文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
基于复杂系统理论的梯级水电开发生态环境影响评价研究
姓名:付雅琴
申请学位级别:博士
专业:系统分析与集成
指导教师:王乘;张秋文
20090525
华中科技大学博士学位论文
摘要
流域梯级水电开发能够高效利用水能资源,自“六五”开始,中国一直将大力
推进流域梯级水电开发作为重要的能源战略。然而近二十年来,水电站引发的负面
生态环境影响日益受到关注,与单个水电站相比,一条河流上的多个梯级水电站所
引发的生态环境影响,其成因更复杂、范围更广泛。如何全面、整体、系统地分析
和评价这些生态环境影响,进而强化其中的正面因素,缓解、控制甚至避免负面因
素,对于提升中国流域水电梯级开发的可持续性至关重要。
梯级水电站群体通常包含一个或多个具有较强调节能力的大型水电站,将一条
河流分割成为数个河段,并且可以进行联合调度。与单个水电工程相比,在一条河
流上的各梯级水电站作为一个整体,其生态环境影响既根源于单个水电站的生态环
境影响,又因为电站之间的系统性和关联性而可能增强或削弱单个水电站的生态环
境影响,甚至在流域内产生新的累积影响——各级水电站与所在流域的各类生态环
境要素相互作用进而构成了一个复杂系统,即“梯级复合生态环境系统”。
分析和评价梯级水电开发的生态环境影响,不仅需要在各生态环境要素所属的
专业学科领域内分门别类地开展研究,更需要基于系统科学,尤其是复杂系统科学,
多学科交叉地构建更为全面的生态环境影响评价理论与方法框架。这样的理论与方
法框架能够增强各专业领域研究成果的内在联系,并有助于获取针对梯级水电开发
生态环境影响的整体认识。然而,我国目前有关梯级水电开发生态环境影响评价的
研究主要集中于专业学科领域,十分缺乏基于系统视角的整体评价模型和评价方法。
因此,探讨如何基于(复杂)系统科学,多学科交叉地构建梯级水电开发生态环境
影响的整体分析与评价模型,对于理论研究和实际应用都有重要意义,既能够体现
梯级水电开发生态环境影响评价的研究趋势,也能够迎合我国流域水电可持续发展
的实际需求。
本文就是在系统科学的指导下,构建梯级水电开发生态环境影响分析与评价的
整体模型,并探讨各类适于该模型的生态环境影响系统分析和评价方法。论文不仅
注重增强研究内容的学科交叉性、综合性、普适性与全面性,使研究成果能够对更
多的(梯级)水电工程生态环境影响评价工作起到参考作用;而且注重提升系统分
析与评价方法的结构化,使评价过程便于维护、易于计算机化。论文的主要研究结
I
华中科技大学博士学位论文
果如下:
(1)归纳综合国内外梯级水电开发实例,类比分析梯级水电开发与单项水电开
发在各类生态环境影响方面的相同点与不同点,进而提取出梯级水电开发生态环境
影响的基本特征。研究表明:梯级水电开发的基本模式可以分为 3 大类:Ⅰ型(龙
头-径流复合式)、Ⅱ型(连续调节式)、Ⅲ型(连续径流式);梯级水电开发对生态环
境造成的负面影响,在河流破碎化、河流生境改变、水体自净能力变化以及流域景
观格局等方面比单项水电工程要显著的多,但与此同时,梯级水电开发具备更多可
以调控这些生态环境影响的环节;梯级水电开发生态环境影响的基本特征为整体性、
累积性、可控性;给出梯级水电开发的主要生态环境影响因素清单,在其中选取“突
出生态环境效益”以及“敏感生态环境问题”作为后续的重点研究内容。
(2)定义梯级复合生态环境系统,并基于系统动力学(System Dynamics, SD,
一种复杂系统分析方法)的因果反馈分析理论,对梯级水电开发生态环境影响的产
生过程进行机理分析。研究表明:梯级复合生态环境系统是复杂系统,也是梯级水
电开发生态环境影响分析与评价的研究对象;该系统在 5 个典型场景下的机理分析
结果一方面描述了各种累积影响的影响路径,另一方面证明了梯级水电开发生态环
境影响的“可控性”与“生态调度”策略之间的密切关系。
(3)基于复杂系统静态结构建模方法,构建梯级水电开发生态环境影响回顾评
价模型。研究成果包括:回顾评价的概念模型和评价流程,回顾评价指标体系,回
顾评价方法,以及基于 UML 的“水体富营养化”回顾评价的逻辑模型。结果表明:
以模糊数学为基础的影响程度评判过程对于目前的数据积累水平而言,是可行而有
效的;基于 UML 构建面向对象的逻辑模型,该模型与面向过程的逻辑模型相比,在
可重用性、可维护性等方面具有明显优势,能够提升回顾评价过程计算机化的可行
性。
(4)在机理分析的研究成果的基础上,选择复杂系统动态行为建模方法,构建
梯级水电开发生态环境影响预测评价模型。研究