李宗坤 李娟娟 葛巍 李巍

摘要：针对集对分析法存在的同、异、反评语粗略问题，对其进行改进，联系度由3级推广到5级，进而建立了基于广义集对分析法的溃坝环境影响评价模型。将该模型用于沙河集水库的溃坝环境影响评价，与传统的集对分析法、模糊数学理论模型评价结果进行比较，表明基于广义集对分析法的评价结果更为合理，更贴近研究对象的实际情况，为水库大坝溃坝环境影响评价提供了一种更为可靠且操作简单的方法，具有良好的工程应用价值。

关键词：溃坝;环境影响;联系度;广义集对分析;评价模型

中图分类号：TV698.2+37

文献标志码：A

doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.05.022

随着社会经济的快速发展，水库大坝下游用于改善环境及公共事业的投资不断增加，预警和应急能力得到提升，同时大坝一旦失事造成的溃坝环境影响后果愈加显著，社会将更加难以承受[1-3]。因此，在“以人为本”“构建和谐社会”的背景下，开展溃坝环境影响评价研究非常必要。有关学者[4-6]对溃坝环境影响评价进行了初步探讨，但已开展的研究多是将社会、环境影响作为一个整体进行评价。溃坝环境评价是一个涉及众多影响因素且存在大量不确定性因素的系统，而集对分析方法是一种处理不确定性问题的系统分析方法，目前已在众多领域得到广泛应用，并取得了良好的效果[7-10]，因此可以将集对分析方法用于溃坝环境影响评价。但是，传统集对分析方法存在同、异、反评语粗略问题和评价结果失真问题，为此，本研究利用原创联系度可拓展性并引入广义集对势理论对其进行改进，以提高评价结果的精确度，并用于水库大坝溃坝环境影响评价。

1 传统集对分析原理

集对分析理论由我国学者赵克勤[11]首次提出，其核心思想是首先对具有一定联系的两个集合构建集对，进而对集对的特性进行同一、差异、对立的系统分析，然后用同、异、反联系度μ表达式定量刻画两集合的联系程度。对于两个给定的集合组成的集对H=（A，B），在某个具体问题背景下，对集对H的N个特性展开分析，其中：有S个特性为集合A和B共同具有的，有P个特性为两个集合对立的，其余的F=N-S-P个特性既不相互对立又不共同具有。联系度表达式为式中：μ为联系度，可以全面、系统地刻画两个集合之间的同、异、反联系，故也称为同、异、反联系度;a、b、c称为联系度系数，分别表示集对分析的同一度、差异度和对立度，a、b、c取值范围为[0，1]且满足约束条件a+b+c=1，a、c相对确定，b相对不确定;i为差异标记符号或相应系数，i∈[ -1，l];j为对立标记符号或相应系数，j=一1。

2 基于广义集对分析方法的评价模型

2.1 传统集对分析方法的改进

建立评价模型的关键是确定集对的联系度。传统集对分析法的基本思想是：若评价样本落人某评价等级则体现同一度，联系度取值为1：落人与其相隔等级则体现对立度，联系度为-1;落人与其相邻等级则体现差异度。当评价样本落人相邻等级时，可能在评价等级优越一边，也可能在评价等级劣差一边，两种评价结果有较大差异，这使得传统集对分析的评语不够细化，给细致准确判定评价样本带来了困难。为此，利用原创联系度可拓展性对传统集对分析方法进行改进，即对差异度、对立度系数作更深层次的刻画，建立5级联系度表达式。

2.2 联系度的确定

本研究采用距离贴近度的方法来确定联系度系数a、b1、b2、c1、c2的值[12]。若指标值处于评价等级，则a=1，其他系数均为0;若指标值处于评价等级的相邻等级，则越靠近评价等级标准值。越大，反之b1、b2、c1、C2越大，且若在评价等级优越一边，则越靠近相邻等级标准a越大、b1越小，反之則a越小、b1越大;若指标值处于相邻的等级且在评价等级劣差一边，则越靠近相邻等级标准a越大、b2越小，反之则a越小、b2越大;若指标值处于评价等级的相隔等级，且在评价等级优越一边，则越靠近评价等级标准a、b1越大，c1越小;若指标值处于评价等级的相隔等级，且在评价等级劣差一边，则越靠近评价等级标准a、b2越大，c2越小。

根据以上改进，评价指标对应的5个评价等级的联系度计算方法如下：

式（9）在实际应用中存在以下问题：①集对势无法处理c=0的情况，在实际应用中存在一定的局限性：②判定结果可能出现与集对势分级相矛盾的失真现象。如：有两个系统，联系度分别为μ1=0. 10+0. 89i+0. Olj与μ2= 0.88+O.Oli+0. llj，根据集对势定义按式（9）计算，可得SHI（μ1）=10> SH/（μ2）=8，即1的同势程度要大于2的同势程度，而根据集对势等级表可知，1属于同势四级微同势，2属于同势二级强同势，即1的同势程度小于2的同势程度，两种判定方法结果完全相反[13]。

基于上述分析，为了解决传统集对分析方法存在的问题，采用如下广义集对势：

可见，置信度准则是从“强”的角度考虑的，即认为越“强”越好，而且“强”的类应占相当大的比例。

3 可靠性验证

以文献[6]中沙河集水库为例，对上述改进模型进行验证。

3.1 评价因素

水库溃坝环境影响评价指标是根据水库溃坝的主要影响特征，选定典型指标反映水库大坝一旦溃决时产生的环境影响。在水库溃坝社会及环境影响已有研究成果的基础上，根据科学、典型、综合、系统、实用、定性与定量相结合等原则，选取河道形态、水环境、土壤环境、植被覆盖、生物多样性、人文生态环境、污染工业等7项指标[4-5]来评价水库溃坝环境影响。其中：河道形态和植被覆盖属于定量指标，河道形态可通过计算单位长度单位宽度的冲刷或淤积量来确定，植被覆盖可以用土地受损率与重要性进行表征;水环境、土壤环境、生物多样性、人文生态环境、污染工业这5项指标难以直接定量计算，主要根据损毁规模、损毁程度和损毁对象的相对重要性，由专家进行评判，属于定性指标。

评价指标中既有定量指标也有定性指标，按溃坝环境影响严重程度将各评价指标分为轻微、一般、中等、严重和极其严重5个等级。结合调查资料和相关文献[4-6]确定了水库溃坝环境影响评价指标分级标准，评价指标等级划分及取值范围见表1。

3.2 基础数据

对于定性指标，结合沙河集水库大坝下游环境的损毁规模、程度和相对重要性等，专家根据表1进行综合评分：对于定量指标，河道形态通过计算“单位长度单位宽度冲刷或淤积量”得到，植被覆盖根据“不同土地利用方式的权重及受损面积”综合计算得到。各评价指标值见表2。

3.3 联系度计算

将表2中的指标值代人式（3） -式（7），确定评价指标与各评价等级之间的联系度，见表3。

通过专家打分、构造判断矩阵、重要性排序和一致性检验等，确定各评价指标权重向量为W=[ 0.068，0.260， 0.500， 0.078， 0.052， 0.017， 0.025]。根据式（8），求得综合联系度向量为

3.4 评价结果判定

由式（10）计算得到沙河集水库对应5个等级的广义集对势向量，进行归一化处理，结果见表4。采用置信度准则进行判断，得到沙河集水库溃坝环境影响等级为“严重”。

为了验证该模型的有效性，将该模型的评价结果与传统的集对分析法、文献[6]中的模糊数学理论评价结果（见表5）进行比较。

（1）按照传统的集对分析法无法对溃坝环境影响等级进行判断，原因是传统集对分析法无法判断c=0的情况，而评价对象对于评价等级“严重”的综合联系度向量中出现c1=c2=0的情况，使得评价结果失真。而改进的广义集对分析法针对这一不足，用廣义集对势进行改进，使评价结果更加合理，应用范围更为广泛。

（2）改进模型的评价结果是“严重”，模糊数学理论评价方法的评价结果是“极其严重”，相差一个等级，主要原因是模糊数学理论的判断准则是最大隶属度原则。如果运用最大隶属度原则进行评价，本文模型的评价结果也为“极其严重”等级，但这两个等级的隶属度非常相近，例如本文模型“严重”和“极其严重”两等级的评价指标值分别为2.003和2.037，模糊数学理论两等级的评价指标值分别为0.301和0.379，这在一定程度上影响了评价结果的可靠性，使得管理者难以决策。最大隶属度原则只能确定对于各评价等级的趋同度，未综合考虑样本对各评价等级的联系程度，可能存在判断失真的问题。因此，本文模型运用置信度作为最终等级判断的依据更加客观、准确，与实际情况更为贴近，在对溃坝环境影响等级判定时有较强的指导性，便于管理者进行风险决策。

4 结论

溃坝环境影响评价对于大坝风险管理具有重要意义。集对分析作为处理不确定问题的系统理论方法适用于溃坝环境影响评价。利用原创联系度的可拓展性对传统集对分析方法进行改进，对异、反系数的刻画更为细致，将联系度推广到5级，引入广义集对势来判定评价等级，克服了原集对势定义在实际应用中存在的局限性和判定结果失真问题，并运用置信度准则进行评判，使判定结果更为合理可靠。将本文建立的溃坝环境影响评价模型用于沙河集水库溃坝环境影响评价，并与其他方法的评价结果进行比较，表明本文方法的评价结果更为合理，更贴近研究对象的实际情况，为水库大坝溃坝环境影响评价提供了一种更为可靠且操作简单的方法，具有良好的工程应用价值。

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