基于中点模型的水利工程建设期环境影响评价

本文得到主要结论如下：1. 典型引水工程案例标准化影响潜值最大的影响类目是气候变暖，能源消耗、酸化和光化学污染等三项标准化影响潜值同处于一个数量级。2. 渠道工程在六类环境影响潜值上均占总工程的 70%以上，是环境影响显著的关键分部工程。渠道工程、闸涵工程、桥梁工程三分部工程各类目环境影响占比与造价占比符合，证明计算范围有效。

1 引言

1.1 研究背景与意义
水利工程关乎国计民生，是重要的基础设施。建设现代化经济体系，必须加快水利基础设施网络建设，为推动经济高质量发展提供强有力的水利基础支撑。同时，水利工程与民生息息相关，为推进防洪体系、供水体系、生态空间体系建设，需要科学实施江河湖库水系连通工程，推进城市管廊工程等建设。
我国产业现代化和城镇化的加速实现，对当前水利工程建设规模、建设质量都提出了新的要求。党的十八大以来，国家先后出台一系列相关政策，推进重大水利工程建设，保证国家水体系安全，提高水灾害应急处理能力。“十三五”时期，在水利工程各项项目的建设上，经济投资规模将继续加大，目前已达到 2.43万亿元，与 “十二五”同时期相比，实际投资增长保守估计达到 20%。2014 年至今，经由国家部署的水利工程约为 172 项，已有 107 项进入施工阶段，在建的水利项目投资将要超过 8000 亿元，2018 年政府工作报告中强调，水利工程在建投资规模将达到一万亿元[1]。目前西江大藤峡、引江济淮、滇中引水等 122 项重大水利工程已开工建设，同时江西峡江、广东乐昌峡、甘肃引洮一期等一批重大水利工程也已相继建成并发挥效益。随着水利投融资改革不断深化，2013 年以来全国累计完成水利建设投资 2.64 万亿元[2]。十二五期间重大水利工程如表 1 所示。

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1.2 国内外研究现状
1.2.1 水利工程项目环境评价
大型水利工程项目对水系周边自然环境影响较大，需对建设后环境影响进行评价。我国自改革开放以来逐渐重视水利工程环境保护问题，出台了一系列相关法令法规。1981 年《基本建设项目环境管理办法》颁布；水利部、原能源部于 1988年 12 月共同颁发了《水利水电工程环境影响评价规范》(试行)[5]，于 1992 年 11月颁发了《江河流域规划环境影响评价规范》[6]；1998 年，国务院 253 号令发布实施《建设项目环境保护管理条例》；2003 年《中华人民共和国环境影响评价法》的颁布实施，为工程建设对环境的影响从法律角度提出更高的要求，国家环境保护总局和水利部颁布实施《环境影响评价技术导则——水利水电工程》[7]，其中对评价依据、程序、标准、环境现状调查、环境影响预测评价、对策措施等内容进行了全面系统的规定。
当前水利工程项目环境评价多以定性评价为主，根据实际工程情况确定环境风险源及主要监控量，并以此为指标对项目进行后评估。作为定性评估工作的重点内容，现有相关研究大多致力于建立适用于水利工程环境影响评价的指标体系。一般来说，这个指标体系包含两部分内容：
第一，水利工程建设对自然环境带来的影响，例如徐海军等的工作中，将水利工程环境影响后评价的工作内容分为：局部气候影响、水温、水质影响、土壤环境影响及生物多样性影响几个方面[8]；张占云[9]对水利工程环境评价体系建立进行了讨论，认为环境影响评价内容应当包括陆地环境影响及河流环境影响两大部分。瞿大伦[11]分析了水利水电工程对气候、水环境、土壤和对动植物等方面的影响,并提出水利水电工程环境综合后评价方法。
另外，有部分研究认为水利工程环境影响应考虑社会、经济方面因素。罗时鹏等[10]介绍了水电工程环境影响后评价的目的和意义、水电工程环境影响评价的相关规定的基础上，认为水电工程项目环境影响后评价的主要内容应包括自然环境后评价、社会效益后评价、水土保持后评价、环境监测后评价，最后总结了水电工程环境影响后评价的常用方法；李宇巍[12]从自然、社会、经济三方面考虑，建立了包含 11 项指标的水利工程环境影响评价体系。
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2 生命周期评价理论

2.1 生命周期理论基本概念
产品生命周期评价理论的雏形诞生于可口可乐公司于上世界 60 年代的进行的一项产品包装环境影响调研，但当时并未提出生命周期方法的完整定义和系统框架。随后，多个国际组织沿用了这一方法并在实践中发展了生命周期理论的内涵。
例如美国环境毒理学与化学学会（SETAC）将 LCA 定义为一个衡量产品生产或人类活动所伴随的环境负荷的工具，通过确定和量化预评估对象相关的能源、物质消耗、废弃物排放，评估其造成的环境负担，识别和评估改善环境表现的机会[35]。LCA 的评价对象可以是具体的产品或者抽象的人类活动，其评价周期包含评价对象产生、被使用、最终处置的全生命周期。该工具包括，目标范围确定、清单分析、影响评价、改善评价四个模块。
国际标准化组织的定义与 SETAC 基本一致，在其出台的标准 ISO14000 中将生命周期理论定义为量化产品输入、输出资源及附带污染物的工具。
我国制定的标准[65]GB/T 14040-2008《环境管理——生命周期评价原则与框架》中规定，LCA 为对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价，该系列标准将生命周期评价分为目的与范围的确定、清单分析、生命周期影响评价与结果解释四个步骤。
对比可发现，我国标准中定义的 LCA 方法中四个模块之间相互联系，虽然各模块之间存在先后工作顺序，但各阶段工作是可以重复的，即可针对不同的研究对象及对其认识深度，返回调整评价的目标与范围，从而达到评价工作的精确性。

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2.2 生命周期理论基本框架
本节将以国标 GB/T14040 为例，介绍 LCA 基本方法框架。
2.2.1 目标与范围确定
LCA 的目的和范围应明确定义并符合应用的意图，鉴于 LCA 的反复性，可能需要对研究范围不断的调整和完善[66]。目标和范围的确定是 LCA 阶段中的首步，是之后工作进行的基础，其重点工作包括功能单位、系统边界、基本假定等指标的确定。
功能单位（Function Unit, FU）即为评价中用于方便比较方案间或方案内各部分环境影响的通用指标，一般反映了环境影响的强度。例如，在一般建筑研究 LCA研究中，常将单位建筑面积的碳排放、能耗等作为功能单位，在一般道路与铁道工程中，常用单位里程所对应的环境影响作为功能单位。功能单位的确定具有一定的主观性，但也要抓住评价对象的特点，以方便比较。
系统边界的确定极大地影响评价工作。目前建筑 LCA 的相关工作中，通常采用从摇篮到坟墓（Cradle to Grave）的系统边界，意即评价周期包括建筑材料物化、施工、运营、维护、拆除等各个阶段。如只考虑建设期的环境评价，那么应当只考虑工程项目在投入使用前的各个阶段，这样的研究即为部分 LCA（Partial LCA）。
另外，如前所述，系统边界可随清单分析、结果分析与解释等工作的需要发生变化。例如，对于水利工程这类复杂的评价对象，其清单分析中包含许多工序，这些工序里又将涉及多种建筑材料、施工机械，实际核算中不会将所有环境影响均考虑在内，而是将遵循简化准则（Cut-off criterion），将清单中大量存在的、环境影响较小的影响因素排除在系统边界之外。例如，在一般混凝土结构环境影响计算中，钢筋和混凝土等材料物化的贡献将占绝大多数，此时可只考虑这些主要影响源的贡献。
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3 典型引水工程建设期环境影响清单分析.............................21
3.1 工程概况...................................21
3.2 分部分项工程....................................21
4 典型引水工程建设期环境影响评价.............................30
4.1 评价范围及目标..............................32
4.2 案例清单分析..........................32
5 结论和展望.................................54
5.1 结论.............................54
5.2 展望.........................54

4 典型引水工程建设期环境影响评价

4.1 评价范围及目标
根据第二章中介绍的 LCA 框架的要求，本工程环境评价工作的目标图 4- 1。

不同研究者对土木工程环境影响评价有不同的定义，例如 Yan 等[68]认为建筑建设期环境影响源应包括：1.建筑材料生产；2.建筑材料运输；3.施工机械的运输；4.施工机械的现场能源消耗；5.工人的运输；6.建筑垃圾遗弃。
关于材料生产所产生的环境影响是否应计入环境影响不同的学者有不同的看法。Guggemos and Horvath[69]认为材料生产过程中的环境影响不应纳入核算范围，因为这部分环境影响属于一个独立的评价阶段，建议单独设立材料生产的评价阶段。Mao等[70]认为项目环境影响源包括：1.建筑材料内涵排放（embodied emissions）；2.项目建设中涉及的燃料燃烧；3.材料、设备、人员运输所涉及的燃料燃烧。而 Liu等[71,72]的研究中将材料运输所产生的环境影响纳入材料生产的影响之中。
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5 结论和展望

5.1 结论
本文以生命周期理论为框架，参考 CML 中点模型，结合引水工程施工特点，以定额为基础对工程环境影响进行清单分析，建立典型引水工程建设期环境影响评价模型，在非生物能源消耗、温室气体、酸化、富营养化、人体毒性、光化学污染六个影响类目上对案例进行评价，对环境影响显著的关键工序进行识别，并提出建议。得到主要结论如下：
1. 典型引水工程案例标准化影响潜值最大的影响类目是气候变暖，能源消耗、酸化和光化学污染等三项标准化影响潜值同处于一个数量级。
2. 渠道工程在六类环境影响潜值上均占总工程的 70%以上，是环境影响显著的关键分部工程。渠道工程、闸涵工程、桥梁工程三分部工程各类目环境影响占比与造价占比符合，证明计算范围有效。
3. 浆砌石护坡工程是除人体毒性各类目环境影响潜值最大的工序，且在总工程占比占比均大于 50%，是案例工程环境影响的关键工序，可采用干砌石等替代方案。此外，混凝土巡视路等关键工序也可考虑替代方案。
4. 河道清淤及各类土方工程大量使用柴油驱动的大功率机械，造成现场环境影响较大，可考虑优化机械能源结构。
参考文献（略）