在準(zhǔn)確性上較可靠，驗證了評價模型建立合理，評價方法可行有效。

4 結(jié) 論

本文運用模糊網(wǎng)絡(luò)分析方法評價江西省某小型水庫的退役影響，考慮了水庫退役影響指標(biāo)之間的耦合關(guān)系與影響指標(biāo)模糊特性，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理降低網(wǎng)絡(luò)分析法的主觀影響，最終的評價結(jié)果與實際情況相符合，文中所建立的模型較為準(zhǔn)確，為水庫退役工作提供一定借鑒和指導(dǎo)。

參考文獻：

［1］ DOYLE M W，STANLEY E H，HARBOR J M.Channel adjustments following two dam removals in Wisconsin［J］.Water Resources Research，2003，39（1）：1011.

［2］ BEDNAREK A T.Undamming rivers：Areview of the ecological impacts of damremoval［J］.Environmental Management，2001，27（6）：803-814.

［3］ 方崇，蘇超，陸克芬，等.退役大壩拆除后對河流魚類生長環(huán)境的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（19）：8120-8122.

［4］ 王若男.退役閘壩拆除對河流生態(tài)環(huán)境影響調(diào)查評價技術(shù)［D］.邯鄲：河北工程大學(xué)，2015.

［5］ 俞云利，史占紅.拆壩措施在河流修復(fù)中的運用［J］.人民長江，2005，36（8）：15-17.

［6］ 周志維，馬秀峰.基于F-ANP法的大壩風(fēng)險評價與管理技術(shù)研究［J］.中國水利，2021（4）：41-44.

［7］ 王蓮芬，蔡海鷗.網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）的理論與算法［C］∥中國系統(tǒng)工程學(xué)會.中國系統(tǒng)工程學(xué)會決策科學(xué)專業(yè)委員會第四屆學(xué)術(shù)年會論文集.北京：海洋出版社，2001.

［8］ 柏茜，劉波，姜新佩.三角模糊數(shù)在水利工程建設(shè)項目風(fēng)險評估中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2021，41（9）：74-78.

［9］ 譚界雄，李星，楊光，等.新時期我國水庫大壩安全管理若干思考［J］.水利水電快報，2020，41（1）：55-61.

（編輯：唐湘茜，張 爽）

Impact assessment of small reservoirs decommissioning based on Fuzzy Analytic Network Process

HU Guoping1，WANG Chaoqun2，LI Lianghui2

（1.Jiangxi Academy of Water Sciences and Engineering，Nanchang 330029，China； 2.School of Engineering and Construction，Nanchang University，Nanchang 330031，China）Abstract：

In order to cope with the effects of dangerous aging，function loss，economic decline and ecosystem degradation of small reservoirs in China，ensure the scientific decision of reservoir decommissioning and promote the decommissioning work，the Fuzzy Network Analysis Process was applied to establish a small reservoir decommissioning impact evaluation model from three aspects of ecological environment，economy and society，to analyze and evaluate the impact of reservoir decommissioning.Taking a small reservoir in Jiangxi Province as an example，the basic situation of the reservoir after decommissioning was investigated，the fuzzy relation matrix and weight were determined and the comprehensive evaluation was carried out.The results showed that the evaluation model was reasonable and the evaluation results were consistent with the current situation，which indicated that the constructed method system has strong applicability to the decommissioning decision of small reservoirs，and can provide technical support for the relevant departments to make reservoir decommissioning plans.

Key words：

small reservoirs； decommissioning impact； Fuzzy Analytic Network Process； evaluation model

收稿日期：

2022-06-10

基金項目：

江西省水利廳科技項目（202022YBKT25）；江西省水利行業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)制定項目（202223BZKT03）；江西省水利行業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)制定項目（202324BZKT02）

作者簡介：

胡國平，男，高級工程師，碩士，主要從事水工程安全評價及防災(zāi)減災(zāi)研究工作。E-mail：190373590@qq.com